Título:
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EQUIPOS
MOVILES
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Subtítulo
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MOTOTRAILAS I
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Fecha de
realización:
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14/09/2017
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Grupo:
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DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
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Tema:
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MAQUINAS MINERAS
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Código:
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DIS-MIN-EMO-06-01
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INDICE
1 EQUIPOS DE CARGUIO CON ACARREO MINIMO.
1.1 MOTOTRAILLAS.
1.2 TIPOS DE UNIDADES.
1.3 CARACTERÍSTICAS GENERALES Y DE DISEÑO.
1.3.1 TRACTOR.
1.3.2 TRAILLA.
2 BIBLIOGRAFIA
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Fecha
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Autor
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Observaciones
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14/09/2017
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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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EQUIPOS MOVILES
1 EQUIPOS DE CARGUIO CON ACARREO MINIMO
1.1 MOTOTRAILLAS
La Mototrailla es un equipo básicamente de movimiento de tierras con una capacidad para arrancar materiales blandos en capas horizontales, cargar, transportar y verter igualmente en tongadas, para los materiales, suelos o ripados cuya granulometría sea en general inferior a 20" (50 cm). Se trata por tanto de una máquina que realiza todas las fases del proceso.
La unidad articulada consiste básicamente en un tractor con una gran caja inferior y con 2-3 ejes, que efectúa el arranque por tongadas horizontales que van llenando la caja a través de una hoja compuerta situada en la parte inferior de la máquina a medida que el propio tiro del tractor obliga al material a introducirse en el interior de la misma. Los diversos tipos existentes se caracterizan por la forma de llenar la caja y por poseer uno o dos motores (hasta 700 kW) acoplados a cada eje, y con unas cajas de carga directa o con algún mecanismo autocargable.
Su ámbito de trabajo minero se halla limitado a unos materiales escasamente consolidados o sometidos a una preparación previa, como el ripado o prevoladura. Son muy útiles para recuperar los terrenos tras la minería y especialmente en las obras públicas para la construcción de obras superficiales como las carreteras y los aeropuertos o bien en los desmontes iniciales de aquellas minas en donde los materiales superficiales suelen aparecer muy alterados y blandos.
1.2 TIPOS DE UNIDADES
Todas las mototraíllas son actualmente de dos ejes y con diseño articulado. Existen cuatro configuraciones básicas que son las que aparecen en la figura:
Estas máquinas se diferencian básicamente en el número de motores que poseen y en si disponen o no de un elevador para efectuar la carga. La diferencia operativa principal entre esos equipos estriba en la potencia disponible para realizar la excavación, la carga y el transporte.
Algunas mototraíllas de dos motores poseen dispositivos de tiro y empuje, y son las denominadas "push-pull":
Algunas características técnicas de estos equipos son las siguientes:
- Convencionales de un motor
- Un solo motor montado sobre el tractor.
- Un eje motriz.
- Capacidades desde 22 a 58 t (15 a 41 m3).
- Potencias de 325 a 615 HP (242 a 459 kW).
- Convencionales de dos motores y "push-pull"
- Motor delantero montado sobre el tractor y trasero sobre el cuerpo de la mototraílla.
- Dos ejes motrices.
- Capacidades entre 22 y 49 t (15 a 38 m3).
- Potencias desde 288 a 950 HP (215 a 708 kW).
- Autocargables de un motor
- Un motor delantero montado sobre el tractor.
- Un eje motriz.
- Dispositivo elevador para ayudar a la carga.
- Capacidades de 12 a 35 t (8,5 a 26 m3).
- Potencias entre 150 y 550 HP (112 a 410 kW).
- Autocargables de dos motores
- Un motor montado sobre el tractor y otro en el cuerpo de la mototrailla.
- Dos ejes motrices.
- Capacidades entre 17 y 34 t (12 a 26 m3).
- Potencias entre 280 y 700 HP (209 a 522 kW).
1.3 CARACTERISTICAS GENERALES Y DE DISEÑO
Las mototraíllas se componen de dos partes principales: el tractor y la trailla. El tractor va colocado en la parte delantera de la máquina y la trailla en la parte posterior. En esta última, además de las ruedas que posee la trailla para su sustentación, sobresale por detrás de ellas el bastidor de empuje. En las máquinas con dos motores, el segundo, que va colocado en la trailla, se sitúa inmediatamente detrás de la caja, entre las ruedas y antes del bastidor de empuje. La unión entre la trailla y el tractor se efectúa por el cuello de cisne.
Las funciones motrices y los movimientos principales de los órganos de las mototraíllas son los siguientes:
- Traslación con dos o cuatro ruedas motrices.
- Articulación para el giro, con cilindros hidráulicos.
- Descenso y elevación de la caja, con cilindros hidráulicos.
- Accionamiento de la compuerta, con cilindros hidráulicos.
- Elevador de racletas (en algunos modelos), con motores hidráulicos.
- Gancho de tiro y empuje (en algunos modelos), con cilindros hidráulicos.
En comparación con otros equipos de excavación, las mototraillas presentan las siguientes ventajas:
- Excelente movilidad, con altas velocidades de desplazamiento (hasta 60 km/h).
- Diseño probado.
- Buena estabilidad.
- Un operador por máquina.
- Menor experiencia necesaria del operador.
- Mantenimiento sencillo.
- Bajo precio de adquisición.
- Vida útil relativamente corta, entre 8.000 y 12.000 horas.
Desde un punto de vista operativo, las mototraíllas tienen las siguientes características:
- Capacidad para extraer material en tongadas de reducido espesor.
- Posibilidad de excavación de materiales poco consolidados.
- Necesidad de preparación del terreno mediante ripado y, muy ocasionalmente, con perforación y voladura, en materiales compactos.
- Distancias de transporte competitivas en el intervalo de 200 a 2.000 m.
- Capacidad moderada para remontar pendientes.
- Radios de giro entre 9 y 18 m.
- Altas presiones específicas sobre el terreno.
La demanda de potencia para realizar un trabajo eficiente durante la carga, con frecuencia, excede de la proporcionada por los motores de las unidades convencionales simples. También, en condiciones precarias de tracción, la operación de carga se ve limitada. Para resolver esos problemas se puede optar por alguna de las siguientes soluciones:
· Empujar durante la carga con un tractor.
· Utilizar unidades con dos motores.
· Incorporar un elevador para ayudar a introducir el material en la caja desde el borde de la cuchilla.
· Trabajar combinadamente con pares de unidades del tipo "push-pull".
El empleo de los elevadores implica severas restricciones, especialmente porque esas mototraíllas no pueden ser empujadas por tractores o por otras unidades durante la carga y también se limita el tamaño máximo de bloques admisible.
1.3.1 TRACTOR
Constituye el módulo delantero de la máquina, estando siempre ubicados en el mismo el motor y todos los componentes de la transmisión. También están situados en el tractor los elementos de funcionamiento del sistema hidráulico que sirven para efectuar los movimientos de los distintos órganos de la máquina, y la cabina del operador que se ubica en este mismo módulo a un lado del motor. El tractor proporciona la energía de tracción. Su principal objetivo es jalar o empujar cargas.
Bastidor
Es la pieza aglutinante que une y protege a todos los elementos de que se compone el tractor. Debido a las fuertes tensiones que tiene que soportar, su construcción es muy robusta y rígida, fabricándose de acero de alta resistencia con secciones en V en algunos modelos y en casi todos de caja soldada.
Disponen de anclajes para los sistemas de protección, antivuelco, (ROPS), y en algunos modelos los mandos finales forman una pieza con el bastidor, consiguiéndose así una gran resistencia a la fatiga y a las deformaciones que podrían producirse durante la operación.
Motor
Es el órgano principal de la mototraílla, un motor generalmente diésel turboalimentado y pos enfriado para lograr la máxima potencia y mayor eficacia. La potencia al volante varía de acuerdo a las características de la máquina.
Transmisión
Las transmisiones que se utilizan son del tipo hidrodinámico, que pueden efectuar los pasos de una a otra velocidad bajo carga. En las motoescrepas modernas la transmisión puede ser controlada electrónicamente el cambio de potencia en la transmisión con ocho velocidades hacia delante y una de reversa. Los engranajes 1 y 2 del convertidor del tractor operan en la unidad para aumentar la capacidad en las operaciones de corte y relleno.
Los elementos de que se componen las transmisiones son: convertidor de par, que está situado inmediatamente detrás del motor, la caja de cambios de mando hidráulico o servotransmisión, el diferencial y los mandos finales.
La elección de la transmisión hidrodinámica, es decir, del convertidor de par, tiene una gran importancia en función del tipo de trabajo a efectuar, pues es determinante para el rendimiento en la actuación de la máquina.
En algunos modelos grandes existe el retardador, que es un freno adicional que se emplea con objeto de evitar que se calienten en exceso e incluso lleguen a quemarse los frenos convencionales, al descender por largas pendientes. Su misión es la misma que el freno eléctrico en los volquetes de gran tonelaje.
Este sistema opera en cualquier gama de velocidades y puede modularse desde cero hasta la máxima retención deseada, operando sobre una palanca situada en la columna de la dirección o presionando un pedal situado en el suelo de la cabina del operador.
Las cajas de cambios que montan las mototraílías son normalmente del tipo de mando hidráulico, algún modelo es activado mediante impulsos eléctricos y en otros neumáticamente.
Debido a que las mototraíllas tienen que circular por pistas, muchas veces en muy malas condiciones de conservación, ha sido necesario dotar a estas máquinas de ciertos dispositivos que les permitan salir de situaciones difíciles cuando alguna de sus ruedas de tracción se ponga a patinar. Normalmente, estos dispositivos son aplicados en el diferencial, bien anulando o haciendo que la rueda que tenga más agarre reciba más par que la que está patinando. En cuanto a los mandos finales, cada rueda de tracción dispone de uno, siendo su misión reducir el número de revoluciones, antes de llegar a la rueda, aumentando el par.
Existen dos tipos de mandos finales: los de doble reducción, que se emplean en algunas mototraíllas, y los de engranajes planetarios, que son los de utilización más generalizada. Debido al gran par que llega a ellos deben ser de una gran resistencia.
Dirección
La dirección de las mototraíllas se consigue, normalmente, mediante dos cilindros hidráulicos de doble efecto, colocados a cada lado del cuello de cisne, yendo sujetos por un extremo a la trailla y por el otro al tractor.
Frenos
Los sistemas de freno que se emplean en las mototraíllas son: hidráulico, neumático o la combinación de ambos, para el mando de frenos de servicio. Los tipos de freno que se utilizan son de zapata o discos enfriados en aceite. Los frenos de servicio actúan sobre todas las ruedas, tanto del tractor como de la trailla, estando sincronizados de tal manera que primero actúan en la trailla e inmediatamente en el tractor.
Casi todas las máquinas dotadas con frenos neumáticos tienen un dispositivo de seguridad para avisar al conductor cuando baja la presión de aire del calderín, emitiendo un sonido y encendiéndose una luz, pero si la presión sigue bajando, se acoplan los frenos automáticamente, antes de perder el operador la facultad de actuar sobre los mismos.
Sistema hidráulico
Se utiliza con profusión en las mototraíllas, pues la gran mayoría de sus elementos son movidos por este sistema. Entre estos elementos se pueden citar la elevación de la caja, movimiento de la compuerta en las convencionales, elevador en las autocargables, eyector y dirección. Casi todos los movimientos de estas partes de la máquina se realizan utilizando dos cilindros hidráulicos de doble acción.
Para facilitar el descenso rápido de la caja y poder ejecutar la carga intermitente, que con algún tipo de material da excelentes resultados, algunas marcas tienen disponibles unas válvulas especiales denominadas de "descenso rápido", consistiendo éstas en hacer pasar el aceite que sale del cilindro por el extremo que da al vástago directamente a la cabeza del cilindro. Con ello se consigue un descenso rápido de la caja.
Suspensión
Con objeto de evitar los saltos que con frecuencia se producen durante la operado", algunas máquinas emplean diversos sistemas de amortiguación o suspensión, siempre con objeto de aumentar la productividad de las mismas, pues gracias a esto pueden reducir los ciclos de trabajo, al mismo tiempo que dan al operador una mayor comodidad y seguridad.
El sistema de suspensión puede anularse si así lo requieren las condiciones del terreno.
Caseta del Operador
En ella se encuentran todos las funciones de la mototraila como lo son los controles de las operaciones básicas así como también los tableros de los censores que tiene la máquina para su correcta operación como lo es la temperatura del refrigerante, la transmisión, la temperatura del aceite, el nivel de tanque de combustible y el sistema de presión de aire.
1.3.2 TRAILLA
Los elementos principales de que consta la trailla son los siguientes: caja, armadura de tiro, compuerta, eyector, bastidor de empuje y ruedas traseras.
Estos elementos corresponden a las mototraíllas convencionales, llevando las autocargables el elevador en lugar de la compuerta.
Esta parte de la máquina no lleva bastidor propiamente dicho, pues son algunas de sus piezas las que forman la armadura.
Caja
Es la parte de la maquinaria que transporta la carga, y está equipada con dispositivos de carga y/o descarga. Se construyen con aceros de alta densidad a los impactos. Esta provista de revestimientos especiales que le dan una protección adicional contra materiales abrasivos y cargas de altos impactos.
Es la pieza mayor de la trailla estando formada por dos laterales unidos por su parte trasera por una pieza transversal, normalmente de sección en caja, y en la parte inferior por una plancha que es la que forma la totalidad del fondo en las convencionales, aproximadamente la mitad posterior en las autocargables. Por la parte delantera, algunas unidades tienen una pieza transversal, de sección en caja, que une los laterales, estando situada esta pieza por arriba y por delante del borde de ataque.
En la parte delantera del fondo se coloca el borde de ataque, que en las convencionales y en algunas autocargables es fijo y en otras autocargables se desplaza con la parte anterior del fondo, cuando efectúan la descarga.
Todas estas piezas que forman la caja están sólidamente unidas por soldadura. El material empleado para su construcción es acero de alto contenido en carbono y para tener una fuerte resistencia a la abrasión y, con objeto de darles fortaleza contra las deformaciones, se emplean las secciones, en caja con nervaduras interiores o exteriores.
En la actualidad, existe la tendencia a hacer las cajas de las mototraíllas de poca altura, con el fin de que al entrar la tierra encuentre poca resistencia, y gran anchura para obtener cargas rápidas con cortes superficiales.
El borde de ataque o cuchilla de corte es normal que se constituya por tres o cuatro secciones separadas y reversibles para que tengan mayor vida, ver figura.
La configuración del borde de ataque varía según se coloquen las secciones, y esta disposición deberá estar de acuerdo con la calidad o estado del material a cargar. El recto se emplea para afinado o para la carga de cordones, el de centro caído se usa para semi-acabado y producción ligera, si el borde de ataque central sobresale 5 cm, y para alta producción y desmonte ligero de suelo, si sobresale 10 cm; el de centro caído con dientes se utiliza para uso general y para materiales duros y compactos, y, por último, el de centro caído especial se usa para el despeje de la cubierta vegetal y para arcillas duras.
En la parte inferior de los laterales de la caja y junto al borde de ataque van situadas unas pequeñas cuchillas de corte, denominadas cantoneras, que efectúan un corte vertical y delimitan la labor de corte del borde de ataque.
Armadura de tiro
La armadura de tiro es la pieza de unión entre la caja de la trailla y el tractor, mediante la cual la caja puede ser bajada para la carga y elevada para el transporte.
En esta pieza se pueden distinguir tres partes: el cuello de cisne, el tubo y los brazos de tiro, denominándose al tubo y brazos, horquilla de tubo.
El cuello de cisne es la parte de la armadura que se apoya y se une al tractor, mediante uno o dos bulones verticales, lo que permite el giro entre los módulos delantero y trasero.
El tubo es, normalmente, de sección circular o hexagonal, sirviendo de unión entre los brazos y el cuello de cisne.
Los brazos, también de sección en caja, se unen por sus extremos a la caja de la trailla, mediante bufones, permitiendo el libre giro entre ambos.
En la armadura de tiro y, en muchas ocasiones, en el cuello de cisne va colocado uno de los extremos de los cilindros que sirven para efectuar el giro en las mototraíllas de dos ejes.
En algunos modelos también sirve este bastidor para la fijación de las ruedas traseras, lo que se hace con semiejes, pues en otros casos van colocados en los laterales de la caja, que se prolongan hacia atrás con tal objeto.
Compuerta
Esta parte de la trailla, también denominada delantal, tiene por objeto evitar que salga el material que va entrando en la caja durante la carga y que haya pérdidas durante el transporte.
Sólo se emplea en las máquinas convencionales, estando fabricada de chapa muy resistente, de doble pared o reforzada, siendo su forma de diseño radial y estando su punto de giro en el extremo de su radio, con lo que se consigue que su borde inferior siga al radio de su curvatura. De esta forma se logra que, cuando se cierre, se introduzca sobre la hoja parte del montón de tierra que se encuentra delante del borde de ataque, aumentando así la carga.
Las mototraíllas emplean dos sistemas para accionar las compuertas, uno de los cuales consiste en un brazo acodado situado encima del cuello de cisne, el cual está unido mediante un pasador para permitir su giro; por el otro extremo va unido a una varilla que enlaza con la compuerta en su parte inferior, teniendo en algunas unidades dos posiciones de fijación: la inferior que se utiliza para suelos cohesivos, obteniéndose una abertura máxima, y la superior que se emplea con materiales sueltos, asegurándose un cierre perfecto. En el primer tercio delantero de la palanca acodada y por su parte inferior se aplica un cilindro hidráulico de doble efecto, gracias al cual se efectúa la apertura y cierre de la compuerta.
El otro sistema emplea dos cilindros hidráulicos sujetos a los laterales de la caja de la trailla, por su parte posterior, y actúan en un punto de la compuerta por debajo de su eje de giro.
Elevador
El elevador es el elemento que caracteriza a las mototraillas autocargables y su finalidad es efectuar la carga de la caja, por lo que, en general, este tipo de máquinas no necesita empujador durante esa fase del ciclo. La compuerta no existe en estas máquinas.
Las piezas principales que componen el elevador son: un bastidor, dos engranajes que proporcionan el movimiento a las cadenas, las ruedas guías finales y tensoras, dos cadenas, una a cada lado, las paletas que, sujetas por sus extremos a las cadenas, efectúan el arrastre del material y, por fin, un elemento motriz que hace mover, las cadenas.
El bastidor, que sustenta a todos los elementos antes descritos, se sujeta a los laterales de la caja por su parte delantera, en posición un poco inclinada, mediante unos soportes de fijación superiores y otros inferiores, siendo frecuente que estos últimos permitan oscilar al conjunto por su parte inferior. Varios modelos tienen un mecanismo que permite regular a voluntad la separación entre el borde de ataque y la parte inferior del elevador con objeto de adaptarlo a las condiciones óptimas de carga, de acuerdo con la naturaleza y estado del terreno.
Debe regularse con la máxima apertura cuando se trabaje con materiales que tienden a acumularse, formando bloques, delante de la cuchilla. La apertura media se utilizará con los materiales que tienen facilidad a fluir suave y uniformemente enfrente del borde de ataque, con características de carga relativamente fáciles, empleándose la separación mínima para los materiales de granulometría muy fina y uniforme, tales como arena, los cuales tienden a adelantarse al borde de ataque.
El movimiento de las cadenas se logra mecánicamente, mediante la toma de fuerza del tractor, o hidráulicamente, aplicando un motor hidráulico y una reducción, que suele ser planetaria, obteniéndose con este sistema desde una hasta cuatro velocidades. Otro método también hidráulico, consiste en utilizar un motor hidrostático con reducción planetaria, con el que se consiguen velocidades desde cero hasta 70 u 80 metros por minuto. Por último, algún fabricante utiliza, para el movimiento del elevador, uno o dos motores eléctricos con caja de reducción. Hoy en día se ha generalizado el que todos los elevadores sean reversibles, con objeto de facilitar la descarga.
La tensión de la cadena se regula mecánica o hidráulicamente.
Eyector
El eyector, o expulsor de la carga, tiene por misión vaciar la caja de la mototraílla, pero como en muchas ocasiones tiene que quedar el contenido bien extendido, es necesario que este trabajo lo efectúe tan lentamente como sea posible para dejar el grosor preciso de material. Por lo dicho, éste siempre deberá estar dotado de los medios adecuados para poder llevar a efecto esta labor con eficacia.
En las máquinas convencionales el sistema más utilizado es aquél en que se consigue la expulsión total de la carga mediante una plancha u hoja de empuje, situada en el interior y parte trasera vertical de la caja, movida por uno o dos cilindros hidráulicos, que, situados en el bastidor de empuje, hacen que avance dicha hoja hasta llegar al borde de ataque. En su avance la hoja va guiada y se mantiene perfectamente alineada gracias a una serie de rodillos inferiores y laterales.
Este sistema se emplea con un cilindro de doble efecto ó con dos cilindros que, en algunos casos, son telescópicos.
Otro sistema de eyección utilizado en las mototraíllas convencionales consiste en que el borde de ataque, que permanece fijo a la caja, está abisagrado al fondo o suelo de la misma y éste lo esté a la pared posterior, estando el suelo y la pared posterior sin soldar a los laterales.
Cuando el conjunto es empujado hacia adelante, por el cilindro hidráulico, gira por la primera bisagra y se eleva volcando poco a poco el contenido de la caja, girando en su avance por la segunda bisagra, poniéndose el conjunto casi vertical.
En las autocargables, el sistema más empleado para realizar la expulsión del material consiste en desplazar apropiadamente la mitad delantera del fondo de la caja, que se oculta debajo de la otra mitad que permanece fija, avanzando después la hoja de empuje hasta la porción de fondo que ha quedado libre por retracción del mismo.
Para la realización de esta operación, algunos fabricantes utilizan un cilindro solamente que, por medio de juegos de palancas, realiza las dos operaciones, efectuando primero la retracción del suelo y posteriormente el empuje.
En algunos modelos de las máquinas autocargables que utilizan el suelo retráctil, el borde de ataque se desplaza con él y en otros permanece fijo unido a los laterales de la caja.
También presentan una particularidad algunas de estas mototraíllas autocargables en lo que se refiere al extendido, y es que, al desplazarse el suelo de la caja para efectuar la descarga, o bien se desplaza el borde de ataque, o aparece otro, que va situado inmediatamente detrás del que se queda fijo, y que gira un poco hacia abajo con objeto de hacer un nivelado según va saliendo el material de la caja.
Bastidor de empuje
Este bastidor está colocado en la parte posterior de la caja y soldado a ella, estando formado por una serie de vigas, dispuestas de tal forma que dan al conjunto una amplia resistencia. Al final de este bastidor se encuentra la placa o rodillo de empuje, situado a altura conveniente y siempre sobresaliendo de las ruedas posteriores, con objeto de que pueda acoplarse el tractor empujador u otra mototraílla durante la carga. Esta placa o rodillo de empuje lo llevan todas las máquinas, ya sean convencionales o autocargables, aunque estas últimas en raras ocasiones son empujadas.
Cuando las mototraíllas llevan un segundo motor en la trailla, éste se monta precisamente en el bastidor de empuje, que ya está diseñado para tal fin. En las unidades "push-pull" el bastidor se complementa con un gancho que sirve para tirar de la otra unidad a través de un aro o argolla en forma de horquilla, que va montada encima del bloque de empuje amortiguador que se encuentra en el frente de estas máquinas.
El arreglo “push-pull” tiene grandes ventajas que se apoyan principalmente en lo siguiente:
- Se elimina el tractor empujador.
- Se elimina el problema de desproporción posible entre el número de traillas convencionales y el empujador.
- No se carga al costo el tiempo perdido del empujador.
- Debido a que estas máquinas trabajan en parejas no tienen que esperar por el empujador, no se tiene amontonamiento de máquinas como en las convencionales.
- Es un equipo balanceado con menor inversión.
- El costo por el arreglo consistente en un refuerzo especial en los bastidores y el cuello de cisne más el sistema de enganche representa tan solo de un 6 a un 7% de la inversión de una mototrailla de dos motores.
2 BIBLIOGRAFIA
- Manual de Arranque, Carga y Transporte en Mineria a Cielo Abierto – Instituto Tecnológico Geominero de España
- Tesis - Las Motoescrepas y sus aplicaciones – Ivan Omar Vega Contreras – Universidad Nacional Autónoma de Mexico
- Mining Reference Handbook – SME – Reymond L. Lowrie
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