jueves, 12 de enero de 2017

EXCAVADORA DE CABLES I


Título:
MAQUINAS MINERAS MOVILES
Subtítulo
MAQ. DE CARGUIO SIN ACARREO
Fecha de realización:
12/01/2017
Grupo:
DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
Tema:
EXCAVADORA DE CABLES
Código:
DIS-MIN-MMM-02-01









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
Autor
Observaciones

12/01/2017
Ing. Juan Carlos Miranda Rios
Documento Base
Rev.01



Rev.02








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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