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
Tipo de camino | f ( Kg/TN) | |||
Caminos permanentes de hormigón y asfaltados Caminos de grava y de cascote cilindrados Caminos de piedras Caminos sin afirmado en los bancos y botaderos Caminos cilindrados de tierra en os bancos Caminos en las escombreras | 10-20 20-25 30-50 50-60 40-50 80-150 | |||
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:
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:
Verano | Invierno | Periodo de Transmisión | |
Camión cargado Camión vació Promedio | 12.7 Km 22.6 16.3 | 12.6 Km 23.6 16.5 | 11.6 Km 13.6 12.6 |
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:
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 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:
Duración de la carga.
La duración de la carga con pala mecánica, draga o cargadora frontal es:
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
Pala mecánica | Cargador frontal | draga | |
Carga fácil Carga promedio Carga difícil Carga muy difícil | 0,95 – 1,00 0,90 – 0,95 0,80 – 0,90 0,80 – 0,80 | 0,95 – 1,00 0,90 – 0,95 0,09 – 0,55 n.i. | 0,95 – 1,00 0,90 – 0,95 0,70 – 0,90 0,60 – 0,70 |
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)
Largo del tramo del camino de acarreo, pies | Acarreos cortos horizontales de 150 a 300 m | Unidad parte del punto de arrancada | Unidad en movi- miento al entrar en el tramo de acarreo |
0 – 350 350 – 750 750 – 1500 1500 – 2500 2500 – 3500 > 3500 | 0,20 0,30 0,40 | 0,25 – 0,50 0,35 – 0,60 0,50 – 0,65 0,60 – 0,70 0,65 – 0,75 0,70 – 0,85 | 0,50 – 2,00 0,60 – 0,75 0,70 – 0,80 0,75 – 0,80 0,80 – 0,85 0,80 – 0,90 |
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.
Factores intermitentes (Considere el tiempo de retraso, o de marcha lenta en cada partida) | Factores continuos (Considere el tiempo de retraso, o de marcha lenta en todo el acarreo) |
| Resistencia al rodamiento extremadamente variable y elevado. Caminos de acarreos mojados o resbaladizos. Conductores inhábiles. Acarreos largos en bajada. |
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:
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)
Pendiente, % | Velocidad, Km./h |
0 – 6 7 – 8 9 – 10 11 – 12 > 12 | 48 – 56 34 – 40 27 – 32 21 – 26 < 21 |
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.
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):
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.
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.
Período de depreciación | Horas de operación/año | Años de amortización | Tipo de operación | |
10.000 15.000 | 2.000 3.000 | 5 5 |
| |
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:
Período de depreciación | Inversión anual en % del precio De compra más flete |
1 2 5 8 10 | 100.0 75.0 60.0 56.00 55.00 |
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.
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 de reparación = 15% x costo horario de
neumáticos.
Duración de los neumáticos para camiones volquetes
Hora | Condiciones | |||||||
Favorable Promedio Desfavorable | 4.000 3.000-3.500 2.000- |
| ||||||
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.
Condiciones de la tarea | Tractor remolque | camión volcador | ||
Favorables Promedio Desfavorables Extremadamente desfavorables | 40 50 60 70 | 50 60 80 95 | ||
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%.
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
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
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
CAPITULO V
Evaluación de la flota de camiones y palas
5.1. Redes básicas de transporte
Comenzando en la chancadora, la ruta conduce hacia afuera y hacia adentro del Tajo. Generalmente, el tráfico corre en ambas direcciones y está compuesto tanto de camiones de carga como de varios tipos de vehículos de servicio. Debido a su gran tamaño, los camiones de carga no están autorizados a pasarse uno al otro durante el recorrido. La flota contiene usualmente camiones de diferentes características, con las unidades más lentas, que disminuyen el rendimiento general de la flota.
Durante su descenso por la rampa de acceso, los camiones encuentran desvíos conducentes a los distintos bancos de trabajo. Estas rutas se desvían a su vez hacia las distintas posiciones que la pala cargadora ocupa en un cierto banco. La decisión respecto a qué desvío tomar, se puede controlar de varias maneras. La más simple de ellas, es la de fijar el recorrido de un cierto camión, indicándole al operador, al comienzo de cada turno de trabajo, la pala a la cual deberá proceder. Otros métodos utilizan un despachante, el cual a través de una radio, asigna recorridos a los camiones cuando éstos llegan a un desvío, como así también por medio de sistemas de despacho computarizados.
Una vez en la zona de la pala y de haber otros esperando a ser cargados, el camión entra en línea de espera. Existen métodos, como el de double back up (doble reverso) tendientes a minimizar el tiempo entre cargas (spotting times). Una vez completada la carga del camión, éste mismo procede por la ruta hacia el destino indicado, usualmente la chancadora, la pila de escombros o la pila de lixiviado. El camión avanzará más lentamente cuando suba la rampa cargado de material.
El tiempo de cada ciclo de un camión dependerá, entre otras cosas, de las esperas requeridas en los puntos de carga y descarga, de interferencias con vehículos más lentos durante el recorrido (los cuales no pueden ser pasados) y de la velocidad a la que los distintos conductores proceden bajo variadas condiciones.
Los tiempos de carga a camión son en función de las condiciones de fragmentación resultante, de la necesidad de reposicionamiento de la pala, etc. Como resultado, los tiempos del ciclo de transporte exhiben una cierta dispersión que hace necesaria la determinación estadística del valor medio de los tiempos de carga y transporte con el fin de poder estimar el volumen de producción para cada turno.
Los puntos de mayor tiempo de espera para el camión. En muchas ocasiones, la chancadora suele trabarse por rocas de excesivo tamaño, parando la operación de descarga hasta que el problema haya sido solucionado. Al ser la chancadora utilizada por todos los camiones transportando mineral, una falla de la misma, será mucho más seria que de producirse en una de las varias palas en operación.
Los procedimientos utilizados para reabastecer de combustible a los camiones, para los cambios de turno y para los almuerzos, afectan la eficiencia general de la operación como también lo hacen aquéllos establecidos para el programa regular de mantenimiento, roturas inesperadas de equipo y disponibilidad de repuestos.
Las grandes minas a tajo abierto, suelen tener más de 50 camiones y 10 palas en la operación, generalmente de varias marcas o modelos. La predicción de los rendimientos de un sistema tan complejo mediante cálculos manuales, utilizando los tiempos promedios del ciclo de carga, transporte y descarga, resulta sumamente difícil. Por ejemplo, de querer aumentar la producción en un 25%, se tiene al alcance varias alternativas, entre ellas la de incorporar más camiones y palas, las que posiblemente tengan distintos rendimientos de las unidades existentes, y otra mediante adiciones a la planta de chancado. Obtener la alternativa de menor costo es una tarea tan importante como compleja. La manera más efectiva de analizar la interacción entre palas y camiones es mediante el uso de modelos de simulación de redes.
5.2. Modelos de simulación basados en estudios de tiempos
La Figura, muestra un simple circuito de transporte y típicos histogramas de frecuencia vs. Tiempo para las etapas de transporte, carga y descarga. Esta información de tiempos puede ser obtenida ya sea por observadores cronometrando los tiempos o bien como sucede en las grandes operaciones modernas, controlando el sistema de despacho de camiones mediante el uso de sistemas telemétricos o de GPS. Los tiempos de cada operación son registrados independientemente. Por ejemplo, se registra el tiempo requerido por una cierta unidad para recorrer una cierta distancia del trayecto cuando no es interferida por unidades más lentas. La interferencia entre unidades rápidas y lentas, los tiempos de espera, etc., son considerados en el proceso de simulación del modelo. Los tiempos de transporte para cada tipo de camión, cargado y descargado, son requeridos para cada tramo de la ruta. Similarmente, los tiempos de carga y descarga, son requeridos para cada tipo de camión para las distintas palas y puntos de descarga.
Durante el proceso de simulación, los camiones son circulados por la red de transporte de acuerdo a una serie de normas tales como la asignación de palas. Cuando un camión entra en un cierto segmento de la red, se le asigna un tiempo de transporte aleatorio basado en la información obtenida durante el estudio de tiempos. Esta técnica es conocida con el nombre de Simulación de Monte Carlo, debido a la forma aleatoria en que la información es seleccionada. Generando, entonces, al azar un número comprendido entre 0 y 100, el tiempo a utilizar, se determina leyendo horizontalmente desde el eje vertical de frecuencias acumuladas hasta la curva de distribución y bajando hacia el eje horizontal de tiempos.
Aunque es posible hacer el cálculo de la simulación manualmente, ello demandaría mucho tiempo y carece de sentido en esta era de computadores personales. No obstante, lo menciono con el propósito de enfatizar que el procedimiento de simulación es en sí una técnica simple y poco sofisticada. El rol del computador es el de ser una máquina muy eficiente para procesar números. El proceso de simulación no incluye elementos teóricos, tan sólo estamos moviendo camiones a lo largo de la red, de acuerdo a reglas preestablecidas y a rendimientos observados para las distintas unidades en operación. Un buen programa de simulación, realizará los cálculos rápida y económicamente, manteniendo un registro de la información resultante del proceso.
En las estadísticas de producción para una pala durante la simulación de un turno de 8 horas, se observa que a medida que se incrementa el número de camiones, la producción aumenta al principio en forma lineal y luego decae a medida que un exceso de camiones es asignado a la pala. Las condiciones de excavación (fragmentación) tienen mucha influencia en los resultados. Dichas condiciones fueron clasificadas por los ingenieros que manualmente coleccionaron los datos del estudio de tiempos. Es evidente que lo primero que se debe hacer es eliminar las escasas condiciones de excavación mediante el mejoramiento de la fragmentación, aunque ello no es fácil de conseguir al corto plazo. Existe un obvio trueque o intercambio económico de asignarse más camiones a una cierta pala, por un lado aumenta la producción y, por el otro, aumentan los costos unitarios de operación. Los costos de capital y personal operario, son factores muy significativos en la operación de camiones de carga.
La simulación basada en estudios de tiempos tiene ciertas desventajas relacionadas con las condiciones y configuración de la red de transporte. Los estudios de simulación pueden ser útiles cuando se selecciona equipo para una mina nueva, no obstante, al no existir información directa de estudios de tiempos, se deberá recurrir a estimaciones basadas en experiencias extraídas de otros lugares. La configuración de la red de transporte, tiende a cambiar con frecuencia. La mantención actualizada de los datos demandaría mucho tiempo y sería poco práctica de hacerse la misma manualmente. Es preferible estimar los tiempos de transporte mediante un proceso de cálculo que permita mantener la capacidad de seleccionar los tiempos en forma aleatoria a partir de histogramas reales. Ello se verá en la siguiente sección.
5.3, Modelos de simulación basados en cálculos de rendimiento
La velocidad de un camión desplazándose a lo largo de un tramo de la red de transporte puede calcularse conociendo la fuerza rimpull generada por el camión en función de la velocidad. Dicha fuerza, actúa en dirección paralela a la superficie de la ruta generada por la potencia de tracción del motor durante la aceleración o la capacidad de frenado de los frenos durante la desaceleración.
La Figura es un gráfico de rendimiento correspondientes a un camión Titan T- 2000 fabricado por Marathon LeTourneau. El camión es propulsado por motores eléctricos en las ruedas, alimentados por un motor diesel. Su capacidad de carga es de 200 toneladas cortas (182 metros cúbicos). Durante tramos descendentes los motores eléctricos actúan como generadores, alimentado a través de una serie de bancos resistores que le permiten actuar como frenos dinámicos. El camión cuenta también con un sistema de frenos convencional usado generalmente para controlar la unidad a bajas velocidades cuando el sistema dinámico no se encuentra disponible. Por encima de la velocidad máxima recomendada, el sistema de frenos dinámico puede dejar de funcionar, debido a la limitada capacidad de los bancos resistores, resultando en una situación incontrolable.
El gráfico superior, muestra la fuerza de desaceleración disponible en función de la velocidad del camión durante el frenado. Dicho gráfico, es normalmente utilizado para determinar la velocidad máxima a la cual el camión puede avanzar en rampas descendentes manteniendo su capacidad de frenado mediante el uso del sistema dinámico de frenos.
El gráfico inferior, muestra la fuerza rimpull disponible en función de la velocidad del camión durante períodos de aceleración. Dicho gráfico, es normalmente utilizado para determinar la velocidad máxima estable que el camión puede sostener cuando avanza cargado en rampas ascendentes.
Antes de examinar estos gráficos más detalladamente, analicemos el significado de los siguientes términos:
Pendiente de la ruta: Es la diferencia en elevación del eje central de la ruta expresado como porcentaje de la distancia horizontal a lo largo de mismo eje. Por ejemplo, una pendiente de -10%, representa una caída vertical de 10 metros en 100 metros horizontales.
Resistencia a la rodadura: La fricción entre las cubiertas y la superficie de la ruta actúan en oposición al movimiento del camión. La Tabla 3.1, lista valores de resistencias a la rodadura expresados como porcentaje equivalente de la pendiente de la ruta de transporte.
La razón por la cual se la expresa como porcentaje equivalente de la pendiente de al ruta de transporte es para poder sumarla (en pendientes positivas) o restarla (en pendientes negativas) de la pendiente actual de la ruta y poder determinar la resistencia total de la misma. Como se muestra en la Figura 3.4, la resistencia total se utiliza tanto en los gráficos de frenado dinámico como en los de rendimiento. La equivalencia de los porcentajes de resistencia a la rodadura y de pendiente, se explica a continuación.
Consideremos un camión pesando 100.000 unidades estacionadas en una superficie horizontal. Un tractor acoplado al camión requiere de una fuerza de 2.000 unidades para moverlo y vencer las fuerzas de resistencia entre las cubiertas y la ruta.
La resistencia a la rodadura es del 2%. Si el mismo camión estuviese estacionado sobre una ruta inclinada del 2%, la fuerza descendente, actuando sobre él mismo por efectos gravitacionales, tendrá también un valor similar a las 2.000 unidades. (La fuerza gravitacional exacta será 100.000 x sen (arc tg 0,02) = 1.999,6 unidades.
Siendo los valores de la tangente y el seno muy similar para ángulos pequeños, la fuerza que actúa en dirección paralela a la superficie de la ruta, es aproximadamente igual al producto del peso del camión multiplicado por la pendiente equivalente (tg).
Por lo tanto, un incremento de pendiente del 2% es equivalente a un incremento del 2% en la resistencia a la rodadura. Un camión que circula hacia arriba por una pendiente del 10% sobre una superficie con una resistencia a la rodadura del 2%, deberá superar una resistencia total del 12%. Un camión que circula en bajada por una pendiente del 10% con una resistencia a la rodadura del 2%, deberá suministrar una fuerza resistora (de frenado) del 8% del peso del camión para evitar que él mismo se acelere.
Peso bruto del vehículo (PB): es el peso del camión descargado. Para el T-2000, es de 273.000 libras (181.818 Kg.).
Peso neto del vehículo (PN): es el peso del camión cargado a máximo, siendo de 673.000 libras (305.909 Kg.) para el modelo T-2000.
Fuerza: (Figura 3.4, ejes verticales en ambos gráficos). Nos referiremos a ellas como las fuerzas de retardo y rimpull.
El uso de los gráficos se explica claramente en la Fig. 46. Como ejemplo, supongamos un camión cargado al máximo, circulando en rampa descendente con pendiente del 10% y con una resistencia a la rodadura del 2%.
Trazando una recta a partir de la escala de pesos del vehículo (673.000 libras, 305.909 Kg.) hasta la escala de resistencia total, es posible determinar la fuerza de frenado requerida (53.840 libras, 24.390 Kg.), siempre y cuando el lector tenga visión perfecta. Se hace notar que el valor determinado es igual al peso multiplicado por la resistencia total (673.000 x 0.12 = 53.840). Leyendo horizontalmente desde la escala de fuerza hasta la curva y luego hacia abajo hasta el eje de velocidad, se determina una velocidad de 22 millas/hr (35 Km./hr).
Fig. 46. Camión cargado
Esta es la velocidad máxima a la cual el camión puede desplazarse cargado rampa abajo y mantener una capacidad suficiente de frenado dinámico para prevenir que él mismo se acelere.
La Figura 3.5A, es un diagrama que muestra el camión circulando rampa abajo para las condiciones del ejemplo desarrollado. Para una pendiente equivalente del 8%, podemos calcular que la resistencia de la pendiente, es decir, la componente del peso del vehículo actuando rampa abajo, es de 53.840 libras (24.390 Kg.). Este valor es el mismo al de la fuerza de frenado obtenida del gráfico
Se hace notar que las relaciones entre el peso, resistencia total y fuerza para los gráficos de frenado y rendimiento, son idénticas (Figura 3.4). El eje vertical de fuerzas de estos gráficos representa simplemente la componente gravitacional de la fuerza (ajustada por resistencia a la rodadura) que es necesaria superar para alterar la velocidad del vehículo.
Las curvas en sí representan la capacidad de generar fuerza del camión en función de la velocidad del mismo. En el caso del gráfico de retardo, la curva representa la capacidad del sistema de frenos. A altas velocidades, la fuerza disponible disminuye proporcionalmente a la capacidad del sistema de absorber energía en la forma de calor.
Los gráficos de rendimiento, representan la capacidad del camión para desarrollar fuerza rimpull, la cual decrece con el aumento de velocidad.
La Figura 3.5B, es similar a la anterior, pero con el camión circulando en rampa ascendente. La resistencia total es ahora del 12%. El gráfico de rendimiento indica una fuerza rimpull necesaria de 80.760 libras (36.633 Kg.). Como pudimos ver anteriormente, este valor representa el peso del vehículo multiplicado por la tangente de la pendiente equivalente. Leyendo horizontalmente desde dicho valor de fuerza hasta la curva de rendimiento y hacia abajo hasta el eje de velocidades, se determina un valor de 6 millas/hr (9,5 Km./hr). A velocidades menores a dicho valor, la fuerza rimpull será mayor que la necesaria y el camión acelerará. La velocidad indicada representa la máxima velocidad (en estado estable) a la cual el camión puede circular rampa arriba en la pendiente supuesta en el ejemplo.
Las ecuaciones básicas de movimiento pueden utilizarse con los gráficos dados para estudiar el desplazamiento de los camiones. Estas ecuaciones son las siguientes:
Donde: v es la velocidad
s es la distancia
t es el tiempo
a es la aceleración
La Tabla 3.1, lista valores típicos de resistencia a la rodadura para distintos tipos de superficies.
El camión puede acelerar, circulando cargado en una pendiente de 8%, con una velocidad estable de 0 a 16 kph en 14 segundos.
En tablas muestran los datos para un camión cargado frenado en una pendiente cuesta abajo del 10%. De una velocidad inicial de 32 kph, el camión se detiene en 38 segundos al desplazarse 210 mts. De una velocidad de 40 kph, no existe una fuerza suficiente del sistema dinámico de frenos como para desacelerar el camión.
3.4. Tiempos de ciclo del camión y la compatibilidad de equipos
El tiempo de ciclo de un camión, se refiere al tiempo promedio requerido por el camión en recorrer un circuito. El factor de compatibilidad (match factor), representa el número ideal de camiones asignados a una pala. Este equivale al tiempo de ciclo total dividido por el tiempo de carga promedio. El tiempo de ciclo para cada viaje, se ve afectado por los tiempos de espera en los puntos de carga y descarga y, además, por interferencias con vehículos más lentos durante el recorrido, los cuales no pueden ser pasados, y de la velocidad a la que los distintos conductores proceden bajo variadas condiciones.
Los tiempos de carga en la pala, son a menudo, sumamente variables, debido a las condiciones de fragmentación resultantes, la necesidad de reposicionamiento de la pala, etc.
Los puntos de descarga, generalmente en la chancadora, suelen ser uno de los puntos de mayor tiempo de espera para el camión. En muchas ocasiones, la chancadora suele trabarse por rocas de excesivo tamaño, parando la operación de descarga hasta que el problema haya sido solucionado.
Al ser la chancadora utilizada por todos los camiones que transportan mineral, una falla de la misma, será mucho más seria que de producirse en una de las varias palas en operación. El resultado final, será que los tiempos de ciclo de transporte, exhiben cierta dispersión. Una consecuencia de esto es que no es posible predecir de manera precisa la generación de turnos con sólo tener conocimiento del ciclo de camiones y los tiempos de carga.
Ejemplo 5.1
La Figura 3.6 ilustra una simple red de transporte utilizada en este ejemplo. Se ubica una excavadora en Punto A. La distancia desde la pala hasta la rampa principal (Punto B) es 300 mts. con una pendiente de 0%. La distancia de desplazamiento rampa arriba hasta la salida del pit (Punto C) es de 750 mts. con una pendiente de 10%. La distancia de desplazamiento desde la salida del pit hasta la chancadora (Punto D) es de 1000 mts. nivel.
La resistencia a la rodadura para todos los segmentos del camino es de 1.5%. Los tiempos promedio de carga y descarga son de 200 y 100 segundos respectivamente.
La velocidad máxima permitida del camión es de 48 kph. Cuando el camión se desplaza rampa abajo, la velocidad máxima es de 40 kph. El tiempo entre cargas promedio del camión en la pala es de 30 segundos.
Las Tablas ilustran la forma en que se calculan los tiempos de desplazamiento para cada uno de los segmentos del camino.
Para comenzar el ciclo el camión abandona la pala cargada con una velocidad inicial de cero. El camión acelera y, después de 32 segundos, llega a la entrada de la rampa principal. De manera coincidente, el camión alcanza el límite de velocidad de
48 kph en el mismo tiempo. El camión entra a la rampa principal cuesta arriba a 48 kph
El motor no es capaz de mantener la velocidad de 48 kph.
Con una potencia máxima, el camión comienza a desacelerar de manera gradual hasta llegar a 13 kph después de 32 segundos. Esta es la velocidad estable y constante que puede mantener el motor bajo estas condiciones. La distancia remanente es recorrida con esta velocidad y después de 188 segundos, el camión llega al Punto C, desplazándose a 13 kph.
Ahora, el camión se encuentra en pendiente horizontal y acelera en 30 segundos hasta alcanzar la velocidad límite. El camión deberá desacelerar hasta detenerse al final del camino. Para determinar el tiempo requerido para detenerse, se aplican los frenos y podemos ver que el tiempo requerido es de 13 segundos al desplazarse 99 mts.
Le permitimos al camión desplazarse con una velocidad máxima para entrar a 99 mts. al final de la rampa y luego aplicar los frenos. El tiempo total para este segmento es de 88.5 segundos.
Después de descargar en la chancadora, el camión abandona Punto D, descargado, y acelera hasta alcanzar una velocidad máxima en 9 segundos. El camión deberá desacelerar hasta 40 kph antes de entrar rampa abajo (Punto C). Esto requiere de 3 segundos. El tiempo total para este camino es de 78 segundos. El camión se desplaza por la rampa principal cuesta abajo con una velocidad constante de 40 kph, requiriendo 68 segundos.
Finalmente, el camión acelera hasta alcanzar la velocidad límite de 48 kph después de haber abandonado la rampa principal, y comienza a frenar a medida que se aproxima a la pala para detenerse. El tiempo total es de 26 segundos.
La tabla superior (Tabla 3.12) es un resumen de los resultados. El tiempo de ciclo total, incluyendo el tiempo entre cargas, tiempo de carga, tiempo de descarga, es de 811 segundos. El factor de compatibilidad resultante entre la pala y los camiones, es de 3.53.
De acuerdo a lo indicado en Tabla 3.12, esta es una mala combinación de circunstancias, por lo que deberíamos modificar los parámetros en caso que sea posible.
5.5. Factores que controlan la velocidad del camión
La velocidad del camión, dependerá de numerosos factores. Las características de rendimiento del motor y el sistema de frenos, la pendiente y la resistencia a la rodadura del camino, son los parámetros más importantes.
La mayor parte de las operaciones establecerán límites de velocidad en variadas situaciones, a fin de asegurar las condiciones operacionales. El trasladarse pendiente abajo y cargado o aquellas intersecciones de caminos, son ejemplos de áreas en las cuales es necesario disminuir la velocidad. La pendiente del camino, la resistencia a la rodadura de la superficie del camino, y las condiciones climáticas, incluyendo la visibilidad, resultan ser factores importantes. La velocidad a la que los distintos conductores proceden bajo variadas condiciones, es un aspecto fundamental.
Los tiempos de ciclo del camión y el factor de compatibilidad
El tiempo de ciclo de un camión, se refiere al tiempo promedio requerido por el camión en recorrer un circuito, de acuerdo a lo mostrado en Figura 3.1. El match factor o factor de compatibilidad, representa el número ideal de camiones que se deberían asignar a una pala. Este equivale al tiempo de ciclo total dividido por el tiempo de carga y los tiempos entre cargas promedio. El tiempo de ciclo para cada viaje, se ve afectado por los tiempos de espera en los puntos de carga y descarga y, además, por interferencias con vehículos más lentos durante el recorrido, los cuales no pueden ser pasados, y la congestión general del tráfico.
Los tiempos de carga en la pala, son a menudo, sumamente variables, debido a las condiciones de fragmentación resultantes, la necesidad de reposicionamiento de la pala, etc. Los puntos de descarga, generalmente en la chancadora, suelen ser uno de los puntos de mayor tiempo de espera para el camión. En muchas ocasiones, la chancadora suele trabarse por rocas de excesivo tamaño, parando la operación de descarga hasta que el problema haya sido solucionado. Al ser la chancadora utilizada por todos los camiones transportando mineral, una falla de la misma, será mucho más seria que de producirse en una de las varias palas en operación.
Los procedimientos utilizados para reabastecer de combustible a los camiones, para los cambios de turno y los almuerzos, afectan la eficiencia general de la operación como también lo hacen aquéllos establecidos para el programa regular de mantenimiento, roturas inesperadas de equipo y disponibilidad de repuestos. Cuando los cambios de turno y las horas de almuerzo se dan en un lugar y hora coincidente, se produce una aglomeración de camiones y disminuye la eficiencia del sistema.
La modelación con información de tiempo real
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