¿Cómo seleccionar carretes de cable?

Tecnología gigante | Noticias del sector | 22 de abril de 2025

1. Introducción

Los carretes de cable son dispositivos para enrollar cables que proporcionan energía, control de potencia o señales de control para grandes equipos móviles. Se utilizan ampliamente en numerosos equipos móviles en los sectores portuario, de muelles, de obras hidráulicas y siderúrgico, como grúas pórtico, grúas torre, grúas de portal, grúas de muelle, maquinaria para la manipulación de materiales a granel (recuperadoras apiladoras de cangilones), grúas pórtico en la parte superior de las presas de centrales hidroeléctricas y plataformas eléctricas, iluminación y sonido para escenarios, etc.

2. Formato del producto

Según su forma de transmisión, se puede clasificar en: tipo manual, tipo contrapeso, tipo elástico, tipo motor de par, tipo histéresis, tipo transmisión de frecuencia variable, tipo acoplamiento hidráulico y tipo acoplamiento magnético.
Según los diferentes materiales de bobinado, se puede dividir en: carrete de cable, carrete de manguera (el medio de transmisión es gas, líquido), carrete de cable óptico.
Los carretes de cable se dividen en axiales de una sola fila y axiales de varias filas, según la disposición de los cables.
Los carretes de cable se dividen en dos tipos según la posición del anillo colector: tipo con anillo colector interno y tipo con anillo colector externo.

3. Principios de diseño

3.1 Especificaciones y tipos de cables

1) Diámetro exterior del cable, que afecta directamente al tamaño axial del carrete.
2) Forma del cable: redondo o plano. El cable plano solo se puede enrollar en una sola fila.
3) El peso unitario (kg/m) y la longitud del cable afectan al consumo de energía del carrete. Cuanto mayor sea el peso unitario y la longitud, mayor será el consumo de energía del carrete.
4) El radio de curvatura del cable afecta al diámetro mínimo del carrete. Si el diámetro del carrete es menor que el radio de curvatura del cable, este se dañará.
5) El número de conductores del cable afecta al número de anillos colectores.
6) La tensión y la corriente afectan al aislamiento y al tamaño del anillo colector. El tipo elástico solo puede utilizarse en equipos con una tensión inferior a 500 V.

3.2. Longitud de bobinado

Afecta al tamaño radial y a los requisitos de potencia del carrete. Cuanto mayor sea la longitud, mayor será la potencia requerida.

3.3. Velocidad de movimiento del equipo

Afecta a la potencia del motor y a la relación de transmisión del carrete de cable eléctrico. Cuando la velocidad de desplazamiento del equipo supera los 60 metros por minuto, se debe seleccionar el control de frecuencia variable.

3.4. Altura de instalación del equipo

Cuanto mayor sea la altura de instalación, mayor será la demanda de energía.

3.5. Método de enrollado

 

Imagen del método de enrollado

3.6. Otros factores

1) Material del carrete: acero al carbono, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316.
2) Nivel de protección: IP55, IP56, IP65
3) Guía de cables: si se necesita una guía, si la guía necesita una función de protección contra la tensión.
4) Guía de cables: si se necesita una guía de cables
5) Método de alimentación: alimentación en el punto medio/final, etc.

 

Diagrama de instalación del marco guía

4. Ámbito de aplicación de los diferentes carretes de cable

4.1. Carrete de cable de contrapeso

Se trata de un dispositivo mecánico que enrolla automáticamente el cable aprovechando el principio de almacenamiento de energía al levantar un peso. Al desenrollar el cable, el carrete gira, impulsando así la rotación del carrete de cable coaxial, lo que permite levantar el peso y almacenar energía potencial. Al enrollar el cable, el peso cae, liberando dicha energía. Bajo la acción de la tensión del cable, el carrete de cable coaxial gira y enrolla el cable de forma sincronizada.
Ventajas: estructura simple, rendimiento estable y fiable, fácil instalación y mantenimiento, y larga vida útil.
Desventajas: gran tamaño, limitaciones de transporte; si se requiere un gran desplazamiento, debe dejarse suficiente espacio para su instalación.
Ámbito de aplicación: grúas pórtico con recorrido corto de cables de gran diámetro (superior a 35 mm²), carros de cuchara, carros de hierro fundido, carros de escoria en talleres siderúrgicos y otros equipos. Estos equipos son aptos para el anclaje de cables en los extremos y en el punto medio.

4.2. Carrete de cable de tipo resorte

Se trata de un dispositivo mecánico que enrolla automáticamente el cable aprovechando el principio de almacenamiento de energía mediante la liberación del resorte del carrete. Al extraer el cable, el carrete gira para tensar el resorte helicoidal y almacenar energía; al regresar a su posición original, el carrete enrolla automáticamente el cable.
Ventajas: buen rendimiento de sincronización, poca tensión en el cable, precio bajo.
Desventajas: Debido a la vida útil limitada del propio resorte, la vida útil de este tipo de carrete es relativamente corta y está limitada por la carrera.
Ámbito de aplicación: Enrollado horizontal y vertical de cables de alimentación y de control de menos de 35 mm², como en el caso de ventosas electromagnéticas de elevación, pinzas, plataformas eléctricas y otros equipos y condiciones de trabajo similares. Estos dispositivos son adecuados para el anclaje de cables en los extremos y en el punto medio.

4.3. Carrete de cable de acoplamiento magnético

La tecnología principal consiste en utilizar un acoplador magnético permanente como mecanismo diferencial síncrono. El proceso de enrollado del cable se basa en que la potencia impulsa el carrete para enrollar el cable a través del acoplador magnético permanente. El acoplador y el carrete se deslizan diferencialmente de forma constante para garantizar que la velocidad de enrollado del cable sea la misma que la velocidad de movimiento del equipo. Al ajustar el par de salida del acoplador magnético permanente, se puede regular la tensión del cable dentro de un rango determinado. El proceso de liberación del cable se realiza mediante un dispositivo de embrague unidireccional, y la potencia no se transmite al acoplador ni al carrete. Bajo la acción de la tensión del cable, el carrete supera la histéresis del dispositivo de liberación de cable y libera el cable de forma síncrona.
Ventajas: tecnología consolidada y excelente relación calidad-precio. La sincronización entre el carrete y el equipo móvil es estable y fiable. En la etapa final del sistema de transmisión se utiliza tecnología de imanes permanentes, con baja velocidad y sin calentamiento. Al enrollar y desenrollar el cable, se puede ajustar la tensión para protegerlo.
Desventajas: alto nivel de ruido.
Ámbito de aplicación: cables con especificaciones inferiores a 35 mm², como los utilizados en plataformas eléctricas, carros, grúas torre, grúas puente o pórtico, apiladoras y recuperadoras, y otros equipos y condiciones de trabajo similares. Adecuado para el anclaje de cables en los extremos y en el punto medio.

4.4. Carrete de cable mejorado con acoplamiento magnético

El principio de funcionamiento de este carrete de cable es el mismo que el descrito anteriormente. Se puede seleccionar un motor de disco o un motor de freno según las necesidades del usuario. El sistema de control eléctrico del carrete consiste en que el motor de enrollado del cable se activa mientras que el motor de liberación del cable permanece apagado.
Ventajas: estructura más compacta, tamaño reducido, poco peso, fácil instalación.
Desventajas: alto nivel de ruido.

4.5. Carrete de cable para motor con par de bloqueo a largo plazo

Utiliza un motor de par con características de bloqueo prolongado y autorregulación de velocidad como fuente de alimentación. La velocidad de salida del motor disminuye automáticamente al aumentar la carga externa, y la velocidad del cable del carrete se ajusta automáticamente para que coincida con la velocidad de desplazamiento del equipo. Al soltar el cable, bajo la acción de la tensión del cable, se supera el par de bloqueo del motor para liberar el cable de forma síncrona. Al estacionar y apagar el equipo, el freno de disco del motor de par bloquea el cable para evitar que se deslice.
Ventajas: El motor siempre está alimentado, el control electrónico es sencillo, se puede reducir la tasa de fallos, el rango de bobinado del cable es amplio y el recorrido es largo.
Desventajas: Al soltar el cable, es necesario superar la resistencia del par de bloqueo del motor, y los cables pequeños deben usarse con precaución.
Ámbito de aplicación: cables de gran tamaño, como los utilizados en apiladoras, grúas pórtico o de puente, y equipos móviles que recorren largas distancias. Estos dispositivos son adecuados para el anclaje de cables en los extremos y en los puntos intermedios.

4.6. Carrete de cable de histéresis

Un disco de acero magnético permanente genera un campo magnético multipolar alterno. Frente al disco magnético se encuentra un disco de inducción de alta potencia. Cuando el motor impulsa el disco de inducción a alta velocidad, el disco magnético gira mediante acoplamiento magnético. Si se produce un deslizamiento entre ambos discos, el disco magnético multipolar magnetiza alternativamente el disco de inducción opuesto, generando así un par (acoplamiento magnético) que contrarresta dicho deslizamiento e impulsa (o frena) la rotación del disco magnético. El motor acciona el carrete de cable para transmitir potencia al acoplamiento de histéresis, y tras la desaceleración, el par amplificado se transmite al carrete. Durante el funcionamiento del carrete, el motor siempre gira en la dirección de enrollado del cable. Cuando el equipo de elevación se aleja de la fuente de alimentación, el cable tira del carrete en sentido inverso, provocando un deslizamiento entre ambos y la liberación del cable. El par del campo magnético del acoplamiento de histéresis garantiza que el cable se mantenga tensado durante el proceso de liberación. Cuando el equipo de elevación regresa, la tensión del cable en el carrete desaparece y el carrete gira en la dirección de enrollado para completar la condición de enrollado del cable.
Sus ventajas incluyen una estructura compacta, fácil instalación y mantenimiento, par de salida ajustable según las condiciones de trabajo, buena función de autofrenado (sin necesidad de instalar frenos) y funcionamiento fiable del tambor de cable. Su sistema de control es sencillo y se puede integrar con el sistema de control de avance y retroceso del equipo. Mientras el equipo esté en funcionamiento, el motor del tambor funcionará y la secuencia de fases no cambiará. Durante el funcionamiento del tambor de cable, el acoplamiento de histéresis ajusta la velocidad en función de la velocidad de funcionamiento del equipo principal, de modo que la velocidad lineal del tambor para retraer y liberar el cable se sincronice con la velocidad de funcionamiento del equipo principal.
Su desventaja radica en que, en el caso de una gran capacidad de cable y una altura de instalación elevada de la unidad principal, para reducir el aumento de temperatura del rotor y aumentar su vida útil, es necesario adoptar el concepto de diseño de par pequeño con múltiples cabezales, lo cual resulta relativamente costoso.
Es adecuado para maquinaria y equipos móviles pesados, como grúas pórtico portuarias, grúas portacontenedores, cargadores de barcos, grúas torre, etc. Estos equipos son aptos para el anclaje de cables en los puntos finales e intermedios.

4.7. Carrete de cable de frecuencia variable

El motor de frecuencia variable tiene una estructura de instalación B5 y está conectado directamente al extremo de entrada del reductor. Un extremo del eje de salida del reductor se conecta al carrete de cable mediante una conexión de chaveta, y el otro extremo se conecta al anillo colector eléctrico en la caja colectora. El reductor y la caja de transmisión del anillo colector están fijados en la parte superior de la base. El armario de control del inversor es independiente del carrete de cable, y la posición de instalación adecuada se puede seleccionar según la situación real. En el modo de control vectorial de lazo cerrado (con control vectorial del sensor de velocidad), el inversor selecciona el modo de control de par de lazo abierto y calcula el diámetro real del carrete de cable mediante la integración del espesor para controlar con precisión el par de salida del motor, asegurando así que el cable no sufra cambios de tensión debido a cambios en el diámetro del carrete al enrollarse, es decir, la tensión del cable es constante. El carrete de cable tiene las siguientes ventajas:
(1) Durante el proceso de enrollado y desenrollado del cable, independientemente de dónde se encuentre el equipo en la vía, la tensión que actúa sobre él es siempre constante, y la tensión del cable se puede ajustar arbitrariamente a través de la entrada de parámetros del inversor y la operación de la perilla del panel de la caja de control, lo que maximiza la protección del cable y extiende en gran medida la vida útil del cable.

(2) El carrete puede responder rápidamente a los cambios en la velocidad de operación del equipo y puede sincronizarse con el equipo. Su rendimiento es preciso y sensible.
(3) Supera las limitaciones del diseño tradicional de carretes de cable, como los de tipo histéresis y los de motor de par. No está restringido por las especificaciones extraordinarias del cable, la longitud del bobinado, la velocidad del equipo ni la altura de instalación. El carrete de cable, incluso en condiciones de funcionamiento complejas, es accionado por un motor de frecuencia variable con potencia variable.
(4) Tiene una gran adaptabilidad y puede trabajar continuamente bajo una carga elevada durante todo el día.
(5) El carrete y el equipo están conectados para la protección de la operación, lo que previene eficazmente accidentes como la rotura del cable.
(6) El motor del carrete está controlado y protegido con precisión por el convertidor de frecuencia, lo que puede prolongar su vida útil.
(7) El carrete de cable con motor de control de frecuencia variable puede cambiar automáticamente la frecuencia de funcionamiento del motor de frecuencia variable del carrete según la tensión establecida y la velocidad de funcionamiento del equipo principal (carro), y funcionar normalmente a cualquier velocidad de 0 a n (donde n es la velocidad asíncrona). Cuando el equipo principal se apaga, el freno del motor de frecuencia variable del carrete de cable se activa para garantizar que el cable no se deslice.
Ventajas: permite controlar con precisión la fuerza, protege el cable de forma óptima y prolonga su vida útil.
Desventajas: el precio es el más caro entre productos similares.
Ámbito de aplicación: grúas pórtico portuarias, grúas portacontenedores, cargadores de barcos, grúas torre y demás maquinaria y equipos móviles pesados.