Maquinaria minera II (página 3)

La elección de uno de ellos depende de la disponibilidad de máquinas y objetivos de saturación de unas unidades u otras.

Cuando la distancia de transporte es pequeña se puede eliminar el empleo de volquetes o camiones. Este procedimiento se utiliza en la alimentación de marchadoras móviles, plantas de hormigón, manipulación de acopios etc.

Consideraciones de selección

A partir de la producción horaria y las características del tipo de material a cargar se puede proceder a determinar algunas características básicas de las palas. Por ejemplo se puede estimar el tamaño de cazo necesario.

El peso y potencia de las palas que se aconseja se calcula con las siguientes expresiones:

Peso (1) = 7.5 c(m3)

Potencia (kw) = 47 c(m3)

Para que los volquetes estén equilibrados con las máquinas de carga se recomienda que estas tengan una capacidad próxima a las dadas en el siguiente cuadro:

Además hay que tener en cuenta ciertas condiciones geométricas entre las palas y los volquetes.

Pala H(m) = 3.5+0.3c (m3)

Pala + tractor H(m) = 6+0.3c (m3)

Las alturas óptimas de banco se fijan en función del tamaño de las palas y sistema de carga utilizada.

En lo referente al sistema de rodaje, para unidades con cazos menores de 4 m3 podrá elegirse en función de las condiciones del piso de la cantera y estado del frente de trabajo.

Cargador de ruedas

Se construyen en tamaños de 1 a 11 m3 y se encuentran en estado de proyectos con cucharas de 27 m3 Fig. 34.

Fig.34. Cargador frontal sobre neumático

Las cargadoras son de bajo costo y de corta vida, en comparación con las palas mecánicas. Debido a su movilidad y flexibilidad, su utilización aumenta en explotaciones de superficie donde pueden ser alejados rápidamente de las áreas de voladura.

En minas metalíferas su empleo está restringido a los trabajos de destape del recubrimiento y a las operaciones auxiliares. Compiten con la pala mecánica en carga primaria en situaciones de inseguridad política o económica cuando las inversiones deben ser mínimas.

La elección del tamaño de una cargadora consiste en los siguientes pasos:

• 1) Determinación del monto de la producción por unidad de tiempo. (hora, minuto, etc.)

• 2) Calculo del tamaño de la cuchara sobre la base del ciclo de trabajo de la máquina y de su eficiencia.

• 3) Elección de la cargadora según especificaciones de los fabricantes según el tamaño de la cuchara elegida.

La capacidad de la cuchara es:

Qc = carga operativa/(densidad suelta * relleno)

Cargadores sobre orugas

En minería a cielo abierto la cargadora sobre orugas es principalmente una máquina de apoyo. Si bien no tiene la movilidad de una cargadora sobre neumáticos es mucho más móvil que la pala mecánica y se utiliza principalmente en excavación de planos inclinados. Para la carga en frentes de canteras la maquina sigue un camino en V con un ciclo total de 0.7 a 1.7 min. Fig. 35.

Para la excavación de trincheras inclinadas etc., un tiempo fijo de 0.65 min. Es normal y la velocidad promedio de 4 Km/h puede ser utilizada para calcular el tiempo variable.

• Tractores

Desde hace más medio siglo el tractor en sus dos variedades, de oruga y de neumáticas, constituye un exiliar potentísimo para el movimiento de tierras. Gracias a los avances experimentados en la fabricación de motores diesel rápidos.

Tipos de de tractores

• El tractor de orugas

• El tractor de neumáticos.

El tractor de orugas.-Los tractores (Fig. 35) de orugas están compuestas de las siguientes partes principales:

• Bastidor o chasis principal

• Soporte de las orugas

• Sistema de motor diesel

• Sistema de embrague

• Caja de velocidades

• Sistema de frenos

• Sistema hidráulicos

• Sistema de control de mando

• Toma de fuerza.

Fig. 35. Tractor oruga

El tractor neumático.-los neumáticos de gran tamaño, que sirven de elemento de apoyo y de tracción a los tractores de este tipo, tienen una base de apoyo muy amplia para impedir que se el deslizamiento o patinado aun en condiciones adversas del suelo Fig. 36.

Fig. 36. tractor neumático

La presión de inflado es, normalmente, pequeña y varia de acuerdo a las demisiones del neumático de 1,75 a 2,50 Kg./cm2. El tractor de neumático tiene las siguientes partes principales:

• Parachoques

• Defensa interior

• Gancho de tracción

• Bastidor principal

• Sistema de articulación transversal

• Sistema motor

• Sistema de transmisión

• Sistema hidráulico

• Horquilla de enganche

• Sistema de dirección y otros

• Motoniveladora

Es otra de las máquinas que consta de un bastidor principal largo que soporta el motor diesel, hoja, ejes y el conjunto de los mandos de control. Inicialmente, el bastidor no era articulado, aunque hoy la totalidad de las máquinas principales son articuladas.

El giro de la hoja puede ser, en horizontal 360º y elevarse o bajarse e inclinarse verticalmente, así como desplazarse lateralmente, para largos alcances, a los costados de la máquina.

En general, la tracción está confiada a los ejes traseros Fig. 37, la dirección, a la rueda delanteras, y el control puede ser mecánico, hidráulico o mixto.

Fig. 37. Motoniveladora

Componentes principales:

• Hoja

• Soportes de la hoja

• Sistema hidráulico

• Sistema de dirección

• Bastidor

• Mecanismo de inclinación

• Tablero de control

• Sistema de transmisión delantera y posterior

• Sistema de deslizamiento lateral

• Mecanismo de elevación

3.6. Mototraillas

Tienen una gran aceptación en el movimiento de tierras tanto en minería como en obras públicas Fig. 38. Dentro de los elementos de transporte hay que distinguir dos grandes grupos:

• Elementos de carga y transporte con la misma máquina

• Elemento de transporte solamente

Fig. 36. Tractor mototraillas

Tipos de unidades

Son unidades de dos ejes y diseño articulado y se diferencian por el número de motores que poseen y el sistema de carga.

Algunos equipos de dos motores montan dispositivos de tiro y empuje.

Convencionales de un motor.

• Un eje motriz

• Capacidad de 23 a 58 t.

• Potencia de 240 a 460 kw.

Convencionales de dos motores y de tiro y empuje

• Dos ejes motrices

• Capacidad entre 22 a 49 t.

• Potencia de 215 a 210 kw.

Autocargables de un motor.

• Un eje motriz

• Capacidad de 12 a 35 t.

• Potencia entre 120 a 410 kw.

Autocargables de dos motores.

• Dos ejes motrices

• Capacidad de 17 a 34 t.

• Potencia entre 210 a 525 kw.

Aplicaciones

El ciclo de trabajo de una mototrailla comprende las siguientes fases:

Carga de material con cortes de 10 a 50 cm. de espesor, transporte de material, descarga en tongadas de hasta 60 cm. de espesor y retorno vacío.

Movimiento de la tierra vegetal, excavación de recubrimientos de estéril y minerales poco consolidados, restauración de terrenos, preparación de terrenos, construcción de pistas, etc.

Consideraciones de selección

En la selección de una mototrailla intervienen los siguientes factores: tipo de material a manejar, resistencia a la rodadura de los firmes, pendientes a remontar, distancias de transporte, cortes de operación.

Esquemas de Operación

Para el movimiento de tierra y en minería se utilizan varios esquemas de trabajo: según anillo, en ocho, según espiral, en zig – zag, etc.

El movimiento de traílla según anillo se utiliza para la construcción de rellenos desde las rocas vecinas, ejecución de trincheras, explotación de los yacimientos con el movimiento transversal y su almacenamiento en el borde paralelo al frente de trabajo.

El movimiento de la traílla en forma de ocho. La traílla después de su descarga en el vaciadero 1* no se dirige al frente 1 donde se llenaba anteriormente sino al frente 2 situado algo mas lejos según el frente de los trabajadores.

Después de llenarse con la roca la traílla se desplaza al vaciadero 2* para su descarga y de nuevo se dirige al frente 1, etc. Este esquema se utiliza para la construcción de terraplenes con las rocas vecinas adyacentes y en la ejecución de las trincheras con el desplazamiento transversal de la roca.

En el trabajo según este esquema el tractor gira alternativamente 180º a la derecha y a la izquierda, lo que excluye el desgaste de un lado de los elementos de marcha del tractor y de la traílla.

El movimiento de la traílla según espiral se utiliza cuando los desmontes se disponen a lo largo de ambos costados y el desnivel entre las cotas de desmonte y terraplén no es mayor de 2.5 a 3 m.

El esquema de movimiento de las traíllas en zig – zag se utiliza en la ejecución de trincheras y de gran longitud.

• Bulldozer

Su empleo preponderante y más económico es la excavación y transporte sucesivo del material a lo largo de la dirección de la marcha, según un ciclo de ida y vuelta compuesto de las siguientes fases:

• 1. Excavación del material y carga de la hoja para un tramo cortó; esta fase representa una pequeña parte del tiempo total.

• 2. Empuje del material acumulado delante de la hoja en la fase precedente, y descarga.

• 3. Retorno en vació en marcha atrás hasta la zona de excavación para iniciar un nuevo ciclo.

La distancia económica del empleo es como máximo 60-70 metros.

Para obtener el máximo rendimiento, se procura seguir la fase útil, de forma que se puede disponer de la máxima potencia y fuerza de empuje posible.

Se busca, por otra parte hacer mínima la pérdida de material que normalmente tienen lugar durante el empuje y que pueden alcanzar valores considerables en relación a la distancia recorrida y a la forma de hoja Fig. 29.

Fig. 39. Tractor bulldozer

Se trabaja por tanto:

• En bajada para aumentar el esfuerzo de empuje dado por el tractor

• Con dos o incluso más bulldozer, uno al lado del otro, para disminuir la perdida de material excavado.

• Entre las paredes de una zanja o entre dos pequeños realces convenientemente preparados.

3.8. Angledozer

Esta máquina su aplicación más económica en los trabajo de explanación a media ladera Fig. 40. Por este motivo su hoja pude ser orientada a derecha o izquierda, y la sección de la misma es mucho más curvada que en bulldozer. Esto tiene por objeto que el material movido, como ya hemos indicado, no se acumule demasiado delante de la hoja, voltee mejor y se empujado más fácilmente de lado Fig.41.

El angledozer es más apto para máquinas de pequeña o media potencia y no está dotado generalmente de cilindro hidráulico de mando de la inclinación transversal; su utilización en máquinas de gran capacidad de producción tiende a reducirse.

Fig. 40. Operación

Fig. 41. Tractor Angledozer

• Tractor Ripper

El ripper es una máquina que está equipado por púas afilada que van montadas en parte posterior del tractor, y con la toma de fuerza se introduce en el terreno, levantado y desintegrando éste al avanzar el tractor. También la parte externa, recambiable, del ripper es de acero al manganeso Fig. 42. Este tractor tiene los mismos sistemas principales que los otros tractores mencionados anteriormente.

Existen, de todas maneras, condiciones que favorecen esta operación de excavaciones, y son:

• Fallas y planos de fragmentación y debilidad

• Meteorización y debilitamiento derivados de las fuentes cambios de temperatura y humedad.

• Alto grado de estratificación y laminación

• Presencia de humedad

• Baja resistencia a la compresión

Fig. 42. Tractor Ripper

CAPITULO IV

Equipos de acarreo y transporte en minería superficial transporte por camiones

4.1. Generalidades

En explotación a cielo abierto, el medio más utilizado de transporte de las rocas y de materia útil son los camiones y los tractores Fig. 43. La habilidad de los camiones para operar en condiciones de rápido avance del frente, en explotaciones en terreno montañoso, en extracción selectiva, en trabajos de niveles profundos no se alcanza mediante el ferrocarril.

Fig. 43. Camiones

Debido al alto costo de transporte por camiones, su utilización es ventajosa hasta distancias de transportes de 1 a 5 Km., según la capacidad de la maquina. Las ventajas del transporte por camiones son:

• 1) Mucho mayor maniobrabilidad en comparación con el transporte sobre rieles;

• 2) Aumento del rendimiento de las excavadoras, mediante la reducción del tiempo para las operaciones de cambio de los convoyes;

• 3) Menor extensión de labores de acceso;

• 4) Reducción del tiempo de construcción de carreteras;

• 5) La avería de un camión no provoca la paralización del transporte y no influye sobre los demás trabajos.

Los inconvenientes del transporte por camiones son:

• 1) Elevados gastos para la conservación y reparación de camiones;

• 2) Dependencia de las condiciones climáticas;

En las explotaciones a cielo abierto se utilizan los camiones volquetes, tractores con semi-remolques y remolques y tractores de tiro con remolques. Debido a las difíciles condiciones del trabajo en las explotaciones a cielo abierto, las máquinas utilizadas en el transporte se caracterizan por su alta resistencia.

4.2. Camiones volcadores.

Los camiones volcadores o volquetes tienen una capacidad de 5 a 380 toneladas Volumen de la caja de 3,5 a 200 m3, potencia del motor de 100 a 3550 HP, velocidad de 30 a 50 Km. /h Fig. 44.

Sistemas principales del camión:

• Sistema motor diesel

• Sistema de frenos ABS, hidráulico y eléctrico

• Sistema de transmisión manual y automática

• Sistema de caja de velocidades

• Sistema de dirección hidráulica

• Sistema de suspensión neumática-hidráulica

• Sistema hidráulico de volteo

• Los tumrockers

Tienen la caja montada sobre el chasis del camión, que se vacía levantándola mediante un tornillo hidráulico. Pueden transportar cualquier clase de material, pero se utilizan sobre todo para material pesado – roca dinamitada, menas, etc.

Los camiones de dos ejes generalmente tienen tracción trasera, pero también existe con doble tracción. Los neumáticos gemelos son standard en el eje trasero.

Fig. 44. Camión de 380 TN

En los camiones de tres ejes, ambos ejes traseros son motrices y llevan neumáticos gemelos.

Estos camiones no pueden ser utilizados en los caminos vecinales, ya que su peso y dimensiones sobrepasan los límites legales.

Algunos camiones (por ejemplo, Haulpak Wabco de Le Toumeau Westinghouse Co.) no llevan resortes de suspensión. Las cuatro unidades "hidraire" amortiguan los golpes de la carga y el viaje y distribuyen la carga igualmente sobre todas las gomas. Cada rueda está montada en un embolo, soporta la carga sobre una almohadilla de gas nitrógeno comprimido. La cámara de compresión inferior actúa como cámara de rebote para el retorno o movimiento hacia abajo del émbolo. El recorrido máximo del embolo es de 33 cm. en las unidades de suspensión frontal y de 23 cm en las dos unidades traseras de "hidraire", en comparación con los resortes standard, que tienen una acción de 8 a 10 cm.

Debido a un sistema de dirección sin el convencional eje delantero que permite obtener un giro agudo a 45º de las ruedas delanteras, el haupax gira en 1/3 menor espacio comparado con otros camiones similares.

Todos los camiones grandes utilizan el motor diesel de 4 o de 2 ciclos. El motor de gasolina en estas máquinas ha desaparecido por alimentadores para conservar a mayores altitudes su "performance" al nivel del mar. Pocas turbinas de gas se utilizan en camiones eléctricos.

Ahora examinemos brevemente la transmisión de potencia desarrollada por el motor a las ruedas:

La Transmisión Manual.

Con engranajes convencionales se utiliza en camiones más pequeños (hasta 25 toneladas.) por lo general con asistencia del aire sobre los engranajes. Para las operaciones descendentes llevan retardadores hidráulicos o eléctricos, entre la parte trasera de la transmisión y el eje trasero, ya que la transmisión manual no permite incorporar un dispositivo auxiliar de frenado.

La transmisión en condiciones de plena potencia.

Incluye el convertidor de torsión y engranajes planetarios operados hidráulicamente. El cambio de velocidad puede realizarse en marcha ascendente o descendente con carga plena. Se instala como standard en todos los camiones desde 20tc y mayores.

Por lo general, los camiones llevan de 3 a 6 pares de engranajes y además un engranaje de acoplamiento automático para convertidor, lo que da una nueva serie de velocidades. Algunas unidades incorporan además unos dispositivos automáticos que permiten pasar de la marcha directa a la sobremarcha.

La transmisión manual con convertidor de torsión.

Utiliza la condición por convertidor de torsión por intermedio de engranajes operados por aire. Este sistema se construyó para operaciones en pendientes relativamente constantes con pocos cambios de velocidad. Un retardador dinámico colocado delante de la transmisión, provee de una retardación efectiva para las relaciones de cambios.

Las unidades con tracción eléctrica

Utilizan generador movido por diesel para alimentar con corriente las ruedas motrices.

Las ruedas motrices pueden ser accionadas por línea convencional de tracción; los ejes por el motor de tracción de corriente continúa montado adelante del eje trasero. Alternativamente, los motores de tracción pueden ser montados fuera del chasis y giran los ejes de los accionamientos finales. En unidades de tracción eléctrica mas populares, el motor de tracción esta colocado íntegramente en el cubo de la rueda. La retardación del vehículo en camiones eléctricos se alcanza con frenado dinámico.

Neumáticos para camiones.

Debido a su gran importancia para operación normal del vehículo y por su costo, es esencial que sean elegidos correctamente el tamaño, tipo y material de la banda de rodamiento y de la carcasa. La carga sobre neumáticos no debe sobrepasar en más de 110% de tonelaje prescrito con velocidad de 50 Km/h.

Como el caucho e el neumático retienen el calor producido por la flexión bajo carga durante viaje, puede producirse la inversión del proceso de vulcanización a 158ºC., además, a temperaturas por debajo de este punto, la resistencia del cacho se reduce y pueden producirse daños por impacto.

La elección entre neumáticos simples o gemelo, además del tonelaje transportado, depende de la naturaleza del terreno, largo del recorrido. etc., Los neumáticos gemelos se prefieren para largos recorridos y buenos caminos, tienen mejor estabilidad; los neumáticos simples, sobre arena y relleno blando.

Todos los fabricantes tienen, desde el tamaño de neumáticos de 14.00-25, neumáticos con banda de rodamiento extra. Estos neumáticos son ventajosos sobre severas condiciones de rocas y cortos recorridos, donde el mayor problema es el desgaste y no el calentamiento. El uso del neumático de base ancha es casi universal para neumáticos simples. Tienen mayor capacidad de carga que el neumático de tipo convencional.

En período de desarrollo están los neumáticos de tipo radial, que utilizan encordadura de nylon o acero, dispuesta de forma transversal o radial con la sección del neumático.

Caja.

En forma de V ahora se hace de acero aleado de alta resistencia, lo que ha eliminado la construcción antigua del piso sándwich de madera dura. Prácticamente todas las cajas están calentadas por los gases de escape.

Tractor de tiro.

Se denomina así el automóvil sobre neumáticos sin caja. En el convoy, después del tractor de tiro sigue siempre un semiremolque, transmitiendo una parte de su peso sobre los ejes de acoplamiento y, finalmente, un remolque. Los semiremolques y remolques se construyen con descarga inferior, lateral o trasera, su capacidad alcanza 100 t.

Los convoyes deben emplearse únicamente en buenos caminos, con pequeñas pendientes y en importantes distancias de transporte, menos de 5 Km fuera de las canteras.

Los tumrockers.

Consta de un tractor de un eje y de un semiremolque con descarga automática hacia atrás. De construcción sencilla y resistente, se utilizan en las en las canteras para el transporte de mineral en bloques grandes; Pueden vencer importantes pendientes y curvas cerradas (4 a 5 m).

4.3. Resistencia al movimiento de los camiones.

Un camión en movimiento de encuentra bajo la acción de dos fuerzas contrarias: la fuerza de tracción F y la fuerza de resistencia al movimiento Rt (resistencia total).

La resistencia total (Rt) al movimiento de un camión es igual:

Rt = Rr + Rp + Ra +Ri

La resistencia al rodamiento de la rueda por el camino:

Rr = Qf = 1000 Qf Kg

Donde: Q = peso del camión volquete, Kg.

Rr = resistencia específica al rodamiento,

dependiendo del tipo de camión

f = coeficiente de resistencia al rodamiento,

Valores de resistencia especifica al rodamiento para camiones volquetes

El valor común utilizado en caminos lisos de grava y de cascote es de 20 Kg/t ó 2%.

La resistencia por la pendiente (Rp) bajo el ángulo ß Fig. 45.

Rp = Q sen ß Kg.

Fig. 45. Camión con carga en una pendiente

Pero como con los pequeños ángulos sen ß = i, entonces.

Rp = Q.i /100 Kg.

Donde i – valor de la pendiente, expresado en milésimos. Por ejemplo, en los cálculos para la pendiente de 7º se toma i = 0.070. (en %).

La resistencia del aire (Ra).

Wa = kSv2 Kg

Donde: k = 0.06–0.07 – coeficiente de resistencia del aire;

S = superficie frontal del camión, m2;

V = velocidad del camión, m/seg.

Cuando la velocidad de los camiones es menor de 15 Km/h el valor de Wa puede omitirse en los cálculos.

La resistencia dinámica (resistencia a la inercia Ri) durante la aceleración es la suma de las fuerzas de inercia de las masas del camión y de las partes en movimiento.

Ri = kQ a/g Kg Ri = Q (v2 – v1)/g.t

Donde k – coeficiente de inercia de las partes en movimiento;

a – aceleración del camión

g = 9.81 m/seg2

v = velocidad del camión

t = Tiempos

k = Coeficiente de inercia

Para los cálculos, la resistencia total al movimiento del camión se toma igual.

Rt = Q (f±i) + kfv2

Fuerza de tracción.

Según el punto de aplicación, la fuerza de tracción puede ser aplicada, sobre la llanta y sobre el gancho.

La fuerza tangencial de tracción sobre la llanta de las ruedas conductoras es expresada por:

Ft = 270 N n/v Kg

Donde : N = potencia efectiva del motor, CV.

v = velocidad del camión, Km/h;

n = rendimiento de la transmisión, igual a 0.75 – 0.85

La fuerza de tracción en el gancho es la fuerza desarrollada por un tractor de tiro para el transporte de los remolques:

Fg = F1 – Q (f±i) Kg.

4.4. Ecuación del movimiento de camiones.

Para el movimiento de un camión es necesario que se cumplan las condicione:

Ft = R

Ft = P ?

Donde : P = peso adherente del convoy, Kg;

? = coeficiente de adherencia de las ruedas con el camino.

El peso adherente de un camión es igual aproximadamente a 0.7 del peso total del camión y de 0.6 del peso total de tiro y del semiremolque.

Valores del coeficiente de adherencia ?

Camino limpio y seco 0.6 – 0.7

Camino limpio y húmedo 0.4 – 0.5

Camino sucio o congelado 0.15- 0.2

La ecuación del movimiento del camión.

Característica dinámica del camión volquete MAZ – 525 de la

URSS

Donde: D = Factor dinámico;

i = El cociente entre la aceleración del camión y la aceleración de la fuerza de la gravedad; para los cálculos se toma el valor máximo al arranque igual a 0.10 – 0.5.

Para el movimiento uniforme i = 0 y la ecuación se transforma en

D = f± i

Las características dinámicas para los camiones volquetes se construyen con carga normal. Para la determinación de la velocidad de los camiones vacíos o con carga incompleta, la escala de ordenanzas de la característica se cambia proporcionalmente al cociente de los pesos o sea que el factor dinámico es igual a:

D´= DQ/Q

La ecuación, conjuntamente con la característica dinámica del camión permite determinar el valor máximo de la pendiente i, que puede ascender un camión cuya velocidad se conoce.

Inversamente, si se conoce la pendiente i, el factor dinámico determina la velocidad máxima del movimiento que el camión puede desarrollar en esta parte del camino. El trabajo estable del motor de un camión corresponde al punto más alto de la ordenada del factor dinámico y de la parte descendente de su característica dinámica, la velocidad del camión puede ser determinada desde la fórmula.

Gráficos de fabricantes para la determinación de velocidades de los camiones.

A continuación reproducimos el gráfico del camión Caterpillar 769B de 35 tc. Su modo de utilización es el siguiente: A partir del peso bruto (o vacío), descienda hasta el % de la resistencia total (igual % de la pendiente más el 1% por cada 10 Kg./t de resistencia al rodado). Desde el punto peso – resistencia, avance horizontalmente hasta la marcha de velocidad más alta obtenible, y luego descienda a la velocidad máxima.

Ejemplo. Determinar la velocidad según el gráfico de pendiente – velocidad del camión Caterpillar 769B, de 35 tc cargado y vacío por un camino con afirmado de cascote (Rr=20 Kg./t) con un ascenso igual a 8%

El factor dinámico (resistencia total) del volquete será

D = f±i = 0.020 + 0.080 = 0.100

El camión cargado subirá en 2da, marcha con 15 Km/h y el camión vacío es 3ra marcha a 25 Km/h.

La velocidad media del camión MAZ – 525 en la cantera de Sibaevsky, URSS, según V.S. Khokhriakov:

Ecuación del movimiento para tractores de tiro sobre orugas.

En los cálculos de tracción para tractores de tiro sobre orugas con remolques se utiliza la ecuación:

1000 Q ?1 > (Q + nq) (f1 + i)

Donde: Q – peso del tractor de tiro, t:

?1 – coeficiente de adherencia.

N – número de remolques;

Q – peso bruto de un remolque, t;

F1 – coeficiente de resistencia al rodamiento para maquinas de orugas

4.5. Frenado de los camiones volquetes.

Durante el frenado se crea un par de frenado Mf sobre las ruedas del camión que se frenan. En consecuencia, aparece una reacción del camino o fuerza de frenado B.

La ecuación de movimiento del camión durante el frenado tiene aspecto.

Mv2/2 = [B + Q (f±i)+Ra] L

Donde M – masa del camión;

L – camino de frenado, m;

V – velocidad inicial de movimiento, m/seg.

El valor de la fuerza de frenado es limitado por la condición de adherencia de la goma Al camino.

B = Qa ?

Donde Qa = peso del camión correspondiente a las ruedas que se frenan;

? = coeficiente de adherencia.

Omitiendo en la ecuación la resistencia del aire y tomando Qa = Q y como M = Q/g, se obtiene:

De aquí se llega a la fórmula para la determinación del camino de frenado.

La mayoría de los vehículos están provistos de un dispositivo auxiliar de frenado, denominado retardador, cuyo fin es retener el camión en los caminos descendentes.

Para determinar el rendimiento de los frenos, lea horizontalmente la pendiente compensada (igual al porcentaje de la pendiente existente menos el 1% por cada 10 Kg/t de resistencia al rodado). Partiendo del punto peso – pendiente. Luego avance horizontalmente a la derecha para determinar la velocidad máxima de descenso que puede controlarse con seguridad sin sobrepasar la capacidad de enfriamiento. Deben mantenerse los rpm. indicadas del motor cuando el enfriamiento es continuo en períodos prolongados.

4.6. Influencia de altura sobre el rendimiento.

El aire se enrarece por el aumento de la altura o de la temperatura; en consecuencia, contiene menos oxígeno para unirse con el combustible. La compresión alcanzada en los cilindros de diesel y la potencia producida son menores.

Se considera que:

• 1. Para motores de cuatro tiempos no hay pérdida en rendimiento hasta 300 m sobre el nivel del mar. Para alturas mayores, la potencia disminuye en 3% por cada 300 m.

• 2. Para motores de dos tiempos, se debe reducir 1 1/3% en el rendimiento para cada 300 m sobre el nivel del mar hasta 1800 m por encima de esta cifra, reste el 3% por cada 300 m.

Ejemplo. Una unidad de acarreo equipada con motor diesel de ciclo de 4 tiempos, con una capacidad de pendiente del 9% en el nivel del mar. A 1500 m su rendimiento caerá 4×3% = 12%. Al reducir su capacidad de pendiente a nivel del mar en un 12% (9X0.12 = 1.08), obtenemos la capacidad de pendiente resultante en 1500 m según el 9 – 1.08 = 7.9%

Estos datos se refieren a motores con aspiración natural. Algunos fabricantes entregan camiones con turboalimentadores. Movidos por los gases de escape, que actúan como bombas que inyectan el aire en el motor. Los camiones con turboalimentador trabajan con rendimiento al nivel del mar en altitudes entre 1800 y 3600 m.

Duración de viaje de un camión.

Las operaciones básicas de un ciclo de camión son: carga con material (roca, mineral), su acarreo, descarga de material y regreso del camión vacío. De aquí, el tiempo total de un recorrido:

tt = tc + ta + td + tr + tc min

Donde : tc = Duración de la carga, min;

ta = Duración del acarreo, min;

td = Duración de la descarga, min;

tr = Duración del regreso, min;

tc = Duración de las esperas, min;

Duración de la carga.

La duración de la carga con pala mecánica, draga o cargadora frontal es:

Donde; E = Volumen de la caja del cucharón, m3;

tex = Duración del ciclo de una pala mecánica, min

e = Volumen del cucharón, m3

Ke = Coeficiente de esponjamiento

Kll = Coeficiente de llenado.

La cargadora frontal se utiliza corrientemente para la carga del material fácilmente cargable. Las máquinas mayores cargan también roca bien dinamitada. Pero, en categoría de materiales difícilmente cargables, su rendimiento se reduce al 60% de la pala mecánica de la misma capacidad del cucharón. En la categoría de rocas muy difícilmente cargables, la cargadora frontal no trabaja con buen rendimiento y no debe ser utilizada.

He aquí en la tabla N º 6 las duraciones del ciclo de una excavadora.

Se basan sobre una rotación de 90º desde la posición de carga hasta la posición de descarga. Para ángulos de giro mayores de 90º, se deben agregar 3 al ciclo iniciado por cada aumento del ángulo de giro en 30º.

Relación entre volumen de la caja del camión y del cucharón.

Para los recorridos cortos hasta medianos, por debajo de una milla (1,600 m) en una dirección, entre el volumen de la caja del camión y la capacidad del cucharón de la pala se elige una relación entre 3 y 5. Para las distancias mayores de 1600 m, el tiempo de carga se hace mucho menos importante; se autoriza el número mayor de pasadas con:

Coeficiente de llenado

Un efecto sobre duración del ciclo.

Velocidades promedio de viaje.

Para la determinación de las velocidades del viaje se utilizan los gráficos. Los valores obtenidos deben ser corregidos por el coeficiente de velocidad, para disponer de datos promedio y no las velocidades máximas.

Coeficientes de velocidad, según Euclid (48)

Estos datos son validos para transmisiones en plena potencia. Para las unidades de transmisión normal, debe adoptarse un coeficiente de velocidad más bajo, por lo menos hasta 500 m de distancia.

Selección del apropiado coeficiente de velocidad.

En las tablas que anteceden hay un margen entre el coeficiente mas bajo y el mas alto. Un error en el cálculo del ciclo total del tiempo es muy probable que se deba a un error en calcular el acarreo y regreso. Por consiguiente, debe tener cuidado al escoger el coeficiente apropiado que se usa para obtener la velocidad promedio. Tome siempre en consideración lo siguiente:

• 1. Velocidad de arranque. Una cantidad que arranque en un tramo de 150 m de pendiente menos 2% en un camino bueno, pasará pronto a la transmisión directa y tiene ocasión de alcanzar un tanto por ciento elevado de la velocidad máxima en transmisión directa; por tanto, deben utilizar los coeficientes elevados de la tabla. Por otra parte, la misma unidad que arranque en el mismo tipo de tramo del camino de acarreo, pero de solo 75. y llano difícilmente tendrá tiempo para pasar a la transmisión directa, debe usarse el coeficiente de velocidad baja.

• 2. Impulsión en tramos más cortos. Al calcular las velocidades promedio de unidades que entren en tramos cortos de caminos de acarreo, estando ya en movimiento, la impulsión debe tomarse en consideración. Esto explica las amplias diferencias en los coeficientes que anteceden.

Por ejemplo, una unidad entra en un tramo de camino de acarreo de pendiente de +8% y de 50 m de extensión, marchando a la velocidad de 20 millas / hora. Teóricamente, la velocidad máxima en esa pendiente será 6 millas / hora. Es probable que la impulsión lleve a la unidad a más de 12 millas/horas.

• 3. Impulsión en tramos más extensos. Más abajo aparece la ilustración de un tramo de camino de acarreo, en pendiente hacia arriba del 8%. Una unidad de descarga trasera ascendería ese tramo en tercera a la velocidad máxima alcanzable de 9.7 millas / hora.

En el caso:

• a. La unidad será despaciosa al entrar en este tramo debido al ascenso precedente. En el caso

• b. La unidad entrara en el tramo de 600 metros + 8% de pendiente en alta velocidad. Después del tramo de descenso del camino carretero. Evidentemente, en el último caso la unidad tienen mejor ocasión de alcanzar un promedio más cercano de 100% de su velocidad máxima en tercera, y debe utilizarse el límite más elevado del coeficiente de velocidad dado. Las cifras que se proporcionan tienen el sólo objeto de servir de guía en la mayor parte de las condiciones.

Relación de potencia, peso y velocidad.

En un tramo dado del camino carretero, la unidad engranada en baja velocidad tiene mejor ocasión de alcanzar la velocidad máxima que una unidad del mismo número de caballos de fuerza engranada en velocidad de marcha rápida. Del mismo modo, una unidad con una relación de 150 Kg. Por CV tiene mejor ocasión de alcanzar su velocidad máxima que una unidad que tenga una relación de 250 CV, siempre y cuando ambas unidades estén engranadas en la misma velocidad. Esto lo ilustra bien el "mejor rendimiento" de una unidad vacía, contra una unidad cargada, Mientras más corto sea el tramo del camino de acarreo, más observable será la diferencia, y de allí el margen más amplio en la tabla de velocidad para tramos más cortos del camino de acarreo.

Factores de retraso.

Menudo se encuentran riesgos en el camino de acarreo que reducen la velocidad del vehículo. Debe concederse tiempo cuando existen estas condiciones.

Tiempo de regreso.

A menudo, las condiciones de la tarea y las precauciones de seguridad rigen el tiempo de regreso de una unidad. Si no existen condiciones de pendiente o riesgo de funcionamiento, los siguientes factores son aplicables:

Menos de 150 m Más de 150 m

Favorable 0.65 0.85

Promedio 0.60 0.80

Desfavorable 0.55 0.75

Si existen condiciones de pendientes, utilice los coeficientes elevados de la tabla.

Velocidad de marcha en el área de carga.

La entrada en el área de carga o en el foso se efectúa en velocidad reducida, debido a las condiciones escabrosas de la excavación. Puede calcularse como sigue la velocidad promedio en el área de carga con la unidad vacía:

Favorable 16 Km. /hora

Promedio 11

Desfavorable 6.5

Límites de velocidad en pendiente descendente.

Las velocidades en pendientes descendentes, particularmente en camiones cargados, pueden alcanzar niveles peligrosos.

He aquí algunos valores arbitrarios, que deben ser revisados en cada caso específico.

Velocidades recomendadas en pendientes, según Surface. Mining (82)

Viraje y descarga.

El tiempo de viraje y descarga depende del tipo de vehículo de acarreo y de las condiciones de funcionamiento. Más abajo aparecen los promedios de diferentes tipos en las diversas condiciones de funcionamiento.

Condiciones de eficiencia.

Toma en cuenta las demoras debidas a roturas o a mantenimiento. He aquí los valores recomendados según las condiciones del trabajo.

Disponibilidad de máquinas.

Para el trabajo normal del equipo de transporte se debe proveer de cierto número de unidades de reserva.

Tiempo de viraje y descarga

Colocación en la máquina de carga

Valores del coeficiente de eficiencia

La disponibilidad de la máquina puede ser:

Condiciones de funcionamiento %

Favorable 90

Promedio 85

Desfavorable 75

Caminos para transporte con camiones.

Los caminos en las explotaciones a cielo abierto se dividen en tres tipos: en trincheras principales, en los bancos y en las escombreras.

Los caminos de superficie, según la intensidad del movimiento, se dividen 3 categorías (URSS):

Categoría de camino I II III

Intensidad del movimiento

en una dirección, máquina/hora >100 100-15 <15

La intensidad del transito por camiones se calcula en camiones de 10t, con coeficiente de reducción 0.9 para camiones de 5t y de 1.3 para los de 40t.

Los caminos permanentes de superficie y de las trincheras principales tienen su afirmado en relación con su fin y tiempo de utilización; mientras que los caminos de los bancos son provisorios, sirven para la explotación de zonas limitadas y comúnmente no tienen afirmado especial.

El ancho de la calzada, según el sentido de movimiento y tipo de camiones; se admite: con movimiento en sentido único (Circular) 3.5 a 4.5 m; con movimiento en ambos sentidos 7,0 a 9,0 m. El ancho de hombrillo casi siempre se toma igual 1,0 m.

El perfil transversal de un camino para autos comúnmente tiene pendiente hacia ambos lados, según el tipo de afirmado, de 1,5 a 4%. La pendiente de los costados es 2% mayor y consta de 5 a 6%. En las curvas de los caminos para autos, el perfil se construye con caída única hacia el centro, lo que aumenta la escalabilidad de los vehículos contra la fuerza centrífuga.

La pendiente del viraje con radio de 60 m es de 2%, de 50 a 60 m – de 3%, de 40 a 50 m – de 5% y en las serpentinas – 6%.

La pendiente máxima del perfil longitudinal de caminos en cortas se fija de acuerdo con el afirmado, con hormigón, asfalto, cascote o grava hasta 80 a 100% y para caminos de tierra mejorados – de 60 a 80%. En las subidas largas se deben prever las secciones con pendientes no mayores de 2% y de un largo de 50 a 60 m cada 2 a 3 bancos, o sea cada 500 a 600 m de largo.

Según el esquema de mayor acepción, el ancho de la superficie de trabajo en el banco se determina por la fórmula.

A = B + C + 2R + K + M m

Donde: B = Berma de seguridad, m:

B = H(ctga – ctgß) m

a = ángulo del posible deslizamiento de las rocas en el banco, en los límites de 35 a 60º;

ß = ángulo de inclinación del banco, grad;

H = altura del banco, m;

C = distancia del eje del camino hasta la berma de seguridad

C=½D + 1,5 m

D = ancho de la caja del camión, m;

R = radio de giro, para camiones normales de 1,2Rmin, donde Rmin – radio mínimo de giro de los camiones, igual para MAZ-205 a 8,5 m;

K = distancia de la base del banco hasta el eje del camino

K = ½D + 1 m

M = ancho de la faja, igual a 1,0 a 1,5 Re – radio de excavación de la pala mecánica en el nivel de exposición.

Los caminos de tierra no tienen afirmado especial; su superficie se va compactando. En los caminos de tierra se agregan materiales resistentes, tales como arena, grava, cascote.

El afirmado de cascote se hace en una o dos capas sobre base de arena o escoria. La capa inferior consta de cascote de 60-75 mm, la superior de 25 a 50 mm y de fino hasta varia según la intensidad de movimiento y el tipo de camiones de 40 a 80 cm. el cascote se cilindra. Frecuentemente, la capa superior o toda la masa de cascote se impregnan con aglomerado de betún.

El camino con pavimento de hormigón consta de losas hormigonadas en una o dos capas, separadas una de otra por juntas de dilatación. Para la ejecución del pavimento se utiliza cemento Pórtland. El gasto del cemento en la capa superior debe ser se 300 a 350 Kg./m3; en la capa inferior, 230 a 250 Kg./m3; El espesor total de hormigón varía de 20 a 40 cm. Como base para el hormigón sirve una capa de arena de 5 a 20 cm.

Costo de acarreo.

Como de costumbre, primeramente se determina el costo horario de unidad de transporte. El costo de acarreo de un m3 o de una tonelada de material se determina dividiendo el costo por hora de propiedad y de funcionamiento por la producción por hora de la unidad de acarreo.

Costo de propiedad.

El costo de propiedad por hora es a suma de los cargos por hora de depreciación, intereses, impuestos, seguro y almacenaje. El cargo de depreciación por hora es el precio de la unidad de acarreo entregada, menos el valor de los neumáticos originales, dividido por todo el período de depreciación en horas. Se utiliza el método de amortización en línea recta, sin ningún valor de reventa o de recuperación de la unidad.

Es difícil determinar la real duración útil de equipo, dado que la apropiada conservación preventiva puede extender la duración de servicio mucho más allá del período de depreciación. Puede utilizarse la siguiente regla conservadora para calcular el costo.

Intereses, impuestos, seguros y almacenaje.

Los cargos de estas partidas pueden agruparse en un 13% de inversión anual promedio, dividida por el número de horas de funcionamiento por año. La cifra del 13% se constituye de la manera siguiente: interés 9%, impuestos 2%, seguro y almacenaje 2%. El interés de 9%, es el interés simple equivalente al 6% de interés compuesto utilizado en financiamiento. La inversión promedio anual está dada en la tabla siguiente:

Ejemplo.- Un período de depreciación de 5 años es igual a la cancelación del 20% anual. Por tanto, el valor residual en cada año subsiguiente es el 20% más bajo; al final del quinto año la maquinaria estará depreciada completamente.

Año Valor al principio del año

1 100%

2 80

3 60

4 40

5 20

5 años 300% = de la inversión

inicial

Costo de operación.

Este costo se constituye de la manera siguiente:

Reposición y reparación de neumáticos.

Estos costos por hora varía con las condiciones de funcionamiento, las superficies de los caminos y las cargas de los neumáticos en funcionamiento por carretera se calculan normalmente por el número de kilómetros, en funcionamiento fuera de los caminos es practico fijar este cargo sobre la base de horas, pues todas las distancias de acarreo son respectivamente cortas y el promedio de velocidad cae normalmente por debajo de 50 Km./h.

Costo horario = Costo de reposición de neumáticos y de cámaras

De neumáticos Duración de los neumáticos en horas

Costo horario de reparación = 15% x costo horario de neumáticos.

Duración de los neumáticos para camiones volquetes

La vulcanización de neumáticos se practica por algunas empresas, las otras las rechazan. La vida de un neumático vulcanizado oscila entre 50 a 100% de la vida de un neumático nuevo.

Reparación.

Repuestos y mano de obra. El costo promedio de reparación por hora puede calcularse muy sencillamente como un tanto por ciento del precio de compra, dividido por 15.000, que es un coeficiente constante sacado de la experiencia de campo, y se utiliza sin atender a la depreciación.

Consumo del combustible.

Debido a la gran variación en las condiciones del trabajo, prácticamente es imposible dar el consumo específico.

Tanto por ciento del precio de compra que debe aplicarse para los cálculos de conservación.

Costo por hora de pieza de Precio de compra de %(Según

Repuesto y de mano de obra = la maquina x tabla)

15.000

Su valor puede ser estimado por fórmula:

Cons. de combus.=0.06 gal/cv x potencia en cv x coef carga

Hora

Servicio Coeficientes de carga

Fácil 0.35

Promedio 0.40

Difícil 0.45

Costo de combustible Consumo del combustible x costo por hora = del galón (gal/h)

Aceite, grasa y mano de obra.

Se estima que el costo horario de lubricación es igual a 1/3 del costo horario del diesel fuel. El jornal del chofer debe incluir en adición a su pago básico todos los beneficios sociales, tales como jubilación, vacaciones, enfermedad, seguros, etc. Estos extras en ciertos países de Sud América alcanzan 50%.

Ejemplo de cálculo del costo de acarreo

Material

Naturaleza: roca de recubrimiento dura, bien dinamitada

Peso: in situ 4000 lb/yd3

Suelto 2700 lb/yd

Camino de 12 m de ancho. Tráfico en dos direcciones. Las curvas suaves no afectan velocidades.

Camino en corte-tierra y grava relativamente compactadas. Resistencia al rodamiento 3%.

Camino principal liso, duro, grava bien compactada. Resistencia al rodamiento 2%

Acarreo con carga

3800 4,03

Regreso ya vacío

Camino en escombrera-relleno. Resistencia al rodamiento 8%

Condiciones de tiempo

Variación de temperatura: -5º hasta +25º.

Precipitación – periódicas.

Caminos en malas condiciones durante el deshielo.

Altura

Menor de 1500 pies, no afecta las condiciones de transporte.

Velocidad de transporte

Recorridos no muy largos, la alta velocidad no es esencial.

Limite 35 m/h; adoptar para velocidad de regreso sobre -8% 25 m/h.

Equipos de carga

Pala eléctrica de 6 yd3

Coeficiente de cucharón, 0.8

Duración del ciclo 24"" ó 4"

Capacidad de pala 580 yd3 sueltos/h (50") ó 785 tc/h

Producción requerida

Producción requerida 1500 tc/h

Número de palas mecánicas 2

Elementos de tiempo

Días hábiles 300

Turnos por día 2

Horas de operación por año 9,600

Tiempo de viaje 6.23 min

Tiempo de viraje y descarga 1.30

Tiempo de colocación 0.50

Duración del ciclo 8.03

Número de viajes por hora 50"/8,03" = 6,23

Producción horaria 35 x 6,23 = 218 tc

Número de camiones necesarios 1500/218 = 6,97 camiones

4,7. Costos de transporte

Amortización

Precio del camión volquete de 35 tc fob fábrica $ 75.000

Flete y seguro, 10% 7.500

Subtotal 82.500

Menos el valor de los neumáticos 18.00-33(28) 10.000

Suma por amortizar 72.500

Período de amortización 3 años

Horas 3×4.800 h =14.400h

Amortización por hora

$ 72.500/14.400 h = $ 5,03

Interés, seguro e impuestos 13% según detalle:

Interés 9%, impuestos 2%, seguro 2%

$ 72.500 x 3+1 x 0.13/4.800 h = 1,31

2.3

Amortización e intereses por hora 6,34

Costo de operación

Costo de reemplazo de neumáticos

Tamaño de neumáticos delanteros 18.00×33-28 capas-2 $3.500

Tamaño de neumáticos traseros 18.00×33-29 capas 4 7.000

10.500

Determinación del la vida de los neumáticos Coeficiente

Mantenimiento promedio 1,00

Velocidad máxima 30 m/h 0,80

Curvas moderadas 1,00

Superficie-camino de grava, bien conservado 0,90

Posición de ruedas – delanteras 1,00

Traseras 0,80

Pendiente máxima 8% 0,85

Varios – no hay 1,00

Vida neumáticos delanteros, omitiendo 1,00

0,80 x 0,90 x 0,85 = 0,551

0,551 x 6000 h = 3306 h

Vida de neumáticos traseros

0,80 x 0,90 x 0,80 x 0,85 = 0,490

0,490 x 6000 h = 2940 h

Vida promedio de neumáticos delanteros y traseros

(3306 x 2940)´, 2 = 3123 h

Coeficiente de aumento de vida por ser reforzados 40%

3123 x 1,40 = 4370 h

Neumáticos por hora

$ 10.500/4370 = $ 2,40

Reparación de neumáticos

Estimada en 15% del costo horario 0,36

Reparación (repuestos y trabajo), condiciones

Promedio – coeficiente 0,60

$ 75.000 x 0,6/15.000 = 3,00

Consumo de combustible

0,60 gal/cv. H x 434 cv x 0,4 coef = 10,4

10 gal/h

Costo de combustible por hora

10 gal. X $ 0,14 = 1,40

Costo de lubricantes y de trabajo de engrase

$ 1,40 x 0,333 = 0,47

Chofer, incluso beneficios sociales 3,90

Costo de operación/hora 11,53

Costo de propiedad y operación por hora 17,87

Número de paladas de excavadora

Número de toneladas por palada

6 yd3 x 0,80 x 2700/2000 = 6,48 tc

Número de paladas por camión

35 tc/6,48 tc = 5,4 ~ 6

Costo de transporte por tonelada corta

($ 17,87×7 camiones + $ 6,34×1 camión) x8h/1500 tc =$ 8,0876

Costo de transporte por tc. Km

$ 0,0876(3,8 x 0,3) = $ 0,077/tc. Km