Título:
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MAQUINAS
MINERAS MOVILES
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Subtítulo
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MAQ. DE
CARGUIO SIN ACARREO
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Fecha de
realización:
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12/01/2017
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Grupo:
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DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
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Tema:
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EXCAVADORA DE CABLES
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Código:
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DIS-MIN-MMM-02-01
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INDICE
1 MAQUINAS DE CARGUIO SIN ACARREO.
1.1 EXCAVADORAS DE CABLES.
1.2 PARTES DE LA EXCAVADORAS DE CABLES.
1.3 CICLO DE TRABAJO.
1.4 PROCEDIMIENTO DE TRABAJO.
1.4.1 CARGA A LOS DOS LADOS.
1.4.2 CARGA A UN LADO.
1.4.3 AVANCE PARALELO AL BANCO.
2 BIBLIOGRAFIA
Fecha
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Autor
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Observaciones
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12/01/2017
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Ing. Juan Carlos Miranda Rios
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Documento Base
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Rev.01
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Rev.02
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MAQUINAS MINERAS MOVILES
1 MAQUINAS DE CARGUIO SIN ACARREO
1.1 EXCAVADORES DE CABLES
Son los equipos mineros
más antiguos y utilizados en las operaciones de carga y arranque de materiales
poco consolidados o que hayan requerido una fragmentación por voladura. Han
sido y son las máquinas básicas y tradicionales de las explotaciones por el
método de corta en los materiales duros y muy duros y a una cierta profundidad,
antiguamente para la carga de vagones de ferrocarril y modernamente para la
carga de los grandes volquetes mineros.
Una excavadora de
cables, algunas veces se le conoce como una: pala eléctrica, pala mecánica o
una pala electromecánica, es una máquina diseñada especialmente para excavar y
cargar material en una minería de superficie.
La siguiente tabla
muestra algunas de las características más importantes de las excavadoras de cable
del mercado norteamericano y también muy populares en la minería sudamericana:
Las características
generales más sobresalientes de las excavadoras de cables son las siguientes:
- Las alturas de excavación están comprendidas entre 10 y 20 m.
- Las alturas de vertido varían entre 6 y 12 m.
- El sistema de traslación es sobre orugas y el accionamiento eléctrico.
- La excavación se consigue mediante la combinación de dos movimientos: la elevación y el empuje.
- Proporcionan una producción elevada con un costo de operación bajo.
- Son máquinas pesadas y robustas, adecuadas para excavar cualquier tipo de material.
- Permiten el arranque directo de materiales compactos. Aunque en muchos casos es aconsejable para aumentar la producción y disminuir los costos de operación efectuar voladuras previas de los macizos rocosos.
- La fiabilidad es elevada, como consecuencia de un diseño ampliamente probado, consiguiéndose una buena disponibilidad y eficiencia.
- Tienen capacidad para remontar pendientes reducidas, no siendo aconsejable que operen sobre firmes inclinados debido a que pueden aparecer problemas en el sistema de giro de las máquinas.
- Proporcionan una presión específica sobre el terreno comprendida entre 0.2-0.3 MPa, según el tipo de zapata de las orugas, por lo que precisan, en general un suelo competente y preparado.
- No son máquinas adecuadas para efectuar arranques y/o cargas selectivas.
- En los desplazamientos disponen de una velocidad muy baja, inferior de 1.5 Km/h, y depende de un cable de alimentación, por lo que tiene una movilidad limitada, debiendo trabajar en tajos fijos, lo que obliga a una cuidadosa planificación de la operación.
- Existe la posibilidad de elegir la longitud de la pluma, lo que posibilita alcanzar una determinada geometría de excavación.
- Pueden trabajar en tajos de reducidas dimensiones.
- La vida de estos equipos es grande, estimándose por encima de las 60000 horas en operación.
Los principales inconvenientes de
la excavadora son:
- La capacidad de la excavación es reducida por debajo del nivel de orugas.
- Requieren un equipo auxiliar en el tajo para mantener una producción elevada junto con la flota de volquetes. Esto están constituidos por tractores de ruedas u orugas.
- El personal de operación requiere una buena cualificación.
- El mantenimiento de las maquinas debe hacerse en el mismo tajo, lo que implica mayores dificultades.
- Las inversiones elevadas en este tipo de máquinas hacen solo que se considere en proyectos de una gran duración, por lo que son los equipos idóneos para las minas a cielo abierto de gran tamaño.
1.2 PARTES DE LA EXCAVADORA DE CABLES
La excavadora de cables
consta de tres ensamblajes mayores: la parte inferior, la parte superior y el
implemento con su cazo (balde).
La parte baja provee
una base estable para la máquina e incluye un sistema de orugas para su
propulsión y una corona para el sistema de giro.
La parte superior
provee una plataforma para el izaje y el giro de la máquina, la pluma para el
implemento, los gabinetes del control electrónico, la cabina del operador y
soporte de los equipamientos.
El implemento consiste
en la pluma, el empuje del cazo (balde) y el asa del cazo (balde).
Y por último en la excavadora
también existe lo se le conoce como el cazo (balde), que sirve para cargar el
material y descargarlo en el vehículo de acarreo.
1.3 CICLO DE TRABAJO
El ciclo de trabajo
para la pala consta de cuatro fases:
- Carga.
- Giro hacia el camión.
- Descarga.
- Retorno al banco.
Una fase de
posicionamiento puede también ser requerida en el ciclo de trabajo. La fase de
carga involucra el movimiento de carga del cazo en el banco, cargando, elevando
y limpiando el banco. Un apropiado balance de todos los movimientos durante la
fase de carga es esencial para la eficiente y productiva carga.
La fase de giro se
inicia cuando el cazo está completamente lleno. Durante esta fase, el operador
gira el cazo a través de una trayectoria de giro planeada y una altura de
descarga hasta estar posicionado sobre el camión de acarreo. El operador debe
controlar el giro para asegurar una transmisión suave entre la aceleración y la
desaceleración.
La fase de descarga
comienza cuando el cazo se detiene sobre la unidad de acarreo y finaliza cuando
el movimiento de giro termino y comienza el retorno del implemento al banco.
Durante la fase de descarga, el operador abre el cazo para descargar el
material mientras controla la altura de descarga para evitar daños al personal
de la mina y daños a la tolva del camión, especialmente durante la primera
descarga.
La fase de retorno
incluye el giro de la estructura superior de retorno al banco y bajar el cazo a
la posición adecuada para comenzar un nuevo ciclo de trabajo.
La fase de
posicionamiento involucra el uso de la propulsión para mover la maquina cerca
del frente de carga a la posición de carga.
El ciclo descrito se
sitúa exclusivamente con la superestructura giratoria, pivotando sobre la
infraestructura inmóvil durante el mimo. Por ello, con ángulos de giro
inferiores a 120° el ciclo no supera el medio minuto, empleando un 25% en
excavación, 32% girando con la carga. 33% en la descarga o giro vacío y un 10%
en el posicionamiento del cazo.
1.4 PROCEDIMIENTO DE TRABAJO
Básicamente, en las
explotaciones a cielo abierto, se pueden distinguir tres procedimientos de
trabajo con excavadoras de cable:
- Carga a ambos lados
- Carga a un solo lado
- Avance paralelo al banco. Carga en paralelo.
La principal diferencia
entre ellos es la posición de la excavadora con relación al tajo y la posición
de los volquetes o unidades de transporte respecto a la excavadora durante la
carga.
La elección de uno de
esos procedimientos o formas de trabajo en una explotación determinada, va a
depender de factores técnico-operativos (perfil del banco, espacio disponible,
necesidad de carga selectiva, etc.) y económicos (tamaño de la flota de
transporte). Es decir, se podrá emplear uno u otro sistema bien porque el
estudio técnico-económico de la explotación así lo haya aconsejado, o bien
porque determinadas circunstancias obliguen a ello (falta o exceso de
transporte, anchuras de banco, etc.).
1.4.1 CARGA A LOS DOS LADOS
Sin duda es el que
mejor aprovecha las características operativas de la excavadora. Esta ataca el
tajo con sus orugas perpendiculares a él, cargando alternativamente a los
volquetes que se van situando a ambos lados, de forma que el tiempo de carga de
un volquete, que sería tiempo de espera para el siguiente, es aprovechado por
este último para situarse adecuadamente en su posición de carga. De esta
manera la excavadora está saturada y se obtiene su máximo rendimiento, pero
requiere una flota de transporte adecuada.
Por otra parte, los
ángulos de giro de carga, que empiezan teniendo un valor máximo de 90°, se
reducen a la mitad una vez que el área ocupada por el primer módulo desalojado
sea utilizada por los volquetes, con lo que el ciclo es menor.
Es una forma de
trabajar que se ajusta bien a cualquier tipo de explotación que tenga bancos
amplios y suficientemente altos, para que la excavadora no tenga que hacer
continuas maniobras de posicionamiento.
Dentro de la altura de
banco puede realizarse una buena carga selectiva. La retirada de bolos del
frente interrumpe poco la operación, pues el tractor auxiliar puede limpiar por
un lado mientras la excavadora sigue cargando por el otro. Por esto, también es
mínima la posibilidad de que los volquetes circulen sobre los derrames, aunque
estos sean constantes debido al imperfecto estado del piso que se va ganando y
sobre el que circulan los volquetes.
El cable de
alimentación está alejado de posibles desprendimientos o deslizamientos del
montón de escombro. Deberá instalarse un pórtico para que los volquetes puedan
acceder libremente a ambos lados de la excavadora, colocando el cable
perfectamente visible en las proximidades de la máquina para que los volquetes
no lo pisen.
El manejo de esos
pórticos y la carga del volquete, por el lado contrario a donde está la cabina
del operador de la excavadora, son rutinas que se aprenden rápidamente, igual
que el posicionado de los volquetes sin la referencia del cazo suspendido. En
algunas explotaciones se destina una persona para que auxilie a la excavadora
desde el suelo, primero manejando y cuidando del cable de alimentación y,
segundo, dirigiendo la maniobra de entrada en carga de los volquetes.
1.4.2 CARGA A UN LADO
Hay situaciones en una
explotación a cielo abierto en las que no se dispone de espacio suficiente para
cargar a ambos lados de la excavadora y también hay diseños que sólo consideran
la carga por un solo lado.
La excavación del
acceso a un nuevo banco, o la búsqueda de mineral de determinada ley, son,
entre otros, ejemplos de situaciones con poco espacio para maniobrar.
La minería de contorno
en el carbón o los retranqueos de un talud por voladura sucesiva de sus bermas
son planteamientos en los que únicamente es posible considerar la carga por un
solo lado. Otras consideraciones pueden ser las relativas a producción
necesaria con respecto a la capacidad y tamaño de la flota de transporte.
Es una forma de trabajo
de menor rendimiento que la vista anteriormente, pues, además de que el ciclo
de carga se alarga al ser mayores los ángulos de giro, la excavadora siempre
tiene que esperar a que el siguiente volquete entre en carga; en el caso de una
amplia flota de transporte, los volquetes también tienen que esperar y más
tiempo que antes, pues hasta que el anterior volquete no ha salido de la zona
de carga, no se puede empezar a realizar la maniobra de aproximación y
posicionamiento del siguiente.
Otros inconvenientes
del método son: la necesidad de parar el proceso para limpiar los derrames en
la zona de carga de los volquetes, necesidad de bancos altos para reducir las
maniobras de posicionamiento a lo largo de todo el proceso de excavación y
dificultad en mantener el nivel del piso.
La ventaja principal
del método es que se acomoda a cualquier situación, sobre todo si hay falta de
espacio. Como otras ventajas adicionales se pueden considerar las inherentes al
dominio visual del área por el maquinista: más seguridad, mejor
posicionamiento de los volquetes, etc.
1.4.3 AVANCE PARALELO AL BANCO
Este es un antiguo
método de trabajo que surgió de la necesidad de cargar trenes, como primer
sistema de transporte de gran capacidad; luego aparecieron los trailers. En
ambos casos, las posibilidades de maniobrabilidad de la unidad de transporte
son nulas o mínimas y lentas. Debido a que el procedimiento tiene indudables
ventajas en ciertas situaciones, se sigue empleando actualmente aunque las
unidades de transporte puedan haber cambiado.
La excavadora y unidad
de transporte tienen trayectorias paralelas, aunque no siempre con el mismo
sentido. Ambas trayectorias también son paralelas a la cara del banco, debido a
lo cual sólo puede realizarse a un lado, por supuesto el de la cabina del
maquinista.
Las orugas de la
excavadora se sitúan paralelas al banco, enfrentadas al sentido de avance,
colocándose la oruga exterior en línea con el pie del frente de arranque o del
montón de escombro volado. De esta manera se realiza el avance de la
excavación, en pasadas con anchura de corte igual a la del máximo alcance de la
excavadora, cargando sobre las unidades de transporte que se colocan al lado.
Con unidades de
transporte tipo tráiler o remolque, figura a), el ángulo de giro del ciclo de
carga está comprendido entre 180° máximo y 90° mínimo, dependiendo del lugar
del frente que se estuviera cargando en relación con la posición del elemento
de transporte; como valor medio se considera 135°.
Utilizando volquetes
mineros convencionales, con buenas posibilidades de realizar maniobras cortas y
rápidas que permiten un acercamiento y mejor colocación para la carga, el
ángulo de giro medio se reduce a 90° con un rango de valores entre 120° y 30°,
Figura b).
Para poder emplear este
método se requiere bancos largos y rectos, aunque las irregularidades que se
puedan presentar son perfectamente asumidas por el sistema.
Cuando la excavadora
llega al final del banco o de la voladura a la que ha dado un primer corte,
para dar el siguiente existen dos opciones:
- Volver con la máquina excavando en dirección opuesta. Para ello el cable de alimentación es recogido y conectado en un punto situado en el mismo extremo donde ahora comienza la carga.
- Retroceder con la máquina al punto de partida y empezar desde él el nuevo corte en la misma dirección que el primero. Esto da lugar a un traslado improductivo, pero que se considera convenientemente compensado por la posibilidad de ejecutar el nuevo corte con el maquinista situado en la posición más dominante con relación a la carga.
Las principales
ventajas del método son las relativas a las mínimas o nulas maniobras de la
excavadora para adecuarse al frente, así como las de las unidades de
transporte, que también son mínimas o nulas, con lo que los tiempos de espera
de la excavadora son menores que en el procedimiento anterior, en igualdad de
flota de transporte.
Los ángulos de giro
para la carga, que como se ha visto dependen del equipo de transporte que se
utilice, son determinantes para obtener una buena o mala productividad, que
siempre es menor que cargando a dos bandas.
Otras ventajas adicionales
son: facilidad de movimientos del cable de alimentación, mayor facilidad para
mantener el nivel del banco y menor necesidad de tractor para el avance de la
máquina.
Sin embargo, se
requiere una presencia casi constante de tractor en la esquina del pie del
banco o montón de escombro para limpiar la posición de carga de los volquetes,
retirar derrames y amontonar esquinazos para su mejor carga por la excavadora.
Los derrames del cazo afectan más al volquete y a sus ruedas que en las otras
formas de trabajo.
Este método no permite
una carga selectiva, en caso de una diferencia de leyes a lo largo del banco,
lo cual es un notable inconveniente en algún tipo de explotaciones.
2 BIBLIOGRAFIA
- Curso de Laboreo II y Explosivos – Universidad Politecnica de Madrid – Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas – Catedra de Laboreo de Minas - Prof. D. Fernando Plá Ortiz de Urbina, D. Juan Herrera Herbert y D. Victor Manuel Lopéz Aburto
- http://maykolminas.blogspot.com/2012/03/excavadoras-de-cables.html
- Máquinas para movimiento de tierras – Jean Costes
- Manual de Arranque, Carga y Transporte en Mineria a Cielo Abierto – Instituto Tecnológico Geominero de España.
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