I. Descripción general

El elevador de cable, también conocido como torno, es un equipo de elevación ligero y compacto que utiliza un tambor para enrollar cables de acero o cadenas con el fin de elevar o jalar cargas pesadas. Los elevadores de cable pueden levantar verticalmente o arrastrar cargas horizontales o en pendiente. Se utilizan principalmente para elevar o desplazar materiales en obras de construcción, ingeniería hidráulica, silvicultura, minería, muelles y otros sectores. Por ejemplo, se emplean en la instalación y desmontaje de estructuras de hormigón, estructuras metálicas y equipos mecánicos de gran y mediana escala. Su característica estructural radica en la disposición ordenada del cable de acero, su confiable sistema de suspensión y su adecuación para proyectos de puentes, carreteras y muelles, así como para la instalación de equipos en grandes fábricas y minas. Este tipo de equipo funciona mediante una fuerza externa (por ejemplo, un motor eléctrico) que lo pone en movimiento; luego, un freno electromagnético y un freno de bloqueo impiden que gire libremente cuando el motor deja de funcionar. Al mismo tiempo, tras ser ralentizado por el motor, el elevador acciona un disco giratorio sobre el cual se puede enrollar cable de acero u otros elementos. El elevador de cable es un equipo esencial para transportar materiales hasta la parte superior del alto horno y cargarlo, o bien para extraer mineral desde pozos inclinados en minas. En China, los altos hornos pequeños y medianos utilizan básicamente elevadores de cable con carro de carga como equipo estándar para la alimentación. Estos elevadores deben cumplir los siguientes requisitos: contar con una capacidad de transporte suficiente, asegurando que la velocidad de alimentación satisfaga las necesidades de producción del alto horno; ser fiable y duradero, garantizando así una producción continua del alto horno; permitir la automatización del proceso de alimentación; tener una estructura sencilla y ser fácil de mantener.

II. Características de funcionamiento del elevador de torno:

La velocidad de arranque es lenta, el par motor es elevado, la aceleración es suave y la detención es estable y precisa. El método tradicional de regulación de velocidad consiste en utilizar un motor asíncrono con rotor devanado, en el que se conectan varias resistencias en serie al circuito del rotor mediante anillos colectores y escobillas de carbón; la velocidad se controla variando la cantidad de resistencia conectada mediante contactores. Sin embargo, este método presenta las siguientes desventajas:

La regulación de velocidad mediante resistencias en serie produce variaciones de velocidad que presentan un carácter saltuario, lo que hace que, durante las fases de aceleración y desaceleración, los engranajes del reductor, la rueda superior, la rueda intermedia, el carro de carga y las guías inclinadas sufran fuerzas de impacto constantes. Esto aumenta la probabilidad de daños en el equipo, provoca un rápido deterioro de los cables de acero y conlleva una mayor frecuencia de mantenimiento y mayores costos de reparación. Además, el rango de regulación de velocidad mediante resistencias en serie es limitado, lo que origina cambios bruscos en la velocidad del carro de carga; incluso después de frenar, el carro sigue manteniendo una velocidad relativamente alta, lo cual exige una gran precisión en el ajuste de los frenos y los interruptores de límite, y aumenta el riesgo de desviaciones y caídas del carro, afectando así la producción. Durante la puesta en marcha y la desaceleración del carro de carga, la mayor parte de la energía eléctrica consumida por la resistencia en serie; cuando la tensión del motor disminuye, el par motor se reduce, la diferencia de velocidad aumenta, y en casos graves, el carro de carga puede llegar a no arrancar, incrementando significativamente el riesgo de accidentes.

El consumo de energía es alto y las características mecánicas a baja velocidad son blandas. Esto se debe a que la reducción de la velocidad se logra mediante el consumo de energía a través de una resistencia externa conectada al rotor; cuanto más baja sea la velocidad, más blandas serán las características mecánicas, mayor será la proporción de energía disipada en la resistencia, lo que resulta altamente ineficiente. Además, la variación en la tensión de la red tiene un gran impacto sobre la velocidad.

III. Características del variador PI500

Aprendizaje automático preciso de parámetros del motor, alta precisión en la velocidad constante, amplio rango de regulación de velocidad, bajo par de torsión a bajas velocidades con mínima pulsación, capacidad de seguir funcionando sin detenerse ante cortes de energía momentáneos, diseño con canal de aire independiente para soportar temperaturas ambientales de hasta 40℃, operación eficiente de nueva generación, recubrimiento con pintura resistente a tres factores (agua, polvo y corrosión), certificaciones globales de seguridad CE/TüV, módulo integrado con función PID adaptativa, software fácil de usar para PC superior, funciones de expansión de E/S, unidad de freno incorporada, compatibilidad con múltiples protocolos de comunicación, teclado con membrana altamente protegida, soporte para diversos métodos de instalación (incluyendo montaje en brida y ventilador desmontable), facilidad de instalación y mantenimiento, además de la incorporación de una tecla multifuncional QUICK y la opción de bloqueo del teclado.

IV. Ejemplos de renovación:

4.1. Estado del proceso en el sitio:

En una fábrica de acero en la ciudad de Jieyang, Guangdong, un cliente utilizaba originalmente para su elevador de alimentación un motor de tracción del tipo asíncrono monofásico con devanado, modelo YZR225M-6 (6 polos, 30 kW). Este motor funcionaba con alimentación a frecuencia industrial, y su método de regulación de velocidad consistía en conectar en serie varios tramos de resistencia al circuito del rotor mediante anillos colectores y escobillas de carbón; la velocidad se controlaba ajustando la cantidad de resistencia conectada mediante contactores, con interbloqueo entre el controlador de levas y los contactores.

4.2. Propuesta de modificación del variador:

Conservar el sistema de freno original y eliminar el gabinete de control y los relés originales.

Máquina que utiliza el variador de frecuencia de la serie PI500, modelo PI500 037G3 de Powtran.

En combinación con la unidad de freno PB200, la energía eléctrica generada por el frenado regenerativo del motor durante la bajada del torno se consume, evitando así fallos de sobrepresión en la máquina.

Mediante el control del PLC con el codificador, se logra la localización; en la pantalla táctil es posible realizar la localización del carro de materiales.

Para evitar que el vehículo se desvíe o se detenga inesperadamente durante la elevación o la bajada, es necesario utilizar frenos hidráulicos y frenos manuales para realizar una frenada mecánica.

V. Efectos de la aplicación:

Desde el punto de vista del funcionamiento tras la modernización, los resultados son muy evidentes. El sistema emplea un control de velocidad en dos etapas: la frecuencia de arranque es de 10 Hz, y durante el arranque hasta la primera posición, la máquina acelera hasta 35 Hz. Al llegar a la segunda posición, la frecuencia se reduce nuevamente a 10 Hz, hasta detenerse por completo. El arranque y parada de la máquina presentan un impacto mínimo, permitiendo un arranque y parada suaves que reducen el golpe sobre los engranajes de transmisión durante el arranque del motor. Los procesos de arranque, frenado, aceleración y desaceleración de la cabina de elevación resultan más suaves y rápidos, lo que disminuye las fluctuaciones de carga y hace que la operación sea más flexible y fácil de dominar. Debido a que la corriente de arranque del motor está limitada a un valor relativamente bajo, se reduce el consumo térmico del motor en arranques y paradas frecuentes, prolongando así su vida útil. Además, el freno hidráulico y el freno manual, al ser accionados a bajas velocidades, disminuyen el desgaste de las pastillas de freno y extienden su vida útil, lo que a su vez reduce tanto el tiempo como los costos de mantenimiento. Asimismo, la vida útil del cable de acero de la cabina de elevación se ve notablemente extendida. La posición de parada es extremadamente precisa; tanto con cargas pesadas como con cargas vacías, la posición de parada es prácticamente idéntica. El cliente exige que la desviación de posición no supere los 30 centímetros. Al eliminar la resistencia externa de arranque, también se mejora la eficiencia energética del sistema, cumpliendo plenamente con los requisitos de uso del cliente.