Pala Codelco

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Escolares / ExtraccinEquipos de carguo a cielo abierto o a rajo abiertoPala de cableLa pala de cable es uno de los equipos ms utilizados en faenas mineras a cielo abierto debido a la productividad quepuede alcanzar en las operaciones de carga, respondiendo a la tendencia de las empresas mineras de mover una mayorcantidad de material (mineral y estril).En general, las palas de cable son equipos de gran envergadura, que alcanzan elevadas producciones, con costosunitarios bajos y una alta disponibilidad mecnica.Caractersticas de las palas de cableEn minera, la clasificacin de los equipos de carguo se basa principalmente en la capacidad del balde, que se expresaen yardas o m3. En la actualidad, la capacidad del balde puede sobrepasar las 60 yardas. Existen dos tipos de palas decable:

Las palas que cargan sobre otros equipos (camiones), que son las ms utilizadas. Palas que descargan directamente sobre el lugar de depsito.Ventajas de las palas de cable

Las caractersticas ms significativas de las palas de cable son las siguientes: Pueden excavar a alturas entre los 10 y 20 m. Pueden descargar a alturas entre los 6 y 12 m. Poseen un sistema de traslacin sobre una oruga y su accionamiento es elctrico. La excavacin se realiza mediante la combinacin de dos movimientos: elevacin y empuje. Son mquinas pesadas y robustas, adecuadas para trabajar en cualquier tipo de material. Permiten el arranque directo de materiales compactos, aunque en muchos casos seacondiciona el material a la carga mediante tronadura. Tienen alta fiabilidad, debido a un diseo ampliamente probado, con buena disponibilidadyutilizacin efectiva. Pueden remontar pendientes reducidas, pero no es aconsejable que operen inclinadas debido a

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posibles problemas en el sistema de giro de la mquina. Presentan buena estabilidad y suavidad en la operacin. Proporcionan una buena mezcla en direccin vertical, durante la carga, debido a la manera deexcavar, ya que la forma de movimiento de la pala hacia el material es, primero, horizontal,penetrando la pila de material tronado, y segundo, subiendo el balde en forma casi vertical hastalograr llenarlo. Presentan buen rendimiento, incluso en malas condiciones de piso, ya que operan sindesplazarse sobre l. Ofrecen al operador una muy buena visibilidad durante la operacin, adems de condiciones dealta seguridad. Tienen una larga vida til, estimada en ms de 60.000 horas de operacin.Limitaciones de las palas de cable

No son adecuadas para cargas selectivas de material. Presentan una reducida capacidad de excavacin (menos que las orugas). Requieren de un equipo auxiliar que constantemente mejore la pila de material porcargar. Generalmente son tractores sobre orugas (bulldozer) o ruedas. Requieren operadores altamente calificados. Pueden dificultar las labores, puesto que las mantenciones se realizan en la mismafaena minera. Por su alto precio, slo son consideradas en proyectos de gran escala y duracin.Descripcin general del equipoLas palas de cable tienen tres secciones principales que se encuentran interrelacionadas:

InfraestructuraLas palas de cable tienen una infraestructura montada sobre dos carros de orugas, loque les permite posicionarse adecuadamente en los lugares de trabajo, y trasladarsea baja velocidad. En este conjunto va instalado el mecanismo de traslacin ydireccin, aunque en algunos equipos el motor correspondiente vaya montado en laplataforma superior. Todo el equipamiento elctrico va por la infraestructura.SuperestructuraSobre la infraestructura se instala la superestructura giratoria, que consiste en unaplataforma capaz de girar en 360 grados en ambos sentidos. La superestructura estcubierta por un habitculo cerrado y presurizado, que impide la entrada de polvo enlos sistemas de accionamiento y control, tanto de la funcin de carga como de la degiro montadas sobre ella.En la parte delantera del habitculo se ubica el equipo frontal de excavacin y lacabina del operador. En la trasera est el contrapeso.Estructuras de operacinLa operacin de carga de una pala de cable se realiza mediante la combinacin dedos funciones ejecutadas por dos mecanismos distintos: Mecanismo de elevacin, que trabaja mediante el cable de elevacin, que seenrolla en su correspondiente tambor. Mecanismo de empuje / retroceso, que se realiza por medio de un mecanismopin y cremallera instalado en la pluma o tambin mediante cables y un tambormontados en la superestructura, todos accionados por motores elctricos. La descarga se realiza una vez que la superestructura ha girado hasta situarsesobre la unidad de transporte (camin). En ese momento, un motor elctricoubicado en la pluma acciona, mediante un cable, el cerrojo de la compuerta paradescargar el material.

Sistemas y mecanismos de funcionamiento


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Sistema elctricoAlimentacinLa alimentacin a las palas de cable, en alta tensin, se realiza desde la red trifsicade distribucin de la explotacin. La tensin de dicha red (15 a 45 kV) es muy superiora la utilizada normalmente por las excavadoras (3,3 a 7,2 kV), por lo que se necesitauna transformacin intermedia que se hace mediante una subestacin, normalmentemvil y situada en la propia faena minera. El cable flexible que llega a la mquina porla parte trasera conduce la corriente a la superestructura giratoria, donde seencuentra la mayora de los mecanismos y todos los sistemas de mando y control.Accionamiento elctricoCuando la electricidad se introdujo como fuente de energa por razones derendimiento y costo, su empleo se hizo en corriente continua. La utilizacin demotores de corriente continua, en vez de alterna, se hizo porque el par de salida poramperio consumido es mximo y su doble alimentacin suministraba control yflexibilidad lo suficientemente buenos. La relacin entre par (intensidad) y velocidad(tensin) de estos motores los haca ideales para esta aplicacin.Superestructura giratoriaEn la plataforma de la superestructura van instalados todos los sistemas de mando ycontrol elctrico de los distintos mecanismos. En su parte delantera estnimplantados los apoyos de la pluma, el soporte y estructura principal del equipo deexcavacin y del bastidor en "A", que mantiene a la pluma en posicin mediante loscables de suspensin.

Como estos apoyos son flexibles y la pluma puede ser elevada, para casos de una elevacindescontrolada o de la aplicacin de excesivo empuje existe un interruptor "fin de carrera" queimpide que la pluma caiga sobre la mquina.Mecanismo de elevacinLa elevacin del balde de la pala se hace siempre mediante cables, por lo que el mecanismo estcompuesto por uno o dos motores elctricos y una transmisin por engranajes que llegan hasta eltambor de enrollamiento, controlando el balde de buena forma.El mecanismo de elevacin lleva un freno de zapata, accionado por un muelle, que permitemantener el balde elevado durante los desplazamientos de la mquina. El freno se quitaneumticamente para trabajar desde la cabina del operador mediante el control elctrico.Mecanismos de empuje y retroceso del baldeExisten diferentes mecanismos para accionar el empuje del balde.Las palas marca Bucyrus transmiten al brazo los movimientos de empuje y retroceso en laexcavacin mediante cables. El mecanismo que los acciona va situado en el centro del ladodelantero de la superestructura.Otro sistema consiste en un mecanismo de pin y cremallera, accionado por un motor elctrico ohidrulico. Todo el conjunto va montado al aire sobre la pluma, cerca de la guiadera, por lo queaumenta la inercia en el giro de la mquina.Mecanismo de giroPermite el giro en 360 grados, en cualquiera de los dos sentidos, de toda la superestructurarespecto de la infraestructura apoyada sobre el suelo. El movimiento parte de uno o ms motores,situados verticalmente en la plataforma superior. La transmisin se realiza por medio deengranajes rectos, cuyo ltimo eje atraviesa la superestructura.Mecanismo de traslacin y direccinSi bien para los equipos pequeos el mismo motor de elevacin sirve para hacer la traslacin, losdiseos modernos instalan motores independientes de traslacin en la parte trasera de la


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infraestructura. Un motor nico, con transmisin independiente para cada oruga, frenos yembragues de mandbulas o discos, suministra las direcciones deseadas.Infraestructura y bastidores de orugaConsiste en una robusta estructura que soporta toda la mquina, montada en dos bastidores deorugas sobre los que la pala realiza los desplazamientos.Sobre ella gira la superestructura encargada de ejecutar la carga y descarga del balde, estando eleje de giro o pivote central alojado en el centro de la infraestructura. Para ello, sta lleva en suparte superior la corona dentada de giro y la pista inferior del crculo de rodillos.Sistema neumticoEl aire comprimido que acciona los frenos y embragues se produce en un grupo moto-compresorsituado dentro de la cabina presurizada de la plataforma giratoria. El motor es de corrientealterna a baja tensin.Cables de accionamientoLos cables de empuje y retroceso son independientes, pero poseen un tambor de enrollamiento encomn, pues forman un conjunto accionado por el mismo motor.El ajuste o tensado del sistema se realiza sobre el de retroceso, mediante un mecanismo en elbrazo, una vez que el de empuje ha sido convenientemente fijado. Ambos cables son del mismodimetro y tienen longitudes distintas.La sustitucin de los cables de accionamiento es un factor importante en la mantencin delequipo, por lo que se deben establecer frecuencias de reemplazo, ya sea por horas trabajadas otoneladas cargadas. No obstante, si por simple observacin se ve en mal estado, deben tomarselas medidas pertinentes.BaldeEl balde se sita en el extremo del brazo y est unido a l mediante pernos que permiten facilitarsu reemplazo o modificar la inclinacin.Montado sobre un brazo (empuje/retroceso), el balde es elevado por los cables amarrados a l,que pasan por las poleas situadas en el extremo de la pluma.Respecto del brazo, ste transmite la fuerza de empuje necesaria para penetrar en el material porcargar, para lo que se desliza en una guiadera pivotante, permitiendo realizar cortes completoscon distintos perfiles de excavacin.Por lo general, los baldes son robustos y pesados de acuerdo con las exigencias del trabajo. Losaceros de alta resistencia utilizados poseen pesos especficos de 1.500 kg/m3.La geometra de diseo de baldes de los diferentes fabricantes puede variar significativamente,por lo que es muy importante considerar los siguientes cinco parmetros:

ngulo de ataque ngulo de excavacin Anchura de balde Altura del balde Profundidad del baldePala hidrulicaLa pala hidrulica es una mquina que se utiliza tanto en faenas de explotaciones mineras comoen obras civiles. Los equipos ms pequeos se usan para la apertura de zanjas, demolicin deestructuras, etctera.Caractersticas generales de las palas hidrulicas


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Existen dos tipos de palas hidrulicas: las palas frontales y las retros. La diferencia entre stas serefiere al sentido de movimiento de los baldes y a la geometra de los equipos, distinguindose,por lo tanto, en la accin de carga.

Pala con cargafrontal. Pala con carga retro.

Las palas hidrulicas que se utilizan en minera tienen las siguientes caractersticas: Diseo compacto y peso relativamente reducido en relacin con la capacidad delos baldes. Gran movilidad y flexibilidad en la operacin, especialmente en la versin disel,con velocidades de desplazamiento de 2,4 km/h. Excelente posicionamiento de las mquinas gracias al accionamientoindependiente de las orugas. Capacidad de remontar pendientes de hasta 80%, y posibilidad de realizar laoperacin continuada en pendientes de 60%. Velocidades de rotacin elevadas, de 2,5 a 5 r.p.m., por lo que se pueden lograrciclos de carga pequeos. Fuerzas de penetracin y excavacin elevadas, permitiendo la carga directa demateriales compactos. Versatilidad para orientar el balde en el frente de la excavacin, por lo que sonmuy adecuadas para la explotacin selectiva. Exigen poco espacio para operar, constituyendo el equipo ideal en la excavacinen zanjas o espacios estrechos. Presentan menor necesidad de empleo de mquinas auxiliares respecto de unapala de cables. Poseen una vida til media de 25.000 a 35.000 h, por lo que su uso resulta muyatractivo en faenas medianas y pequeas.

Componentes principales y funcionamiento

Chasis y tren de rodajeEl chasis tiene como misin transmitir las cargas de la superestructura al tren de rodaje. Loschasis para trenes de rodaje de orugas estn constituidos por una estructura en forma de H que


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aloja en la parte central la corona de giro y va apoyada y anclada en los carros de oruga. Elsistema de orugas est formado por los siguientes componentes: Cadenas de tejas ensambladas por bulones y casquillos sellados. Tensores de cadena. Rodillos gua. Ruedas gua. Rueda motriz. El sistema de traslacin mediante tren de rodaje responde a tres funciones:otorgar una plataforma de trabajo estable: soportar los movimientos de la mquina,permitiendo hacerla girar durante la traslacin, y aportar, al conjunto del equipo,movilidad y capacidad para remontar pendientes.

El sistema de chasis de orugas presenta las siguientes ventajas en relacin con el chasisneumtico: Mayor traccin sobre el suelo. Menor presin sobre el terreno. Mayor estabilidad. Menor radio de giro.

SuperestructuraEs el conjunto formado por dos vigas cajn y una serie de mdulosadosados, que deben absorber los esfuerzos transmitidos por el equipode trabajo en la excavacin y la aceleracin producida por el giro. La superestructura est unidaal chasis mediante la corona de giro, que es el elemento de la pala que permite la rotacin de lasuperestructura respecto del chasis inferior, que permanece fijo sobre el suelo.AccionamientoLas palas de carga utilizan sistemas elctricos o hidrulicos. Si bienlos primeros ofrecen un menor costo de mantencin, menor nivel deruido y mayor disponibilidad mecnica, las palas pierden movilidad alnecesitar de un cable.Respecto del sistema hidrulico, los elementos ms importantes delcircuito son el depsito, las bombas, los distribuidores y receptores,motores o cilindros.CabinaSi bien la cabina tiene una influencia indirecta en el rendimiento de lasexcavadoras, su funcionamiento es de gran importancia, por lo que deben ser funcionales yconfortables.La posicin de la cabina suele estar en el lado izquierdo de la mquina, ya que desde all eloperador tiene mayor facilidad para posicionar rpidamente el camin, al contactarse visualmenteambos operadores (el de la pala y el del camin).Una cabina est constituida por los siguientes elementos bsicos:

Dos palancas de mando, una de brazo y balde, otra de pluma y mecanismo de giro. Palanca de traslacin. Consola que proporciona una informacin completa sobre la situacin de lamquina. Aislamiento de la cabina contra el ruido y vibraciones. Asiento anatmico.


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Equipo de trabajoEl equipo de trabajo est constituido por diferentes elementos, dependiendo de si la forma dedescarga es frontal o de retroexcavadora:

En sistemas frontales: El equipo de trabajo lo constituye la pluma y el brazo con elbalde en su extremo. La fuerza de penetracin se consigue mediante uno o doscilindros hidrulicos del brazo, y la fuerza de excavacin por medio de otros doscilindros en el balde. El movimiento vertical se realiza gracias al accionamientohidrulico de la pluma. En sistema de retroexcavadora: El equipo de trabajo lo compone la pluma, el brazoy el balde, articulados entre s y accionados mediante sistemas hidrulicos.BaldesEl diseo y forma del balde influyen en el grado de llenado del mismo y, por lo tanto, en laproduccin horaria del equipo. Los parmetros por tener en cuenta en el diseo del balde son:

Relacin ancho / volumen del balde. Distancia entre la punta de los dientes y la articulacin. ngulos de vuelco y apertura. Peso del balde.Cargadores frontalesLos cargadores frontales son equipos capacitados para realizar labores de carga de camiones,vagones o tolvas; carga y transporte para distancias cortas, ya sea a un chancador o al stock pile,y constituye una mquina auxiliar y/o de empuje en labores de limpieza o preparacin de rampas.Caractersticas generalesLos cargadores frontales se pueden distinguir y clasificar segn la capacidad de carga del balde, comose indica en la siguiente tabla:

Capacidad de carga Clasificacin< 4 m3 Pequeos4 - 8 m3 Medianos


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> 8 m3 GrandesEn las faenas de minera a cielo abierto se utilizan principalmente los equipos medianos,asociados a camiones, de acuerdo con combinaciones bien definidas del binomio cargador-camin.Ventajas

El uso de los cargadores frontales representa importantes ventajas en el desarrollode las faenas en la minera, ya que tienen: Gran movilidad, alcanzando velocidades de 45 km/h, lo que les permite realizar lalabor de carga y transporte en distancias cortas. Capacidad de trabajo de descarga en altura de entre los 3 y 6 metros. Capacidad para trabajar en pendientes. Un ancho de balde que permite trabajar grandes bloques de roca. Posibilidad de obtener mezclas de diferentes sectores debido a su gran movilidad. Facilidad para mantener un piso de carga ms limpio, no precisndose mquinasauxiliares. Adaptabilidad a diferentes mtodos de extraccin. Una menor inversin en relacin con otros sistemas de carga (palas) Facilidad de reventa. Posibilidad de alquiler (arriendo) y contratacin. Una mantencin sencilla respecto de otros sistemas de carguo. Menor requerimiento de prctica y experiencia del personal que usar los equiposDesventajas

Requieren una pila o material tronado ms esponjado respecto de otros sistemas decarguo. Esto implica una consideracin importante en la tronadura, especialmenteen lo referente a la secuencia de encendido. Para igual capacidad de balde tienen menor productividad que una pala. Requieren de un amplio espacio para maniobrar, ya que necesitan desplazarsedurante el proceso de carga. Tienen menor productividad en suelos embarrados y blandos. Si no hay un buen nivel de pisos, existe un aumento considerable del costo deneumticos. Necesitan alturas de banco reducidas para operar con seguridad. Poseen menor disponibilidad mecnica respecto de las palas.Componentes principalesChasisEn general, el chasis est formado por dos semichasis unidos por una articulacin doble con ejevertical. En el semichasis delantero, y de forma ms o menos triangular, va anclado todo el equipode trabajo. El semichasis trasero tiene forma de caja y debe soportar, adems del eje y sudiferencial, el peso del motor y de la transmisin. Tambin, generalmente, soporta el peso de lacabina y mandos del operador.Ambos estn construidos de aceros de alta resistencia, especialmente diseados para soportaresfuerzos de carcter continuado, tanto de torsin como de flexin.Mediante la accin de los vstagos de dos cilindros hidrulicos, uno a cada lado, la articulacinpermite giros a izquierda y derecha, con ngulos de entre 35 y 45 grados, lo que aumenta lamaniobrabilidad de la mquina.


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CabinaLa cabina est colocada sobre la articulacin y puede formar parte tanto del cuerpo trasero comodel cuerpo delantero del equipo. La ubicacin de la cabina presenta ventajas, las que se sealanen la siguiente tabla:Ubicacin Ventajas

Partedelantera Mejor visin para el operadorAislamiento de ruidos y vibraciones del motorParte trasera Mayor confortabilidad debido a los giros ms pequeosen la parte trasera.Mayor seguridad en la operacin.

NeumticosSe estima que entre 10% y 20% de los costos de mantencin de los cargadores frontalescorresponde a los neumticos, por lo que stos representan uno de los factores clave porconsiderar en una buena operacin de estos equipos. Los cargadores frontales utilizan lossiguientes tipos de neumticos:Lonas sesgadas Radiales Beadless

BaldesEn relacin con el balde, stos se disean con un ancho un poco mayor al de la mquina, de formaque al introducirlos en las pilas (carga) no se produzcan daos en los neumticos.Estas dimensiones hacen que los baldes tengan una estructura ms dbil que la de las palas decable y/o hidrulicas. Como adems es necesario maximizar la carga til, se deben construir conel menor peso posible. Por este motivo, las fuerzas de arranque de estos equipos son muchomenores que en las palas.Los baldes se clasifican de acuerdo con el material que deben transportar y para el cual se handiseado. Se distinguen baldes de material ligero, baldes de uso general y baldes de roca.Los dos primeros son baldes de forma recta, en cambio el de roca tiene forma de "V" y se le hanincorporado dientes para mejorar la penetracin.

Sistemas de transmisinLos cargadores frontales usan motores disel como fuente de energa primaria, utilizando dos


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tipos de transmisin: mecnica o elctrica.Mecnica La transmisin mecnica est constituida por tres mecanismos de regulacin:

Mecanismo de regulacin de la velocidad del motor, que a su vez acciona unconvertidor de par convencional. Mecanismo de regulacin por modulacin de potencia, situado entre el motor y elconvertidor de par. La velocidad del motor y la bomba hidrulica permanecenconstantes. Mecanismo de regulacin variable, con varios convertidores de par. Losconvertidores de par regulan la velocidad de traslacin, manteniendo la velocidad demotor en un rgimen constante. Este mecanismo cuenta con los siguienteselementos: Convertidor de par, cuya finalidad es disponer de un rgano que multiplique el par,disminuya el nmero de revoluciones y brinde un nmero de relaciones de cambio,normalmente de 3 a 4,8. Caja de cambios, que suele ser del tipo "power-shift" o servo transmisin concontrol simple, disponiendo de varias velocidades hacia adelante y hacia atrs. rboles de transmisin, que transmiten el movimiento a los dos ejes,consiguindose as la traccin a las cuatro ruedas.Diferenciales, ejes y mandos finales.

Elctrica. La transmisin elctrica est constituida por los siguientes elementos:

Motor que gira a velocidad constante, acoplado a un generador de corriente alternay a una caja reductora a la que van conectadas las bombas del circuito hidrulico deelevacin y direccin. Rectificador de corriente Motores de traccin de corriente continua en cada rueda Sopladores de refrigeracin de motores, circuito hidrulico, generador, filtros deaire, frenos, etctera. Ejes planetarios en cada rueda Frenos de disco accionados neumticamenteSistema hidrulicoEl circuito hidrulico de los cargadores frontales acciona los cilindros de elevacin y articulacin.


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La bomba que acciona los cilindros de la articulacin debe producir la presin de aceite suficientepara controlar el balde, incluso cuando el motor de la mquina funciona a bajo rgimen.Igualmente, cuando se produce la excavacin y carga, y el motor se encuentra a rgimen mximo,debe existir un exceso en la capacidad del circuito de la articulacin para aumentar la del circuitode carga.Equipo de trabajoEl equipo de trabajo est constituido por el mecanismo de elevacin, volteo y la cuchara. Losbrazos de elevacin son de acero de alta resistencia, estn unidos por un puente central quegarantiza solidez de conjunto, y son accionados por cilindros hidrulicos para subirlos y bajarlos.En el mecanismo de volteo existen dos configuraciones. La ms utilizada es la que se conocecomo "cinemtica en Z", que multiplica fuerza y velocidad de volteo gracias a su mejor geometra.El mecanismo es accionado por uno o dos cilindros hidrulicos, segn el modelo.


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