PALA CARGADORA II

Título:	EQUIPOS MOVILES
Subtítulo	PALAS CARGADORAS II
Fecha de realización:	31/03/2017
Grupo:	DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
Tema:	MAQUINAS MINERAS
Código:	DIS-MIN-EMO-05-02

INDICE
1 EQUIPOS DE CARGUIO CON ACARREO MINIMO.
1.1 APLICACIONES PRINCIPALES.
1.1.1 FORMA DE OPERACIÓN.
1.2 CARGADORAS SOBRE RUEDAS.
1.2.1 PARTES CONSTITUTIVAS.
1.2.2 PROCEDIMIENTO DE TRABAJO.
1.2.3 RECOMENDACIONES GENERALES.
1.3 CARGADORAS SOBRE CADENAS.
1.3.1 METODOS DE TRABAJO.
2 BIBLIOGRAFIA

	Fecha	Autor	Observaciones
	31/03/2017	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Documento Base
Rev.01
Rev.02

EQUIPOS MOVILES 

1 EQUIPOS DE CARGUIO CON ACARREO MINIMO 

1.1 APLICACIONES PRINCIPALES

Debido a la gran anchura de los cucharones, la fuerza de desprendimiento frontal es menor que la de las excavadoras. Pudiendo sólo realizarse excavaciones en terrenos blandos. En cambio en terrenos sueltos, debido al gran volumen de los cucharones se obtienen rendimientos superiores y prácticamente han desplazado a las excavadoras clásicas de tamaño medio y pequeño. 

Las forma de trabajo, así como los diferentes cucharones que se pueden montar, son análogos para todas las máquinas. 

Las cargadoras de chasis articulado son mucho más maniobreras que las de chasis rígido y ello le permite acortar notablemente los recorridos durante el ciclo de trabajo y conseguir así mejores resultados. Las cargadoras de cadenas debido a su mayor adherencia al terreno tienen una mayor fuerza de penetración que las cargadoras de ruedas de análoga capacidad. 

Las cargadoras de ruedas también han desplazado a las de cadenas habiendo influido en este desplazamiento la gran movilidad de las primeras y la facilidad de los movimientos dentro y fuera de las obras. 

Cargadoras de ruedas: 

• Excavación y carga de terrenos flojos. 
• Carga de materiales previamente arrancados o apilados por tractores de cadenas 
• Excavación y transporte de materiales a pequeña distancia. 
• Abastecimiento de plantas asfálticas, de grava cemento, hormigón, de machaqueo, etc. con materiales acopiados en las proximidades. 
• Elevación y manejo de cargas. 
• Arrastre de máquinas auxiliares. 

Cargadora de cadenas: 

• Excavación y carga de terrenos más resistentes que las de ruedas 
• Desplazamiento en terrenos embarrados o con fuertes pendientes 
• Carga en canteras 

1.1.1 FORMA DE OPERACION

Para la excavación de materiales a nivel del suelo, la cargadora debe acercarse al frente de excavación con el cucharon a ras del suelo y la cuchilla horizontal, con la velocidad más baja de la caja de cambios. 

Una pala cargadora sea del tipo que sea, realiza un ciclo básico formado por los siguientes elementos: cargar, transportar, vaciar y regresar. 

La máquina, con el brazo a ras del suelo y la cuchilla horizontal, como hemos visto anteriormente, se acerca al material que se debe cargar o excavarse, se va subiendo el cazo manteniéndolo contra el material, al mismo tiempo que se voltea suavemente hacia atrás. 

Al terminar de cargar el cazo, la máquina da marcha hacia atrás y describiendo un recorrido en V, va a buscar el camión en el que deposita los productos. En este último recorrido debe ir elevando el cazo para que al llegar al camión lo tenga a la altura debida para no tropezar con la caja. 

Cuando el frente es relativamente largo, pueden ir colocándose en batería. En frentes menos extensos se colocan a uno y otro lado de la cargadora. Con materiales muy pulverulentos, hay que elegir el lado de carga que haga que polvo no vaya hacia la cargadora en el momento de verter el material. 

Cuando el cazo es de volteo lateral, el camión se coloca paralelo a la cargadora en su posición de llenado del cazo y este tiene que hacer un simple movimiento hacia atrás para descargar los productos sobre el camión. 

1.2 CARGADORA SOBRE RUEDAS

Son cargadoras cuyo dispositivo de traslación está constituido por ruedas neumáticas de gran diámetro, generalmente las cuatro ruedas son motrices y, por tanto, todas del mismo diámetro. 

Las características principales de las palas cargadoras son: 

• Gran movilidad, alcanzando hasta los 45 km/h y por ello pueden realizar el transporte a cortas distancias. 
• Altura de descarga comprendida entre 3 y 6 m. 
• Diseño muy compacto con una relación media Peso en Servicio/ Tamaño de la cuchara de 7,5 t/m3. 
• Relación favorable de Potencia instalada/Capacidad de la cuchara, alcanzándose un valor medio de 62 HP/m3. 
• Capacidad para remontar y trabajar en pendientes. 
• Excelente maniobrabilidad y radio de giro pequeño gracias a la articulación central. 
• Gran anchura de la cuchara que le permite manejar grandes bloques o piezas. 
• Posibilidad de obtener mezclas en el tajo debido a la gran movilidad. 
• Facilidad para mantener un piso de carga más limpio, no precisándose máquinas auxiliares para estos menesteres, como en el caso de excavadoras de cables o hidráulicas. 
• Adaptabilidad a diferentes métodos de arranque y transporte. 
• Menor inversión de capital que en otros sistemas de carga. 
• Menor peligro de envejecimiento debido a su mayor vida útil (10.000 a 15.000 h). 
• Facilidad de reventa. 
• Posibilidad de alquiler y contratación. 
• Mantenimiento sencillo por el sistema de intercambio de conjuntos. 
• Menor necesidad de práctica y experiencia del personal que con otras unidades de carga. 

Sin embargo, las palas de ruedas presentan los siguientes inconvenientes: 

• Requieren un tratamiento del material a cargar, mediante ripado y empuje o con voladura y empuje, para evitar que se produzca un descenso drástico de la producción. 
• Para igual capacidad de la cuchara tienen una menor productividad que las excavadoras. 
• Precisan de amplio espacio para maniobrar, ya que necesitan desplazarse durante la operación de carga. 
• La productividad se reduce con la aparición de problemas de tracción, en suelos embarrados y blandos. 
• Cuando el piso de la explotación se encuentra con grandes repiés y se trata de rocas duras y abrasivas, se dispara el coste de los neumáticos. 
• La menor vida de estos equipos se traduce en unos mayores costes de propiedad. 
• Necesitan bancos de altura reducida para operar con seguridad. 
• Presentan un mal rendimiento energético debido a que, cuando realizan la carga, se ejecutan movimientos improductivos. 
• Menor disponibilidad mecánica que las excavadoras. 
• Condiciones de trabajo para el operador más penosas que en otras máquinas de carga. 

Por otro lado, el aumento del tamaño de estos equipos ha traducido en los siguientes hechos: 

• Aumento de los tiempos de movimiento de los cilindros hidráulicos, proporcionalmente al tamaño del cucharon. 
• Fuerzas de arranque específicas (Fuerza de rotura/Anchura de cucharon) proporcionales al tamaño del cucharon, por lo que aumentan linealmente con éste. 
• La fuerza de tracción específica (Fuerza de tracción/Anchura del cucharon) se incrementa con el tamaño del cucharón. 
• La altura de descarga y el alcance aumentan aproximadamente el doble para un incremento de cuatro veces la capacidad del cucharon. 
• La capacidad de acarreo permanece constante para una variación del 20% del peso de la máquina. 
• La velocidad de transporte varía poco con el tamaño del cucharón. 
• El tamaño de las ruedas no aumenta proporcionalmente con el tamaño del cucharon. 

De todos estos comentarios se deducen las siguientes conclusiones: 

• Las máquinas de mayor tamaño presentan mayor resistencia estructural y capacidad de arranque, produciendo mayores rendimientos en condiciones de excavación difíciles. 
• El aumento en el tamaño de la pala no permite a éstas trabajar en bancos altos ni descargar en grandes volquetes y tolvas, ya que la altura de descarga no aumenta en función de la dimensión de la máquina. 
• La capacidad de acarreo, el tamaño de las ruedas y la velocidad de desplazamiento no aumentan proporcionalmente con la dimensión del equipo, lo que hay que tener en cuenta cuando se pretende cargar y transportar con palas de ruedas. 
• A medida que se mejora la robustez de las palas, se incrementan sus pesos, por lo que tienen más inercia y se requiere mayor potencia. Por otro lado, la capacidad máxima de arranque se ve limitada por la disponibilidad de chasis estructurales resistentes y grandes motores. Como se ha indicado anteriormente, las máquinas más grandes tienen, comparativamente, ruedas más pequeñas, lo que se traduce en una disminución de la estabilidad. Esto significa en la práctica que el mayor tamaño de pala introducido en el sector de movimiento de tierras es el comprendido entre 8 y 13 m3 de capacidad de cucharon, dejando los mayores equipos como unidades auxiliares en las explotaciones mineras a cielo abierto. 

1.2.1 PARTES CONSTITUTIVAS

En lo relativo al diseño y construcción de las palas de ruedas, las partes más importantes son: 

• El chasis. 
• El motor. 
• La transmisión. 
• El sistema hidráulico. 
• El equipo de trabajo. 
• La cuchara. 
• La cabina. 
• Los neumáticos. 

1.2.1.1 CHASIS 

Salvo en los equipos muy pequeños, el chasis está formado por dos semichasis unidos por una articulación doble con eje vertical. 

En el semichasis delantero, con una forma más o menos triangular, va anclado todo el equipo de trabajo. 

El semichasis trasero tiene forma de caja y debe soportar además del eje y su diferencial (al igual que el delantero), el peso del motor y de la transmisión y, generalmente, la cabina y mandos del operador. 

Están construidos de acero de alta resistencia, especialmente diseñados para soportar esfuerzos de carácter continuado, tanto de torsión como de flexión. Van unidos mediante dos pasadores de acero endurecido que se insertan en cojinetes de rodillos. 

La distribución de masas evita la necesidad de un contrapeso y mantiene bajo el centro de gravedad. 

La articulación permite, mediante la acción de los vástagos de dos cilindros hidráulicos, uno a cada lado, giros a izquierdas y derechas, con ángulos comprendidos entre 35° y 45°, lo que aumenta la maniobrabilidad de la máquina. 

1.2.2 PROCEDIMIENTO DE TRABAJO 

Existen cuatro procedimientos por medio de los cuales se puede efectuar la carga sobre las unidades de transporte: 

Método tradicional con un cargador: 

Consiste en colocar el camión de forma normal al frente de carga y desde uno de los lados laterales del camión cargarlo totalmente. 

Ventajas: 

• Es adecuado cuando la producción requerida está próxima a la producción de carga de una unidad. 
• Es muy conocido por los operadores y no presenta problemas de ejecución. 
• Permite descomponer el equipo en frentes de trabajo distintos. 
• Permite la carga en frentes estrechos. 
• Una vez situado el camión no hay que variarlo de posición. 

Desventajas: 

• Elevado tiempo muerto de los camiones durante la carga. 
• Mayor número de camiones para producciones altas. 
• Necesidad de buen acoplamiento (Match Factor) para reducir tiempos de espera. 
• Cierto tiempo de espera del cargador hasta que el camión se ponga en posición. 

Método tradicional con dos cargadores: 

Es análogo al interior, con la única diferencia de que un segundo cargador carga simultáneamente el camión desde el otro lado de éste. 

Ventajas: 

• Es adecuado cuando la producción requerida está próxima a la producción de carga de dos unidades. 
• Es conocido por los operadores y no presenta problemas en su ejecución. 
• Aunque tiene un ciclo de carga algo superior al del método alternativo es más flexible, por lo que será más fácil de mantener en la práctica. 
• Una vez situado el camión no hay que variarlo de posición. 

Desventajas: 

• Necesita frentes de trabajo más amplios que el método anterior. 
• Precisa cierto tiempo de espera de los cargadores mientras que el camión se pone en posición. 

Método alternativo 

Consiste en colocar el primer cargador normal al frente de trabajo con el cucharon cargado y preparado para vaciar. El camión, al llegar al punto 1 de carga, se coloca entre el frente y el cargador y recibe la primera baldada; después realiza una pequeña maniobra y se coloca perpendicular al punto de extracción con la tolva dirigida hacia el mismo, recibiendo así la segunda baldada del otro cargador 2. En la misma posición recibe la tercera baldada suministrada por el primer cargador 3, mientras tanto el segundo cargador llena el cucharon y posteriormente deposita el material en el camión (4). Estos dos últimos pasos se repiten sucesivamente hasta llenar la tolva del camión. 

Ventajas: 

• No hay tiempos muertos ni para los cargadores ni para los camiones. 
• El tiempo de carga es más corto que en el método anterior. 

Desventajas: 

• Dificultad para posicionarse el camión en el lugar correcto. 
• Más complicado de ejecutar por los operadores. 
• Al variar el número de baldadas con el que se carga el camión, cambia totalmente el planteamiento (número impar de baldadas). 

Método en cadena: 

Se dispone de tantos cargadores como baldadas se precisan para cargar un camión. Los cargadores se colocan normales al frente de extracción con los baldes llenos y separados de dicho frente entre 8 y 10 m, entonces empiezan a descargar sobre el camión que pasa entre el frente y los cargadores deteniéndose ante cada una de ellos. 

Ventajas: 

• El camión se carga en el menor tiempo posible. 
• Completo y fácil acoplamiento sin tiempos muertos. 
• El siguiente camión puede empezar a cargarse antes de terminar la carga del anterior. 
• Costos mínimos para grandes producciones. 

Inconvenientes: 

• Requiere una producción muy alta en un frente único. 
• Se precisan frentes muy amplios. 
• Dificultad para posicionar el camión. 
• Mayor riesgo para los neumáticos. 

1.2.2.1 RECOMENDACIONES PARA CICLOS DE TRABAJO MAS CORTO 

El camión o dumper a cargar debe situarse preferiblemente a la izquierda de la carga y formando un ángulo de 30 a 45° con el frente. Es preferente el lado izquierdo pues esto pone al conductor del dumper en posición de mantener contacto visual con el operador de la cargadora. En algunos casos hay ventaja en que los camiones se coloquen alternativamente a ambos lados de la cargadora. 

La posición del camión es la ideal cuando el espacio permite al operador de la cargadora dar marcha atrás, alejándose del frente en curva, hasta una posición a partir de la cual puede avanzar en ángulo recto con el camión. La cuchara debe pasar sobre el lateral del camión sin interrumpir su elevación. Después de descargar la cuchara, el operador debe cambiar a marcha atrás y al mismo tiempo bajar el cucharón y la palanca de vuelco y recogida para retornar a la posición horizontal. 

El cucharón debe recorrer una distancia corta a ras del suelo antes de entrar en contacto con el frente, esta distancia debe ser la más corta posible, pero suficiente para recoger las piedras que se hayan vertido en el recorrido anterior. 

El camión vacío debe aproximarse mientras la cargadora está cargando la próxima cuchara, debiendo situarse de manera que permita que el camión cargado pueda realizar la salida por su lado izquierdo y el camión vacío dé marcha atrás con una pérdida de tiempo mínima. 

Cuando no se tiene dumpers esperando, la cargadora emplea su tiempo en limpiar el suelo, sacar bolos o excavar lugares duros, debiendo cargar la cuchara para cuando llegue el nuevo dumper, estar preparada para la carga. 

1.2.3 RECOMENDACIONES GENERALES 

La altura del frente de trabajo más apropiado para la cargadora, es aquella en la que la parte superior del mismo queda aproximadamente a la altura de los ojos del operador. Sin embargo, en material compacto la altura debe de establecerse de acuerdo con la elevación máxima de la cuchara. 

Los trabajos de excavación general o de carga de rocas voladas o escarificadas, debe evitarse que las ruedas patinen, pues con ello no se consigue mayor empuje y, en cambio, se producen desgastes y desgarrones en los neumáticos. Se pueden conseguir desarrollar mayores tracciones sin patinas lastrando los neumáticos con soluciones acuosas de algunos productos. 

Los casos extremos de trabajos en zonas con muchos peligros de pinchazos pueden utilizarse rellenos de neumáticos de tipo esponjoso. 

También se puede proteger los neumáticos con tejas planas o cadenas. Aunque la práctica más eficaz es mantener limpia y horizontal la superficie de excavación para conseguir una conducción suave. Las piedras no sólo dañan los neumáticos sino que también producen esfuerzos violentos en la máquina. 

Cuando se bajan pendientes fuertes es muy peligroso llevar el cucharon levantado cargado, pues el centro de gravedad del conjunto se adelanta y pueden quedar las ruedas traseras sin carga, con el consiguiente peligro de vuelco, sobre todo en una frenada súbita. 

El frente de trabajo hay que mantenerlo lo más recto posible actuando a lo largo del talud. No permita que un operador penetre excavando en un punto del frente, ya que disminuirá la producción al hacerse más difícil la excavación, el ciclo resulta más largo y existe mayor peligro de que se deslicen rocas bajo los neumáticos. 

1.3 CARGADORAS SOBRE CADENAS 

En general son muy parecidos al cargador sobre ruedas, presentando las mismas variantes. En estas máquinas es frecuente el montaje de escarificaciones de varios dientes en la parte trasera de las mismas. 

A veces se les ha dotado de cucharones que podían excavar por la parte delantera y descargar por la parte trasera, si bien casi han desaparecido del mercado. Con ello se intentaba simplificar la maniobra de trabajo, evitando los continuos virajes y derrapes consiguientes de las orugas. 

Recientemente se presentan en el mercado unas cargadoras que llevan los brazos del equipo de excavación, sobre una torreta que puede girar al modo de las excavadoras, con ello se evitan los giros de la máquina en el ciclo de trabajo y la máquina se limita a avanzar y retroceder al tiempo que la torreta se orienta en forma conveniente, similar a la operación de un tanque. 

1.3.1 METODOS DE TRABAJO 

En general, debido al mayor agarre de sus orugas, estas máquinas tienen mayor fuerza de penetración que las de neumáticos de análoga capacidad. 

Debido a los grandes esfuerzos y desgastes que sufren sus orugas, actualmente los mayores tamaños en el mercado son las máquinas de tres metros cúbicos de capacidad, con una potencia de 275 HP y un peso del orden de 3,4 Toneladas. 

Pueden emplearse en terrenos de dureza media y en carga de roca volada. 

Los pequeños tamaños de 1,5 a 2 metros cúbicos se han utilizado muchísimo, pues son fácilmente transportables sobre camiones volquete. 

El ciclo básico de trabajo es el de recorrido en V análogo al descrito en las cargadoras de neumáticos. No obstante es de señalar que el recorrido es más corto porque estas máquinas pueden girar prácticamente sobre sí mismas. 

El ciclo es de mayor duración por ser sus movimientos más lentos. Para evitar los derrapes sobre las orugas, sin ningún giro de la cargadora, se puede realizar la carga con maniobra del camión, como la descrita en las palas de ruedas. Normalmente suele hacerse cuando bastan dos cazos para cargar el camión. 

Cuando la cargadora tiene equipo de descarga por detrás el ciclo se simplifica mucho, pues la cargadora se limita a moverse en línea recta entre el frente de excavación y el camión colocado paralelamente al frente. 

2 BIBLIOGRAFIA

• Máquinas para movimiento de tierras – Jean Costes 
• Manual de Arranque, Carga y Transporte en Mineria a Cielo Abierto – Instituto Tecnológico Geominero de España 
• Maquinaria de Obras Publicas II – Maquinaria y Equipo – Pedro Barber Lloret 
• Carguio y Transporte – Departamento de Ingeniería de Minas, Facultad de Ingeniería, Universidad de la Serena – Alejandro Cruzat G.

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