Trabajo_excavadoras.docx

INTRODUCCIÓN

En el mundo de la ingeniería civil, es frecuente la necesidad de hacer movimientos de tierras para acondicionar el terreno o para ejecutar las obras. Son diversas las maquinarias que se pueden utilizar para proceder a la excavación o alteración del terreno, según sea la naturaleza del mismo (excavadoras, cargadoras, ripers, entre otros).

Cuando se trata de construir obras civiles, ya sea caminos, edificios públicos, parques o plazas, hay un equipo que es esencial tener y conocer: la retroexcavadora o cargadoras retroexcavadoras, por su nombre completo. Esto porque el mercado ofrece muchas alternativas y, como es de suponer, el trabajo para el cual se necesita un equipo de estas características, puede ser muy variado

Para poder realizar excavaciones profundas es necesario contar con maquinaria especializada en esta labor, de esta manera el trabajo se podrá realizar rápidamente y ahorrando costos por mano de obra.

La excavadora es una de las maquinarias utilizadas en las construcciones, para realizar trabajos de excavaciones en diferentes tipos de suelos, siempre que éstos no tengan un contenido elevado de rocas, se utilizan para excavación contra frentes de ataque, para el movimiento de tierras, la apertura de zanjas, la excavación para fundaciones de estructuras, demoliciones, excavaciones de bancos de agregados, en el montaje de tuberías de alcantarillas, etc. Maquinaria que se constituye objeto del presente trabajo en el cual haremos una breve descripción de las mismas, sus diferentes clasificaciones de acuerdo a su accionar, al sistema de traslación y al tipo de operación. Mencionaremos los trabajos que realizan y aprenderemos a calcular la productividad de dicha maquinaria en función a sus características y el trabajo encomendado.

CONTENIDO

1.

EXCAVADORAS

2.

APLICACIONES

3.

TIPOS DE EXCAVADORAS

4.

SUB-CLASIFICACIÓN DE EXCAVADORAS HIDRÁULICAS

5.

TRABAJOS QUE REALIZAN

6.

TIPOS DE CUCHARON O CAZO

7.

PRODUCCIÓN DE UNA EXCAVADORA

8.

PARTES DE UNA EXCAVADORA

9.

RETRO- EXCAVADORA

10.

RECOMENDACIONES

11.

BIBLIOGRAFÍA

1.

EXCAVADORAS

Se denomina excavadora a una maquinaria pesada autopropulsada, sobre neumáticos u orugas, con una estructura capaz de girar al menos 360º (en un sentido y en otro, y de forma ininterrumpida) que excava terrenos, o carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de la cuchara, fijada a un conjunto formada por pluma y brazo o balancín, sin que la estructura portante o chasis se desplace.

2.

APLICACIONES Excavación de zanjas y zanjas de gran tamaño. Peinado de taludes encima del plano de sustentación de la máquina; Excavación para estructuras, Excavación en bancos de préstamo ó excavación de materiales. Terrenos más frágiles. Pendiente > 40% Taludes > 4m altura que necesiten ser estabilizados. Cauces cercanos (retroaraña mejor) Presencia de tocones de árboles y afloramientos rocosos.

3.

TIPOS DE EXCAVADORAS

3.1. SEGÚN SU ACCIONAMIENTO

A. EXCAVADORAS HIDRÁULICAS. Son equipos que se emplean en una amplia gama de trabajos vinculados, por supuesto, con el procedimiento de excavación. Por lo general, se las utiliza cuando el material que se quiere excavar se encuentra localizado bajo el nivel del suelo,

Las excavadoras hidráulicas sirven para llevar a cabo operaciones de movimientos de tierra tales como -su nombre lo dice-, excavaciones de tierra y rocas, pero también,

gracias a otras herramientas aditivas, puede usarse para cortar o romper acero, rocas y hormigón, taladrar la tierra, acomodar material con pinzas, etcétera.

La invención de la excavadora hidráulica, con su fácil operación y barata producción, reemplazó a la excavadora de cable Modelos Algunos de los diferentes modelos de excavadoras son -

la retroexcavadora

-

excavadora giratoria

-

la midi excavadora, y

-

la excavadora compacta (también conocida como la mini excavadora).

Las excavadoras hidráulicas son equipos versátiles para la construcción civil y minera. Su brazo mecánico puede incorporar diferentes herramientas para trabajos en tierra, roca, hormigón o acero.

Las excavadoras se pueden adaptar a distintos alcances de brazo, capacidades de cucharón, suelos blandos o duros, etc. Para durezas muy elevadas basta con incorporar elementos de desgaste más resistentes.

Mejoras en seguridad, productividad, ahorro de combustible y bajas emisiones resultan relevantes para las compañías mineras, quienes contabilizan cada uno de estos aspectos.

La excavadora Hidráulica tiene diferentes mecanismos que operan de manera diferente o en niveles diferentes.

En el caso de aquellas que son en sí sumamente pequeñas, con 3/8, 1/2 y 5/8 y d3 de capacidad, cabe decirse que las mismas, aparte de realizar operaciones en

determinados lugares, como los alcantarillados y las líneas de agua a través de una operación efectuada con cables, también puede hacer obras de excavación para todo lo que esté relacionado con las cimentaciones junto con las urbanizaciones. En cuanto a las máquinas excavadoras que tienen una capacidad más grande, es posible obtener en el mercado aquellas que cuentan con un 2 1/2 a 3 yd3 de capacidad. Se trata de una clase de máquina que cuenta con una gran profundidad y, al mismo tiempo, con una destacable productividad. Por estas razones mencionadas, las mismas se han hecho un camino importante en todas las nuevas aplicaciones de los trabajos de excavación en general, pero también de las labores de canteras junto con todo el manejo de los materiales. Por eso han logrado desplazar, por ejemplo, a los cargadores sobre llantas, a las palas y a todas las dagas que también pueden realizar los trabajos listados, pero con un nivel de eficiencia claramente inferior a las de las excavadoras de gran capacidad.

Contenido • 1 Tipos de excavadoras: • 2 La diferencia principal: • 3 Componentes de una Excavadora hidráulica: • 4 Precaución: • 5 Fuentes Tipos de excavadoras: • Excavadoras con cuchara: Se las denomina también palas excavadoras o palas mecánicas. Se usan para excavaciones de tipo vertical, siendo especialmente útiles en la producción de pozos y en el campo de la minería. Pueden ir montadas sobre neumáticos o sobre orugas, pudiendo girar sobre sí mismas con la ayuda de un eje de hasta 360º. • Las retroexcavadoras: Son conocidas también como excavadoras hidráulicas. Estos equipos son populares por ser de precio más ajustado sin sacrificar por ello la

potencia. Además al contrario que las palas mecánicas, inciden sobre el terreno desde arriba hacia abajo y son más rápidas a la hora de cargar material. La pala de empuje tiene la cuchara hacia arriba, es capaz de descargar desde mayor altura y se usa sobre todo en el campo de la minería.

La diferencia principal: -Es que las retroexcavadoras suelen desplazarse sobre neumáticos, y al momento de iniciar una excavación tienen que elevarse para apoyarse sobre gatos hidráulicos integrados, siendo más rápida en la carga y descarga de material que la excavadora convencional.

-Las excavadoras de cuchara no necesitan estabilización mientras realizan su trabajo y además, cuentan con un cucharón más grande, lo que permite una mayor potencia.

Componentes de una Excavadora hidráulica: La excavadora hidráulica tiene diferentes mecanismos que operan de manera diferente o en niveles diferentes. • El aguilón: Este componente es la base del brazo mecánico, en el aguilón se encuentra 2 cilindros del sistema hidráulico que provee la potencia necesaria para hacer excavaciones pesadas, este componente de la excavadora hidráulica se mueve como con una muñeca y un codo, muy similar a un brazo humano que también se une en 2 partes: brazo y muñeca. Los cilindros forman parte del sistema hidráulico, se componen de una cavidad llena de aceite y un pistón que se moverá al ejercer presión con el aceite hidráulico por medio de unas válvulas. • El motor: Una excavadora hidráulica cuenta con un motor diésel y además recibe ayuda del motor hidráulico, ya que la excavadora hidráulica puede utilizar la energía generada por el motor hidráulico para moverse.

• La corona: La excavadora hidráulica tiene la habilidad de girar sobre su propio eje 360 grados, permitiéndole un gran rango de alcance, poder excavar y desechar los escombros en otra lugar, o depositándolo directo en camiones, sin moverse de lugar. • La cabina: La cabina debe tener una visión totalmente panorámica y está posicionada encima de la corona, el asiento debe ser cómodo y algunos modelos de excavadoras hidráulicas, cuentan con cabina cerrada (aprueba de ruido) y aire acondicionad, y otras con cabina abierta. • Las llantas y soportes: La excavadora cuenta con unos pequeños soportes, los cuales se incrustan en el suelo permitiéndole desplazar la fuerza opuesta de la excavación, permitiéndole soportar la potencia que genera el sistema hidráulico. Llantas, las ruedas neumáticas con las que cuentan algunos de estos modelos de excavadoras, se usan para desplazarse en superficies sólidas, como: el asfalto, concreto, grava. Orugas, este tipo de llantas son idénticas a los que usan los tanques de guerra; y generalmente se emplean en suelos menos estables, como la arena, barro, lodo; este tipo de “rueda” ocupa una mayor superficie, por el peso y tracción tienden a hundirse en el suelo; aumentando la tracción al excavar. Los modelos de excavadoras con orugas, no pueden desplazarse por sí mismas, tiene que ser transportadas por otro medio de transporte.

Precaución: Dentro del radio de acción al manipular cargas, hay que evitar a toda costa que estás pasen por encima de la cabeza de las personas que trabajan en la cercanía de la maquina.

Los pies

Existen dos tipos de bases en excavadoras. Una de estos esta compuesta por ruedas como cualquier automóvil, conocido también como el tipo rueda. Debido a la naturaleza de la base, es primariamente usada en superficies sólidas, como el concreto y la gravilla. El segundo tipo es conocido como la oruga por su habilidad de transitar en superficies menos estables, como el barro y la arena. A diferencia del tipo rueda, la oruga cubre un área mayor de la superficie y por consiguiente se hunde en la tierra. Funciona tal como el nombre lo sugiere, arrastrándose, con un tipo de mecanismo de banda transportadora. Ésta máquina solo puede ser usada en emplazamientos y tiene que ser transportada de un lugar a otro por medio de otros vehículos.[5]

De acuerdo con un programa especializado en maquinaria del Discovery Channel, las excavadoras pueden levantar el 30% de su peso total, pueden romper objetos con una fuerza equivalente al 60% de su peso y el cucharón puede transportar de un solo viaje hasta el 10% de su peso. De modo que mientras más pesadas sean, mayor es su fuerza en cada palada.

Excavadoras de cable o mecánicas. B. EXCAVADORAS-DE-CABLES es un tipo de excavadora frontal eléctrica autopropulsada, sobre orugas, que usa cables para accionar el desplazamiento del cucharón

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.

hay dos tipos de excavadoras de cable: 1. Excavadoras para cargar sobre otro equipo (volquetes, vagones, tolvas, etc.). 2. Excavadoras de desmonte, que descargan directamente en el vertedero situado en el hueco creado anteriormente. 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. CICLO DE TRABAJO DE LA EXCAVADORA CABLE El ciclo de trabajo para la pala consta de cuatro fases: 1. Carga. 2. Giro hacia el camión. 3. Descarga. 4. 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. APLICACIONES Las excavadoras de cables emplean en su arranque y carga de los materiales de recubrimiento y mineral en explotaciones llevadas a cabo por banqueo. Son por excelencia unos equipos muy robustos y de gran tradición minera, por lo que son especialmente adecuadas para condiciones de trabajos extremas. Debido a su dilatación de vida útil son idóneos para proyectos de gran dimensión, ya que además proporcionan unos costos de operación bajos. La descarga de material la suelen efectuar directamente sobre volquetes, pero también la realizan en ocasiones sobre plantas móviles de trituración. Si los materiales rocosos no son excesivamente resistentes, estas máquinas pueden llevar a cabo el arranque directamente y en casos más adversos o cuando se quieren alcanzar altos niveles de producción, se procede a dar voladuras para conseguir la fragmentación deseada. CONSIDERACIONES DE SELECCIÓN En primer lugar, deben compararse las diferencias existentes entre las excavadoras de cables y excavadoras hidráulicas, ya que son dos máquinas que realizan básicamente los mismos trabajos. El proceso de selección de excavadora de cables tiene dos fases: Ø Definición de las características básicas. Ø Selección del modelo. DEFINICION DE LAS CARACTERISTICAS BASICAS Los datos de partida son: Ø La producción horaria requerida “P” expresada en (m3/h). Ø El tipo de material objeto de excavación. Este puede clasificarse en: blando, medio, duro y muy duro, debiendo especificarse si es susceptible de arranque directo o debe ser perforado y volado previamente. Ø La densidad de la roca. A partir de estos datos se determinara:

Ø El tamaño del cazo “C” expresado en m3. Ø El tipo de volquete más adecuado para dicha máquina de carga. Ø El peso aproximado de la excavadora. Ø La potencia total instalada y su distribución en los distintos mecanismos. Ø La altura de banco.

DIFERENCIAS EXCAVADORAS HIDRAULICAS

EXCAVADORAS DE CABLES

Ø Inversión media.

Ø Inversión elevada.

Ø Vida útil media (5-10 años).

Ø Vida útil media (20-30 años).

Ø Valor residual pequeño.

Ø Costo de operación bajo.

Ø Capacidad del cazo hasta 26 m3.

Ø Valor residual grande.

Ø Grandes fuerzas de excavación.

Ø Capacidad del cazo hasta 50 m3.

Ø Variación del ángulo de ataque del cazo.

Ø Pluma rígida y ángulo de ataque del caso fijo.

Ø Mejor llenado.

Ø Tiempo de llenado mayor.

Ø Menor desgaste de dientes.

Ø Mayor desgaste de dientes.

Ø Adecuación en terrenos compactos o mal Ø Menos adecuada en terrenos compactos volad.

o con repies.

Ø Dimensiones medias.

Ø Dimensiones grandes.

Ø Centro de gravedad próximo al eje de Ø Centro de gravedad delante del eje de giro.

giro.

Ø Contra peso pequeño.

Ø Contra peso grande.

Ø Relación peso/tamaño de cazo pequeño.

Ø Relación peso/tamaño del cazo elevada.

Ø Menor duración de la máquina.

Ø Mayor duración del equipo.

Ø Velocidad de traslación más elevada.

Ø Velocidad de traslación pequeña.

Ø Orugas de tipo medio.

Ø Orugas de tipo pesado.

Ø Capaces d remontar rampas de 60% y Ø No puede operar en pendientes mayores operar en pendientes de 18%.

de 5%.

Ø Tipo de cazo ancho.

Ø Tipo de cazo estrecho.

Ø Reduce la visibilidad durante la carga.

Ø Aporta buena visibilidad el equipo durante la carga.

Ø Precisa mayor energía disponible.

Ø Mejora la penetración.

Ø Mejor factor de llenado.

Ø Produce mayor esponjamiento y pero

Ø El control de apertura reduce el descaste grado de llenado. en la carga de los volquetes.

Ø Se controla peor la descarga aumentando el desgaste de la caja de los volquetes.

3.2. SEGÚN EL SISTEMA DE TRASLACIÓN Excavadoras montadas sobre cadenas (orugas) Excavadoras montadas sobre ruedas o neumáticos. Excavadoras montadas sobre rieles. Excavadoras montadas sobre barcos

3.3. SEGÚN EL TIPO DE OPERACIÓN Excavadoras normal o Standard Excavadoras de mordazas. Excavadoras de tambor Excavadora de Rosario

4.

SUB-CLASIFICACIÓN DE EXCAVADORAS HIDRÁULICAS

4.1. POR SU SISTEMA DE TRASLADACIÓN A. EXCAVADORAS MONTADAS SOBRE CADENAS. (ORUGAS) B. EXCAVADORAS MONTADAS SOBRE RUEDAS. (NEUMÁTICOS) PRINCIPALES DIFERENCIAS 4.2. POR SU TAMAÑO A. MINIEXCAVADORA B. PEQUEÑAS C. MEDIANAS D. GRANDES 5.

TRABAJOS QUE REALIZAN

6.

TIPOS DE CUCHARON O CAZO

7.

PRODUCCIÓN DE UNA EXCAVADORA

BETTSY 7.1. PRODUCCIÓN DEL EQUIPO DE EXCAVACIÓN 7.2. RECOLECCION DE LA DATA 7.3. FACTOR DE EFICIENCIA (E) 7.4. PRODUCCIÓN POR CICLO 7.5. NUMERO DE CICLOS POR HORA 7.6. TABLAS DE FACTOR DE LLENADO (FLL) EJEMPLO DE CALCULO 01 -

ESPECIFICACIONES DE LA EXCAVADORA 345BL

-

CALCULO DE LA PRODUCTIVIDAD NOMINAL DE LA EXCAVADORA

-

CALCULO DE LA PRODUCTIVIDAD ESTÁNDAR DE LA EXCAVADORA

-

CALCULO DEL VOLUMEN SUELTO DE PRODUCCIÓN

8.

PARTES DE UNA EXCAVADORA

9.

RETRO- EXCAVADORA

9.1. DEFINICIÓN 9.2. TRABAJOS QUE REALIZA 9.3. PRODUCCIÓN DE LA RETROEXCAVADORA POR CICLO 9.4. FACTOR DE LLENADO PARA CUCHARÓN DE RETROEXCAVADORA EJEMPLO -

CALCULO DE LA PRODUCTIVIDAD NOMINAL DE LA RETROEXCAVADORA

-

TABLA DE TIEMPO DE CICLO PARA EXCAVACIÓN

-

CALCULO DE LA PRODUCTIVIDAD ESTÁNDAR DE LA RETROEXCAVADORA

10.

-

CALCULO DE PRODUCCIÓN POR HORA (Pexc).

-

CALCULO DEL VOLUMEN SUELTO DE PRODUCCIÓN

RECOMENDACIONES

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. Enlace de Descarga del Documento en formato PDF.

http://adf.ly/1lXBWF