Portacables en eje inclinado: gravedad, canaletas y fuerza de empuje

Dónde aparecen los ejes inclinados en las máquinas

Un eje inclinado es cualquier eje cuya dirección de avance no es ni horizontal ni vertical. Aparece más a menudo de lo que la mayoría de los constructores espera: el pórtico en pendiente de una sierra de piedra o de puente, el cabezal basculante de una máquina de cinco ejes, la Z inclinada de un centro de mecanizado de perfiles o tubos, la rampa de un transportador de viruta, el almacén inclinado de un centro de taladrado y el brazo de carga angulado de un cambiador de palets.

Todos comparten una propiedad que cambia toda la especificación: parte del peso de la cadena actúa ahora en la dirección de avance. En un eje horizontal la gravedad es perpendicular al movimiento y la cadena sólo tiene que ser transportada. En un eje vertical la gravedad actúa por completo en la dirección del movimiento y la cadena cuelga. En una inclinación ambos efectos se mezclan, y la proporción cambia con cada grado.

La gravedad cambia el camino de la carga

Para un eje inclinado un ángulo a respecto a la horizontal, la componente del peso de la cadena y del haz que actúa sobre el eje es proporcional a sen a, y la que aprieta la cadena contra su apoyo es proporcional a cos a.

• A 15 grados, sólo el 26 % del peso tira a lo largo del eje, pero el 97 % sigue presionando sobre la canaleta. La cadena se comporta casi como horizontal.
• A 45 grados, el 71 % tira a lo largo y el 71 % presiona. Ambos efectos son importantes y éste es el rango más exigente.
• A 70 grados, el 94 % tira a lo largo y sólo el 34 % presiona. La cadena empieza a comportarse como vertical y el riesgo pasa del flechado al deslizamiento.

La regla práctica es que un eje inclinado por debajo de unos 30 grados puede tratarse como horizontal, y por encima de unos 60 grados como vertical. Entre 30 y 60 necesita su propio análisis, porque ni la receta horizontal ni la vertical son seguras.

Qué cambia en cada ángulo

No acepte la clasificación horizontal de un proveedor para un eje a 40 grados sin preguntar qué cambia. La serie de cadena puede ser la misma; la canaleta, el amarre y el radio de curvatura normalmente no.

Canaletas en pendiente: guiar, no sólo apoyar

En una inclinación la canaleta hace dos trabajos que una horizontal no hace: transporta la cadena y evita que la cadena trepe cuesta abajo.

• El guiado lateral es obligatorio por encima de unos 20 grados. Un canal abierto deja que la cadena derive lateralmente en cada inversión y acabe saliendo.
• Precompresar ligeramente la cadena contra el fondo. Una cadena que sólo se apoya trepa unos milímetros por cada mil ciclos, y en un año basta para golpear el soporte final.
• Drenar la canaleta por el extremo bajo. El refrigerante y el agua de lavado bajan y se acumulan en el soporte inferior, justo donde están el amarre y la entrada de cables.
• Usar un forro de baja fricción en el fondo. En pendiente la cadena desliza además de rodar, y la fricción del acero desnudo se suma a la fuerza de empuje que debe dar el eje.
• Dejar abierto el extremo alto. Una canaleta totalmente cerrada atrapa aire y fluido en la parte alta e impide la inspección.

Fuerza de empuje y pandeo

Un portacables es un órgano de empuje y tracción: el extremo móvil empuja la cadena por delante en una carrera y la arrastra en la otra. En una inclinación, la carrera descendente va a favor de la gravedad y la ascendente en contra.

En la carrera ascendente se aplican dos límites. El primero es la fuerza disponible del accionamiento, que rara vez es el problema. El segundo es el pandeo: si se empuja la cadena y el extremo lejano está retenido, el tramo puede combarse lateralmente o salirse de la canaleta. La carga de pandeo cae bruscamente con la longitud sin apoyo, y por eso un tramo inclinado largo necesita apoyo en los dos ramales, no sólo bajo el inferior.

• Compruebe la fuerza de empuje máxima de la serie, no la resistencia a la tracción. Son números distintos y sólo uno gobierna.
• Mantenga la cadena recta en planta. Una ligera curva en la canaleta reduce drásticamente la carga de pandeo.
• Reduzca el número de cables y mangueras en el eje inclinado si el empuje es justo; el peso es lo que la cadena debe empujar cuesta arriba.
• En inclinaciones muy pronunciadas, un contrapeso o un tensor de resorte quitan a la cadena la mayor parte de la carga ascendente.

Anclaje y centro de gravedad

El extremo fijo de una cadena inclinada debe estar abajo, no arriba, por dos razones: la masa móvil queda más baja y cualquier fluido que entre en la cadena drena lejos de los cables en lugar de hacia ellos.

• Anclar en el extremo bajo y dejar que la cadena forme el lazo hacia arriba. El soporte superior entonces sólo guía, no soporta el peso colgado.
• Si la geometría obliga a fijar arriba, use un bloque de amarre que soporte todo el peso del haz y un alivio de tracción que descargue los conductores.
• Mantenga el haz centrado en la anchura de la cadena. En pendiente, un haz descentrado produce una carga torsional que se manifiesta en el desgaste más rápido de una placa lateral.
• Deje un lazo de servicio en ambos extremos para poder desconectar la cadena sin cortar cables.

Cables en un tramo inclinado

Las reglas de cable son las mismas que en un eje horizontal, con dos añadidos que vienen directamente de la gravedad.

Desgaste asimétrico: la señal de que el eje está inclinado

Una cadena inclinada se desgasta de forma desigual, y el patrón dice qué está pasando.

• Franja pulida en una sola placa lateral. La cadena va empujada de lado, normalmente por desalineación de la canaleta o por un haz no centrado.
• Desgaste concentrado en el codo inferior. La cadena lleva allí más carga de la que suponía el diseño, normalmente porque el punto fijo está arriba.
• Desgaste uniforme pero rápido. La cadena desliza en lugar de rodar, lo que apunta a un forro ausente o gastado en la canaleta.
• Alargamiento más rápido que en ejes horizontales. Las articulaciones trabajan contra la gravedad en cada ciclo; acepte un intervalo de inspección más corto.

Retención, freno y pérdida de potencia

En inclinaciones pronunciadas el eje puede necesitar mantener posición sin accionamiento, y el portacables contribuye a esa carga.

• Incluya la componente de peso de cadena y haz en el cálculo del freno de retención. Es pequeña frente a la masa de la máquina, pero no despreciable en un cabezal basculante ligero.
• Si el eje puede quedarse sin potencia estando inclinado, compruebe que la cadena no puede bajar sola. Una cadena con forro de baja fricción y canaleta pronunciada puede trepar.
• Añada un tope mecánico en el extremo bajo de la canaleta para detener una cadena desbocada antes de que llegue al soporte.

Instalación en pendiente

1. Montar primero la canaleta y comprobar su rectitud en los dos planos; una torsión aparece luego como desgaste lateral.
2. Fijar el soporte inferior y subir la cadena por la canaleta a mano en todo el recorrido antes de conectar cables.
3. Confirmar que la cadena no se sale de la canaleta en ningún punto de la carrera.
4. Instalar los cables del más pesado al más ligero y amarrar cada uno en el extremo bajo a medida que entra.
5. Hacer diez ciclos y comprobar la trepa marcando la cadena contra la canaleta.
6. Comprobar el drenaje con el refrigerante en marcha, no en seco.

Lista de verificación para un eje inclinado

1. Ángulo del eje respecto a la horizontal, en grados, en ambos extremos de cualquier rango de basculación.
2. Longitud del recorrido y cadencia de ciclos.
3. Peso del haz por metro y el cable o manguera más pesado.
4. Serie de cadena, fuerza de empuje admisible y longitud máxima sin apoyo.
5. Tipo de canaleta, guiado lateral y material del forro.
6. Qué extremo es el fijo y si el fluido puede llegar al amarre.
7. Datos del freno de retención y si el eje puede perder potencia estando inclinado.

Con esos siete la inclinación deja de ser un detalle y pasa a ser un dato de diseño: el ángulo fija el tipo de apoyo, el peso fija el empuje y el extremo fijo fija el amarre.