|
Título:
|
EQUIPOS
MOVILES
|
|
Subtítulo
|
ROTOPALAS V
|
|
Fecha de
realización:
|
10/11/2017
|
|
Grupo:
|
DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
|
|
Tema:
|
MAQUINAS MINERAS
|
|
Código:
|
DIS-MIN-EMO-09-05
|
INDICE
1 EQUIPOS DE ARRANQUE SIN ACARREO.
1.1 CONSIDERACIONES DE SELECCIÓN.
1.2 CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN TEÓRICA.
1.3 DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA DE LA MÁQUINA.
1.4 VELOCIDAD DE CORTE.
1.5 NÚMERO DE CANGILONES.
1.6 NÚMERO DE DESCARGAS.
1.7 CAPACIDAD DE LOS CANGILONES.
1.8 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL RODETE.
2 BIBLIOGRAFIA
|
|
Fecha
|
Autor
|
Observaciones
|
|
|
10/11/2017
|
Ing. Juan Carlos Miranda Rios
|
Documento Base
|
|
Rev.01
|
|
|
|
|
Rev.02
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EQUIPOS MOVILES
1 EQUIPOS DE ARRANQUE SIN ACARREO
1.1 CONSIDERACIONES DE SELECCION
Las rotopalas son máquinas con grandes rendimientos de arranque en terrenos y condiciones de operación adecuados. Las mejores condiciones se dan en grandes yacimientos horizontales, de materiales poco consolidados y uniformes, tal como aluviones, suelos, rellenos glaciares, etc.
Hay que tener en cuenta las siguientes restricciones:
- Los bloques de roca o el material grueso no pueden ser manipulados por estas máquinas.
- Los materiales muy duros no son adecuados ya que se requiere una potencia del rodete muy elevada y se somete a la máquina a tensiones muy importantes.
- Los materiales pegajosos producen problemas de apelmazamiento y atascos en los cangilones, en las cintas y en los nudos de transferencia.
- Los materiales muy abrasivos producen un fuerte desgaste en las puntas y dientes de los cangilones.
- Los frentes de excavación deben ser estables.
El proceso de selección de la máquina tiene dos etapas básicas: el cálculo de la producción teórica y la definición de la geometría de la máquina.
1.2 CALCULO DE LA PRODUCCION TEORICA
La producción real de una rotopala es muy diferente a la producción teórica o de diseño de la misma, debido a los siguientes factores:
- Grado de llenado de los cangilones.
- Paradas por mantenimiento programado.
- Paradas por averías.
- Ripados de cintas transportadoras.
- Días no trabajados, etc.
La producción teórica de diseño, “Qt”, se calcula en función del volumen anual necesario “Qa”.
Donde:
“E” se determina en función de las características del terreno y condiciones de la organización, tabla siguiente:
El factor "C" se determina según la Tabla:
1.3 DEFINICION DE LA GEOMETRIA DE LA MAQUINA
Una vez conocida la producción teórica necesaria, se determinan los siguientes parámetros geométricos de estas máquinas:
- Diámetro del rodete.
- Velocidad de corte.
- Número de cangilones.
- Número de descargas.
- Capacidad del cazo.
- Potencia de accionamiento.
La producción teórica del material suelto de una rotopala viene dada por:
Donde:
Por otro lado, se tiene:
Donde:
IN = Capacidad del cazo (m3). En rodetes no celulares se cumple: IN = 1,25 V, siendo "V" el volumen geométrico del cangilón. No debe olvidarse que existe un aumento de capacidad debido al espacio anular y que puede llegarse a valores de IN = 1,5 V.
s = Descargas por minuto, que se calcula con:
Donde “W” es la velocidad de rotación del rodete y “n” el número de cangilones.
El rendimiento, “Qt”, es igual al producto de la altura de corte, “h”, por la profundidad de corte, “a”, por la anchura de corte, “b”, y por el número de descarga por minuto, “s”.
La profundidad y anchura de corte dependen de la velocidad de giro de la pluma del rodete.
Luego:
La altura de corte, “h”, depende a su vez del diámetro del rodete, "D", y suele estar comprendida, entre los siguientes valores:
La profundidad de corte “a”, es función de la altura de la rebanada y depende de la dimensión del cangilón, estando comprendida entre los siguientes valores:
La velocidad de giro, “Vg”, suele variar dentro del siguiente rango:
Con los valores señalados anteriormente, resultan las siguientes relaciones, con sus rangos, entre la capacidad nominal de la rotopala y el diámetro del rodete:
De donde:
El material a excavar influye en el diámetro del rodete, debido a los siguientes aspectos:
- En los materiales blandos y pegajosos se requiere una mayor velocidad para facilitar el vaciado de los cazos, precisándose un diámetro mayor.
- El diámetro influye en el ángulo de la pluma del rodete y dado que se tiene un valor límite de 13°, a mayor diámetro menor ángulo.
1.4 VELOCIDAD DE CORTE
La velocidad de corte o velocidad tangencial del rodete y su regulación es un parámetro de diseño fundamental, ya que condiciona el peso de la máquina y, por tanto, su coste y además la producción horaria.
La velocidad de corte depende de las características del material a excavar y debe ser tal que permita el perfecto vaciado de los cazos. La regulación del rodete se consigue con un reductor de velocidad o con una cascada subsíncrona y de esta forma los materiales pegajosos se extraen con baja velocidad y los normales con alta velocidad.
Entre la velocidad de corte, Vc”, en m/s, la velocidad angular, “w”. en rad/s, y el diámetro del rodete, “D”, en m, existe la siguiente relación;
La velocidad de corte suele variar entre 2 y 3,5 m/s.
La velocidad crítica es la que se alcanza cuando la fuerza centrífuga se iguala con el peso del material y, normalmente, se calcula con la siguiente expresión:
Donde:
Entre la velocidad de corte, “Vc”, y la velocidad crítica, “Vcri”, debe mantenerse la siguiente relación:
1.5 NUMERO DE CANGILONES
El tamaño y número de cangilones depende del tipo de material a excavar:
- En rocas blandas se usan pocos cangilones de gran capacidad, y
- En materiales duros se emplean muchos cangilones de pequeño tamaño.
En este último caso, se consigue una mejor distribución de los esfuerzos de corte y una reducción de las vibraciones al disponer de un elevado número de cangilones. El espesor del tamaño arrancado es más pequeño y, por consiguiente, más manejable en todo el sistema.
El espacio existente entre cazos depende de la capacidad geométrica de los mismos y el diámetro del rodete. El número de cazos, “Z”, se suele estimar con la ecuación:
1.6 NUMERO DE DESCARGAS
El número de descargas de los cazos, "s", por segundo es función del tipo de material y del tiempo necesario para permitir el vaciado. Con materiales sueltos el número de descargas es mayor que con materiales pegajosos o plásticos de mayor cohesión.
El valor de "s" se determina con:
Donde:
Existe un número óptimo de descargas, pues, si es muy elevado, el efecto de la fuerza centrífuga dificulta el vaciado de cangilones y, si es muy pequeño, se produce una sobrecarga de éstos con derrame de parte del material arrancado.
1.7 CAPACIDAD DE LOS CANGILONES
La capacidad de los cangilones “V”, se estima a partir de la producción nominal de la rotopala, Qts (m3/h), y del número de descargas por minuto, "s".
1.8 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL RODETE
El diseño completo del rodete comprende:
- El diseño del cazo.
- Los elementos de corte y precortadores.
- Las tolvas de vertido.
- La ubicación del accionamiento del rodete.
Los tres primeros elementos dependen de las propiedades de los materiales a excavar:
- Resistencia a compresión
- Estructura de la matriz
- Plasticidad
- Cohesión
- Angulo de fricción
- Humedad
- Abrasividad
- Velocidad de propagación sísmica.
Finalmente, queda por determinar los siguientes parámetros.
- Longitud de la pluma del rodete
- Angulos libres del rodete, y
- Longitud de la pluma de descarga
Cada uno de estos parámetros afecta a los siguientes puntos:
- Longitud de la pluma del rodete
- Altura de banco
- Peso de la excavadora
- Anchura de bloque
- Talud lateral mínimo.
- Angulos libres del rodete
- Talud de trabajo
- Talud lateral mínimo
- Profundidad del bloque
- Longitud de la pluma de descarga
- Anchura de bloque
- Frecuencia de ripados de la cinta de banco
- Posibilidad de trabajo en dos bancos
- Velocidad de giro
- Producción de la excavadora
- Fuerza de excavación
- Producción de la máquina según el tipo de terreno.
- Problemas de mantenimiento.
- Sistemas de traslación
- Presión sobre el terreno
- Pendiente remontable
- Talud frontal
Como ya se ha indicado, una misma producción horaria se puede conseguir mediante rotopalas compactas, semicompactas o convencionales.
Dado que el precio de adquisición de estas máquinas es notablemente diferente, debe realizarse un análisis comparativo detallado estudiando la influencia de diversos factores:
- Coste del dinero.
- Vida del proyecto.
- Coste del personal.
- Coste de la energía.
- Coste de los materiales.
- Coste de los elementos de desgaste.
2 BIBLIOGRAFIA
- Manual de Arranque, Carga y Transporte en Minería a Cielo Abierto – Instituto Tecnológico Geominero de España.
- https://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15722627/5-Maquinas-gigantes-Maravillas-de-la-ingenieria.html
- Informes de la Construcción Vol. 25, n° 247 Enero - febrero de 1973 - Las excavadoras de rueda de cangilones en grandes movimientos de tierra - G. VIÉ, Ingeniero de Minas
- Métodos de Minería a Cielo Abierto – Juan Herrara Herbert – Universidad Politécnica de Madrid.
http://yabuilder.com/6q3J
No hay comentarios:
Publicar un comentario