Cables de acero: tipos, especificaciones y guía de selección

I. Tipos de cables de acero

Los cables de acero se fabrican retorciendo muchos alambres de acero al carbono de alta resistencia con diámetros que oscilan entre 0,3 y 3 mm en hebras y, a continuación, retorciendo varias hebras alrededor de un núcleo para formar el cable. Hay muchos tipos de cables de acero, que pueden dividirse en diferentes categorías según los distintos métodos.

1. Clasificación por el método de torsión

Según los diferentes métodos de torsión, se pueden dividir en cuatro tipos: torsión a la izquierda, torsión a la derecha, torsión alterna a la izquierda y torsión alterna a la derecha. Los cables de torsión alterna derecha se utilizan habitualmente en operaciones de elevación.

2. Clasificación por material del alma del cable

Según los distintos materiales del alma, puede dividirse en tres tipos: alma de cáñamo, alma de amianto y alma metálica. Los cables con alma de cáñamo, impregnados de aceite lubricante, se utilizan habitualmente en operaciones de elevación para reducir la fricción entre los cordones y los alambres y evitar la corrosión.

3. Clasificación por el número de cordones y alambres del cable metálico

Según el diferente número de hebras y alambres, puede dividirse en tres tipos: 6×19, 6×37 y 6×61. Los más utilizados en operaciones de elevación son los cables de 6×19 y 6×37.

4. Clasificación por tratamiento de la superficie del alambre

5. Clasificación por tratamiento de la superficie del alambre

Según los distintos tratamientos de la superficie del alambre, puede dividirse en dos tipos: liso y galvanizado. Los cables lisos se suelen utilizar en operaciones de elevación.

6. Clasificación según la estructura de los cordones de cable

Según la estructura de los filamentos del cable metálico, puede dividirse en cables de contacto puntual, cables de contacto lineal y cables de contacto superficial.

(1) Cuerda de contacto puntual

Los cables de contacto puntual tienen el mismo diámetro de alambres de acero en cada capa, pero diferentes pasos de hélice, por lo que los alambres se cruzan entre sí para formar contactos puntuales. La tensión de contacto es muy alta durante el funcionamiento, por lo que los alambres son propensos al desgaste y la rotura, pero su proceso de fabricación es sencillo.

(2) Cuerda de contacto de línea

Los cables de contacto de línea tienen alambres de acero de distintos grosores dentro del cordón, con alambres finos colocados en las ranuras de los alambres más gruesos, lo que crea un estado de contacto de línea entre los alambres gruesos y finos. Como la tensión de contacto de los cables de contacto es menor, la vida útil del cable es mayor y, al mismo tiempo, aumenta su flexibilidad.

Debido al denso contacto de línea del cable de acero, el mismo diámetro de cable de acero tiene una mayor tensión de rotura. El cable de acero de torsión unidireccional con el mismo diámetro de alambres de acero dentro del cordón también pertenece al tipo de contacto de línea.

(3) Cuerda de contacto facial

Los cordones de la cuerda de contacto frontal tienen una forma especial, utilizando alambres de acero de sección perfilada, que contactan entre sí de forma plana. Sus ventajas son una superficie lisa, buena resistencia a la corrosión y al desgaste, y puede soportar fuerzas laterales mayores; sin embargo, es caro, por lo que solo se utiliza en ocasiones especiales.

II. Especificaciones del cable de acero

Para operaciones generales de elevación, se pueden utilizar cables de acero de 6×19 y 6×37 de GB/T8918-1996 "Cables de acero", y sus especificaciones se muestran en la Tabla 1 y la Tabla 2.

Tabla 1 Tensión de rotura del cable de acero

Tabla 2 Tensión de rotura del cable de acero

III. Marcado de cables de acero

Los cables de acero que se utilizan actualmente en las grúas son principalmente de estructura de tipo común, cables 6×19 y cables 6×37.

Según la norma nacional "Cables de acero de filamento redondo" (GB1102-74), el método de marcado de los cables de acero es el siguiente:

Por ejemplo, el cable de acero 6×37-15.0-170-I uno cincado-derecho GB1102-74

Esto indica que el cable de acero de filamento redondo está hecho de 6 filamentos, con una estructura de punto de contacto, 37 alambres por filamento, un núcleo de fibra, un diámetro de cable de 15,0 mm, hecho de alambre de acero recubierto de zinc de grado I con una resistencia nominal a la tracción de 1700 MPa, y el tendido del cable de acero es un tendido regular derecho.

IV. Selección del cable metálico

Cuando los cables metálicos tienen el mismo diámetro, cuanto menor es la resistencia nominal a la tracción, mayor es el número de alambres por cordón, y cuanto más fino es el diámetro de los alambres, mejor es la flexibilidad del cable, pero éste es más propenso al desgaste. Por el contrario, cuanto más grueso sea el diámetro de los alambres en cada hebra, peor será la flexibilidad del cable, pero más resistente será al desgaste.

Por lo tanto, los distintos tipos de cables metálicos tienen diferentes ámbitos de uso. En función de las necesidades reales de las operaciones de elevación y aparejo, la selección de los cables metálicos puede tener en cuenta, en general, los siguientes principios:

• Los cables de 6×19 se utilizan como vientos, tirantes y eslingas de elevación, generalmente en lugares con poco espacio. cargas de flexión o donde se produce el desgaste.
• Los cables de acero 6×37 se utilizan en operaciones de elevación para atar diversos objetos y equipos, y para pasarlos por poleas y hacer eslingas de elevación. Adecuado para cuando el cable está doblado.
• Los cables de acero 6×61 se utilizan para atar diversos objetos. El cable tiene poca rigidez, es fácil de doblar y se utiliza en lugares donde la fuerza no es grande.

Los cables con la misma dirección de tendido tienen una superficie más lisa, son más suaves y presentan una buena resistencia a la fatiga por flexión, lo que los hace más duraderos; sin embargo, el inconveniente es que los hilos tienden a aflojarse en el extremo roto del cable, lo que provoca rotaciones al suspender objetos pesados, y son propensos a enrollarse y retorcerse, por lo que no deben utilizarse solos en operaciones de elevación. Los cables de acero de tendido alterno se utilizan habitualmente en operaciones de elevación.

V. Cálculo de la tensión del cable de acero

La fuerza máxima de tracción que puede soportar un cable metálico de una determinada especificación tiene un cierto límite. Si se supera este límite, el cable metálico se dañará o se romperá, por lo que es necesario calcular la tensión que soporta durante el trabajo.

1. Fuerza de control de rotura de cables de acero

La fuerza de rotura por tracción del cable metálico puede consultarse en las tablas 1 y 2. Teniendo en cuenta la fuerza desigual en cada cable debido a la torsión del cable metálico, la fuerza de tracción de rotura de todo el cable metálico debe calcularse de la siguiente manera:

  S_P =ΨΣS_i 

Dónde

• S _P - la fuerza de tracción de rotura del cable metálico, kN;
• ΣS_i  - la fuerza de rotura total del cable indicada en la tabla de especificaciones del cable metálico, en kN;
• Ψ - el coeficiente de reducción por torsión desigual del cable, para cuerda 6×19, Ψ=0,85; para cuerda 6×37, Ψ=0,82; para cuerda 6×61, Ψ=0,80.

Sin embargo, en el lugar de trabajo suelen faltar datos gráficos y no se requieren cálculos precisos. En este caso, se pueden utilizar otras fórmulas relacionadas (sólo para estimación de datos, no fórmulas estándar) para estimar la fuerza de tracción de rotura del cable metálico.

2. Factor de seguridad de los cables de acero

Para garantizar la seguridad de las operaciones de elevación, la fuerza de tracción admisible del cable metálico es sólo una fracción de su fuerza de tracción de rotura. La relación entre la fuerza de rotura y la fuerza de tracción admisible es el factor de seguridad. En la siguiente tabla 3 se indican los factores de seguridad de los cables metálicos para diferentes usos.

  Tabla 3 Factor de seguridad del cable de acero

3. Par de apriete admisible del cable de acero

P = S_P / K

En la fórmula

• P - Fuerza de tracción admisible del cable metálico, N;
• S_P - Fuerza de tracción de rotura del cable metálico, N;
• K - Factor de seguridad del cable metálico.

VI. Normas para el desguace de cables de acero

Cuando un cable metálico está dañado hasta cierto punto, debe desguazarse de acuerdo con la normativa. Las normas de desguace son las siguientes:

1. El cable debe desecharse cuando el número de roturas de alambre dentro de un mismo paso (también llamado tendido, en referencia a la longitud axial de cualquier cordón enrollado una vez) supera el número especificado en la tabla 4. El cable también debe desecharse si el número de roturas no es elevado pero aumenta rápidamente.

2. El cable debe desecharse cuando el desgaste o la corrosión del cable alcancen o superen los 40% del diámetro original del cable. Si se encuentra dentro de los 40%, deberá rebajarse de acuerdo con la Tabla 5. Cuando toda la superficie del cable esté corroída hasta el punto de que la superficie picada sea fácilmente visible a simple vista, deberá desecharse.

            Cuadro 4 Desechos de cable de acero Recuento de roturas de cable

Cuadro 5 Coeficiente de reducción

3. Los cables quemados o afectados por arcos eléctricos localizados deben desecharse.

4. Los cables de acero deben desecharse si están aplastados, deformados, tienen hilos o alambres que sobresalen, deformaciones en forma de jaula, aumento localizado del diámetro del cable, torceduras o dobleces.

5. Los cables deben desecharse si el alma está dañada, lo que provoca una reducción significativa del diámetro del cable (hasta 7%).

6. Para cables utilizados para elevar metales o materiales peligrosos, el número de alambres rotos para desguace debe ser la mitad que el de los cables de maquinaria de elevación general, incluida la reducción debida al desgaste o corrosión de la superficie del alambre.

VII. Uso, mantenimiento y cuidado de los cables de acero

1. Los cables metálicos deben desenrollarse correctamente. Para evitar la torsión y el debilitamiento del cable metálico durante desenrollandodebe estar bien sujeta para evitar que se afloje al cortarla.

2. Los cables metálicos no deben sobrecargarse, no deben trabajar bajo cargas de impacto y la velocidad de trabajo debe ser estable.

3. Al atar o levantar objetos, los cables metálicos deben evitar el contacto directo con los bordes afilados y las esquinas de los objetos, y deben amortiguarse con bloques de madera, arpillera u otros materiales acolchados en los puntos de contacto.

4. El contacto entre cables metálicos y cables eléctricos está estrictamente prohibido para evitar daños o descargas eléctricas. Deben tomarse medidas de aislamiento cuando se esté cerca de objetos a alta temperatura.

5. Los cables de acero deben evitar torcerse durante su utilización y, si se tuercen, deben enderezarse inmediatamente. El número de dobleces debe reducirse al mínimo durante el uso, y debe evitarse en lo posible el doblado en sentido inverso.

6. Cuando se utilicen cables metálicos con tambores o poleas, el diámetro del tambor o de la polea debe ser al menos 16 veces mayor que el diámetro del cable metálico. No pase a través de una polea dañada para evitar desgastar el cable metálico o que el cable se salga de la polea, provocando un accidente.

7. Cuando los cables pasan a través de poleas, el diámetro de la ranura de la polea debe ser de 1 a 2,5 mm mayor que el diámetro del cable. Si el diámetro de la ranura de la polea es demasiado grande, el cable se aplasta con facilidad; si es demasiado pequeño, el cable se desgasta con facilidad.

8. Los cables metálicos deben estar protegidos contra el desgaste, la corrosión u otras condiciones físicas y químicas que provoquen la degradación de su rendimiento. Los cables utilizados para elevar metales fundidos e incandescentes deben tener medidas para evitar daños por alta temperatura.

9. Antes del uso, seleccione el cable de acero con el diámetro adecuado según la situación de uso; durante el uso, compruebe con frecuencia su capacidad de carga y el estado de los daños; después del uso, manténgalo a tiempo y guárdelo correctamente.

VIII. Inspección de seguridad de cables de acero

La inspección de cables de acero puede dividirse en inspección rutinaria, inspección periódica e inspección especial. La inspección rutinaria es la autoinspección; la inspección periódica puede determinarse como mensual o anual en función del tipo de equipo, el índice de uso, el entorno y los resultados de la última inspección. El contenido y los requisitos de inspección de los cables de acero se indican en la tabla 6.

Los métodos de inspección específicos son los siguientes:

1. Cables rotos

Cuente el número de hilos rotos en un tramo, incluidos los hilos rotos externos e internos. Incluso si hay 2 roturas en el mismo cable, deben contarse como 2 cables rotos. Si la parte rota del alambre supera la mitad de su propio radio, debe tratarse como un alambre roto.

(1) Durante la inspección, preste atención a la ubicación de los cables rotos (como a qué distancia del extremo) y a la concentración de cables rotos para determinar el método de tratamiento.

(2) Preste atención a la ubicación y la forma de los hilos rotos, es decir, si la rotura se produce en la parte saliente del filamento o en el valle. La causa de los hilos rotos puede determinarse en función de su forma.

                                            Tabla 6 Piezas de inspección de cables de acero

2. Use

La inspección del desgaste implica principalmente el estado de desgaste y la medición del diámetro.

Existen dos tipos de estados de desgaste: desgaste concéntrico y desgaste excéntrico. El desgaste excéntrico de los cables de acero se produce sobre todo en situaciones en las que no hay mucho movimiento del cable, el mecanismo de elevación es pesado y hay grandes cambios de tensión. Por ejemplo, el cable de elevación de una grúa de ventosas electromagnéticas es propenso a este tipo de desgaste. Tanto el desgaste excéntrico como el concéntrico reducen la resistencia del cable de acero.

3. Corrosión

Existen dos tipos de corrosión: la corrosión externa y la corrosión interna.

Inspección de la corrosión externa y la corrosión interna: inspección visual del óxido y las picaduras en el cable de acero, y el estado de relajación del cable. La corrosión interna no es fácil de inspeccionar.

La corrosión interna no es fácil de inspeccionar. Si el diámetro del cable de acero es fino (≤20mm), se puede doblar a mano para inspeccionarlo; si el diámetro es mayor, la inspección interna se puede realizar utilizando un empalme de cable de acero. Después de la inspección, el cable de acero debe ser restaurado a su estado original, teniendo cuidado de no dañar el núcleo, y se debe aplicar grasa lubricante.

4. Inspeccione visualmente el cable metálico en busca de nudos, ondulaciones, aplastamientos, etc.

El cable metálico no debe estar anudado ni presentar deformaciones ondulatorias importantes.

5. Inspeccione visualmente el cable metálico para detectar los efectos del arco eléctrico y del calentamiento por llama; no debe haber coloración del temple ni daños por soldadura.

Los daños por soldadura deben tratarse como cables rotos.

6. Inspección de lubricación del cable metálico El cable metálico debe estar en buen estado de lubricación.

Según las pruebas, un cable metálico bien lubricado puede resistir 48.500 ciclos de pruebas de fatiga y flexión repetida con 10% del número total de alambres rotos en un tendido, mientras que la misma especificación de cable metálico sin lubricación sólo dura 22.500 ciclos, lo que pone de relieve la importancia de la lubricación.