Pala de cableLa pala de cable es uno de los equipos más utilizados en faenas mineras a cielo abierto debido a la productiv...
SuperestructuraSobre la infraestructura se instala la superestructura giratoria, que consiste en una plataforma capaz de g...
Existen diferentes mecanismos para accionar el empuje del balde.Las palas marca Bucyrus transmiten al brazo los movimiento...
Por lo general, los baldes son robustos y pesados de acuerdo con las exigencias del trabajo. Los aceros de altaresistencia...
Chasis y tren de rodajeEl chasis tiene como misión transmitir las cargas de la superestructura al tren de rodaje. Los chas...
Las palas de carga utilizan sistemas eléctricos o hidráulicos. Si bien losprimeros ofrecen un menor costo de mantención, m...
El diseño y forma del balde influyen en el grado de llenado del mismo y, por lo tanto, en la producción horaria delequipo....
ChasisEn general, el chasis está formado por dos semichasis unidos por una articulación doble con eje vertical. En elsemic...
Sistemas de transmisiónLos cargadores frontales usan motores diésel como fuente de energía primaria, utilizando dos tipos ...
Sistema hidráulicoEl circuito hidráulico de los cargadores frontales acciona los cilindros de elevación y articulación.La ...
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Pala de cable pala hidraulica-cargador frontal

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  1. 1. Pala de cableLa pala de cable es uno de los equipos más utilizados en faenas mineras a cielo abierto debido a la productividadque puede alcanzar en las operaciones de carga, respondiendo a la tendencia de las empresas mineras de moveruna mayor cantidad de material (mineral y estéril).En general, las palas de cable son equipos de gran envergadura, que alcanzan elevadas producciones, con costosunitarios bajos y una alta disponibilidad mecánica.Características de las palas de cableEn minería, la clasificación de los equipos de carguío se basa principalmente en la capacidad del balde, que seexpresa en yardas o m3. En la actualidad, la capacidad del balde puede sobrepasar las 60 yardas. Existen dos tiposde palas de cable: Las palas que cargan sobre otros equipos (camiones), que son las más utilizadas. Palas que descargan directamente sobre el lugar de depósito.Ventajas de las palas de cable Las características más 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 traslación sobre una oruga y su accionamiento es eléctrico. La excavación se realiza mediante la combinación de dos movimientos: elevación y empuje. Son máquinas pesadas y robustas, adecuadas para trabajar en cualquier tipo de material. Permiten el arranque directo de materiales compactos, aunque en muchos casos se acondiciona el material a lacarga mediante tronadura. Tienen alta fiabilidad, debido a un diseño ampliamente probado, con buena disponibilidad y utilización efectiva. Pueden remontar pendientes reducidas, pero no es aconsejable que operen inclinadas debido a posiblesproblemas en el sistema de giro de la máquina. Presentan buena estabilidad y suavidad en la operación. Proporcionan una buena mezcla en dirección vertical, durante la carga, debido a la manera de excavar, ya que laforma de movimiento de la pala hacia el material es, primero, horizontal, penetrando la pila de material tronado, ysegundo, subiendo el balde en forma casi vertical hasta lograr llenarlo. Presentan buen rendimiento, incluso en malas condiciones de piso, ya que operan sin desplazarse sobre él. Ofrecen al operador una muy buena visibilidad durante la operación, además de condiciones de alta seguridad. Tienen una larga vida útil, estimada en más de 60.000 horas de operación.Limitaciones de las palas de cable No son adecuadas para cargas selectivas de material. Presentan una reducida capacidad de excavación (menos que las orugas). Requieren de un equipo auxiliar que constantemente mejore la pila de material por cargar. Generalmente sontractores sobre orugas (bulldozer) o ruedas. Requieren operadores altamente calificados. Pueden dificultar las labores, puesto que las mantenciones se realizan en la misma faena minera. Por su alto precio, sólo son consideradas en proyectos de gran escala y duración.Descripción 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, lo que les permite posicionarseadecuadamente en los lugares de trabajo, y trasladarse a baja velocidad. En este conjunto va instalado elmecanismo de traslación y dirección, aunque en algunos equipos el motor correspondiente vaya montado en laplataforma superior. Todo el equipamiento eléctrico va por la infraestructura.
  2. 2. SuperestructuraSobre la infraestructura se instala la superestructura giratoria, que consiste en una plataforma capaz de girar en 360grados en ambos sentidos. La superestructura está cubierta por un habitáculo cerrado y presurizado, que impide laentrada de polvo en los sistemas de accionamiento y control, tanto de la función de carga como de la de giromontadas sobre ella.En la parte delantera del habitáculo se ubica el equipo frontal de excavación y la cabina del operador. En la traseraestá el contrapeso.Estructuras de operaciónLa operación de carga de una pala de cable se realiza mediante la combinación de dos funciones ejecutadas por dosmecanismos distintos: Mecanismo de elevación, que trabaja mediante el cable de elevación, que se enrolla en su correspondiente tambor. Mecanismo de empuje / retroceso, que se realiza por medio de un mecanismo piñón y cremallera instalado en lapluma o también mediante cables y un tambor montados en la superestructura, todos accionados por motoreseléctricos. La descarga se realiza una vez que la superestructura ha girado hasta situarse sobre la unidad de transporte(camión). En ese momento, un motor eléctrico ubicado en la pluma acciona, mediante un cable, el cerrojo de lacompuerta para descargar el material.Sistemas y mecanismos de funcionamientoSistema eléctricoAlimentaciónLa alimentación a las palas de cable, en alta tensión, se realiza desde la red trifásica de distribución de laexplotación. La tensión de dicha red (15 a 45 kV) es muy superior a la utilizada normalmente por las excavadoras(3,3 a 7,2 kV), por lo que se necesita una transformación intermedia que se hace mediante una subestación,normalmente móvil y situada en la propia faena minera. El cable flexible que llega a la máquina por la parte traseraconduce la corriente a la superestructura giratoria, donde se encuentra la mayoría de los mecanismos y todos lossistemas de mando y control.Accionamiento eléctricoCuando la electricidad se introdujo como fuente de energía por razones de rendimiento y costo, su empleo se hizoen corriente continua. La utilización de motores de corriente continua, en vez de alterna, se hizo porque el par desalida por amperio consumido es máximo y su doble alimentación suministraba control y flexibilidad losuficientemente buenos. La relación entre par (intensidad) y velocidad (tensión) de estos motores los hacía idealespara esta aplicación.Superestructura giratoriaEn la plataforma de la superestructura van instalados todos los sistemas de mando y control eléctrico de los distintosmecanismos. En su parte delantera están implantados los apoyos de la pluma, el soporte y estructura principal delequipo de excavación y del bastidor en "A", que mantiene a la pluma en posición mediante los cables de suspensión.Como estos apoyos son flexibles y la pluma puede ser elevada, para casos de una elevación descontrolada o de laaplicación de excesivo empuje existe un interruptor "fin de carrera" que impide que la pluma caiga sobre la máquina.Mecanismo de elevaciónLa elevación del balde de la pala se hace siempre mediante cables, por lo que el mecanismo está compuesto poruno o dos motores eléctricos y una transmisión por engranajes que llegan hasta el tambor de enrollamiento,controlando el balde de buena forma.El mecanismo de elevación lleva un freno de zapata, accionado por un muelle, que permite mantener el baldeelevado durante los desplazamientos de la máquina. El freno se quita neumáticamente para trabajar desde la cabinadel operador mediante el control eléctrico.Mecanismos de empuje y retroceso del balde
  3. 3. Existen diferentes mecanismos para accionar el empuje del balde.Las palas marca Bucyrus transmiten al brazo los movimientos de empuje y retroceso en la excavación mediantecables. El mecanismo que los acciona va situado en el centro del lado delantero de la superestructura.Otro sistema consiste en un mecanismo de piñón y cremallera, accionado por un motor eléctrico o hidráulico. Todo elconjunto va montado al aire sobre la pluma, cerca de la guiadera, por lo que aumenta la inercia en el giro de lamáquina.Mecanismo de giroPermite el giro en 360 grados, en cualquiera de los dos sentidos, de toda la superestructura respecto de lainfraestructura apoyada sobre el suelo. El movimiento parte de uno o más motores, situados verticalmente en laplataforma superior. La transmisión se realiza por medio de engranajes rectos, cuyo último eje atraviesa lasuperestructura.Mecanismo de traslación y direcciónSi bien para los equipos pequeños el mismo motor de elevación sirve para hacer la traslación, los diseños modernosinstalan motores independientes de traslación en la parte trasera de la infraestructura. Un motor único, contransmisión independiente para cada oruga, frenos y embragues de mandíbulas o discos, suministra las direccionesdeseadas.Infraestructura y bastidores de orugaConsiste en una robusta estructura que soporta toda la máquina, montada en dos bastidores de orugas sobre losque la pala realiza los desplazamientos.Sobre ella gira la superestructura encargada de ejecutar la carga y descarga del balde, estando el eje de giro opivote central alojado en el centro de la infraestructura. Para ello, ésta lleva en su parte superior la corona dentadade giro y la pista inferior del círculo de rodillos.Sistema neumáticoEl aire comprimido que acciona los frenos y embragues se produce en un grupo moto-compresor situado dentro dela cabina presurizada de la plataforma giratoria. El motor es de corriente alterna a baja tensión.Cables de accionamientoLos cables de empuje y retroceso son independientes, pero poseen un tambor de enrollamiento en común, puesforman un conjunto accionado por el mismo motor.El ajuste o tensado del sistema se realiza sobre el de retroceso, mediante un mecanismo en el brazo, una vez que elde empuje ha sido convenientemente fijado. Ambos cables son del mismo diámetro y tienen longitudes distintas.La sustitución de los cables de accionamiento es un factor importante en la mantención del equipo, por lo que sedeben establecer frecuencias de reemplazo, ya sea por horas trabajadas o toneladas cargadas. No obstante, si porsimple observación se ve en mal estado, deben tomarse las medidas pertinentes.BaldeEl balde se sitúa en el extremo del brazo y está unido a él mediante pernos que permiten facilitar su reemplazo omodificar la inclinación.Montado sobre un brazo (empuje/retroceso), el balde es elevado por los cables amarrados a él, que pasan por laspoleas situadas en el extremo de la pluma.Respecto del brazo, éste transmite la fuerza de empuje necesaria para penetrar en el material por cargar, para loque se desliza en una guiadera pivotante, permitiendo realizar cortes completos con distintos perfiles de excavación.
  4. 4. Por lo general, los baldes son robustos y pesados de acuerdo con las exigencias del trabajo. Los aceros de altaresistencia utilizados poseen pesos específicos de 1.500 kg/m3.La geometría de diseño de baldes de los diferentes fabricantes puede variar significativamente, por lo que es muyimportante considerar los siguientes cinco parámetros: Ángulo de ataque Ángulo de excavación Anchura de balde Altura del balde Profundidad del baldePala hidráulicaLa pala hidráulica es una máquina que se utiliza tanto en faenas de explotaciones mineras como en obras civiles.Los equipos más pequeños se usan para la apertura de zanjas, demolición de estructuras, etcétera.Características generales de las palas hidráulicasExisten dos tipos de palas hidráulicas: las palas frontales y las retros. La diferencia entre éstas se refiere al sentidode movimiento de los baldes y a la geometría de los equipos, distinguiéndose, por lo tanto, en la acción de carga. Pala con carga frontal. Pala con carga retro.Las palas hidráulicas que se utilizan en minería tienen las siguientes características: Diseño compacto y peso relativamente reducido en relación con la capacidad de los baldes. Gran movilidad y flexibilidad en la operación, especialmente en la versión diésel, con velocidades dedesplazamiento de 2,4 km/h. Excelente posicionamiento de las máquinas gracias al accionamiento independiente de las orugas. Capacidad de remontar pendientes de hasta 80%, y posibilidad de realizar la operación continuada en pendientesde 60%. Velocidades de rotación elevadas, de 2,5 a 5 r.p.m., por lo que se pueden lograr ciclos de carga pequeños. Fuerzas de penetración y excavación elevadas, permitiendo la carga directa de materiales compactos. Versatilidad para orientar el balde en el frente de la excavación, por lo que son muy adecuadas para la explotaciónselectiva. Exigen poco espacio para operar, constituyendo el equipo ideal en la excavación en zanjas o espacios estrechos. Presentan menor necesidad de empleo de máquinas auxiliares respecto de una pala de cables. Poseen una vida útil media de 25.000 a 35.000 h, por lo que su uso resulta muy atractivo en faenas medianas ypequeñas.Componentes principales y funcionamiento
  5. 5. Chasis y tren de rodajeEl chasis tiene como misión transmitir las cargas de la superestructura al tren de rodaje. Los chasis para trenes derodaje de orugas están constituidos por una estructura en forma de H que aloja en la parte central la corona de giro yva apoyada y anclada en los carros de oruga. El sistema de orugas está formado por los siguientes componentes: Cadenas de tejas ensambladas por bulones y casquillos sellados. Tensores de cadena. Rodillos guía. Ruedas guía. Rueda motriz. El sistema de traslación mediante tren de rodaje responde a tres funciones: otorgar una plataforma de trabajoestable: soportar los movimientos de la máquina, permitiendo hacerla girar durante la traslación, y aportar, alconjunto del equipo, movilidad y capacidad para remontar pendientes.El sistema de chasis de orugas presenta las siguientes ventajas en relación conel chasis neumático: Mayor tracción sobre el suelo. Menor presión sobre el terreno. Mayor estabilidad. Menor radio de giro.SuperestructuraEs el conjunto formado por dos vigas cajón y una serie de módulos adosados,que deben absorber los esfuerzos transmitidos por el equipo de trabajo en laexcavación y la aceleración producida por el giro. La superestructura está unida al chasis mediante la corona de giro,que es el elemento de la pala que permite la rotación de la superestructura respecto del chasis inferior, quepermanece fijo sobre el suelo.Accionamiento
  6. 6. Las palas de carga utilizan sistemas eléctricos o hidráulicos. Si bien losprimeros ofrecen un menor costo de mantención, menor nivel de ruido ymayor disponibilidad mecánica, las palas pierden movilidad al necesitar de uncable.Respecto del sistema hidráulico, los elementos más importantes del circuitoson el depósito, las bombas, los distribuidores y receptores, motores ocilindros.CabinaSi bien la cabina tiene una influencia indirecta en el rendimiento de lasexcavadoras, su funcionamiento es de gran importancia, por lo que deben serfuncionales y confortables.La posición de la cabina suele estar en el lado izquierdo de la máquina, ya que desde allí el operador tiene mayorfacilidad para posicionar rápidamente el camión, al contactarse visualmente ambos operadores (el de la pala y el delcamión).Una cabina está constituida por los siguientes elementos básicos: Dos palancas de mando, una de brazo y balde, otra de pluma y mecanismo de giro. Palanca de traslación. Consola que proporciona una información completa sobre la situación de la máquina. Aislamiento de la cabina contra el ruido y vibraciones. Asiento anatómico.Equipo de trabajoEl equipo de trabajo está constituido por diferentes elementos, dependiendo de si la forma de descarga es frontal ode retroexcavadora: En sistemas frontales: El equipo de trabajo lo constituye la pluma y el brazo con el balde en su extremo. Lafuerza de penetración se consigue mediante uno o dos cilindros hidráulicos del brazo, y la fuerza de excavación pormedio de otros dos cilindros en el balde. El movimiento vertical se realiza gracias al accionamiento hidráulico de lapluma. En sistema de retroexcavadora: El equipo de trabajo lo compone la pluma, el brazo y el balde, articulados entresí y accionados mediante sistemas hidráulicos.Baldes
  7. 7. El diseño y forma del balde influyen en el grado de llenado del mismo y, por lo tanto, en la producción horaria delequipo. Los parámetros por tener en cuenta en el diseño del balde son: Relación ancho / volumen del balde. Distancia entre la punta de los dientes y la articulación. Ángulos 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 máquina auxiliary/o de empuje en labores de limpieza o preparación de rampas.Características generalesLos cargadores frontales se pueden distinguir y clasificar según la capacidad de carga del balde, como se indica enla siguiente tabla: Capacidad de carga Clasificación < 4 m3 Pequeños 4 - 8 m3 Medianos > 8 m3 GrandesEn las faenas de minería a cielo abierto se utilizan principalmente los equipos medianos, asociados a camiones, deacuerdo con combinaciones bien definidas del binomio cargador-camión.Ventajas El uso de los cargadores frontales representa importantes ventajas en el desarrollo de las faenas en la minería, yaque tienen: Gran movilidad, alcanzando velocidades de 45 km/h, lo que les permite realizar la labor de carga y transporte endistancias 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 más limpio, no precisándose máquinas auxiliares. Adaptabilidad a diferentes métodos de extracción. Una menor inversión en relación con otros sistemas de carga (palas) Facilidad de reventa. Posibilidad de alquiler (arriendo) y contratación. Una mantención sencilla respecto de otros sistemas de carguío. Menor requerimiento de práctica y experiencia del personal que usará los equiposDesventajas Requieren una pila o material tronado más esponjado respecto de otros sistemas de carguío. Esto implica unaconsideración importante en la tronadura, especialmente en 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 desplazarse durante 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 de neumáticos. Necesitan alturas de banco reducidas para operar con seguridad. Poseen menor disponibilidad mecánica respecto de las palas.Componentes principales
  8. 8. ChasisEn general, el chasis está formado por dos semichasis unidos por una articulación doble con eje vertical. En elsemichasis delantero, y de forma más o menos triangular, va anclado todo el equipo de trabajo. El semichasistrasero tiene forma de caja y debe soportar, además del eje y su diferencial, el peso del motor y de la transmisión.También, generalmente, soporta el peso de la cabina y mandos del operador.Ambos están construidos de aceros de alta resistencia, especialmente diseñados para soportar esfuerzos decarácter continuado, tanto de torsión como de flexión.Mediante la acción de los vástagos de dos cilindros hidráulicos, uno a cada lado, la articulación permite giros aizquierda y derecha, con ángulos de entre 35 y 45 grados, lo que aumenta la maniobrabilidad de la máquina.CabinaLa cabina está colocada sobre la articulación y puede formar parte tanto del cuerpo trasero como del cuerpodelantero del equipo. La ubicación de la cabina presenta ventajas, las que se señalan en la siguiente tabla: Ubicación Ventajas Parte delantera Mejor visión para el operador Aislamiento de ruidos y vibraciones del motor Parte trasera Mayor confortabilidad debido a los giros más pequeños en la parte trasera. Mayor seguridad en la operación.NeumáticosSe estima que entre 10% y 20% de los costos de mantención de los cargadores frontales corresponde a losneumáticos, por lo que éstos representan uno de los factores clave por considerar en una buena operación de estosequipos. Los cargadores frontales utilizan los siguientes tipos de neumáticos: Lonas sesgadas Radiales BeadlessBaldesEn relación con el balde, éstos se diseñan con un ancho un poco mayor al de la máquina, de forma que alintroducirlos en las pilas (carga) no se produzcan daños en los neumáticos.Estas dimensiones hacen que los baldes tengan una estructura más débil que la de las palas de cable y/ohidráulicas. Como además es necesario maximizar la carga útil, se deben construir con el menor peso posible. Poreste motivo, las fuerzas de arranque de estos equipos son mucho menores que en las palas.Los baldes se clasifican de acuerdo con el material que deben transportar y para el cual se han diseñado. Sedistinguen 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 han incorporado dientespara mejorar la penetración.
  9. 9. Sistemas de transmisiónLos cargadores frontales usan motores diésel como fuente de energía primaria, utilizando dos tipos de transmisión:mecánica o eléctrica. Mecánica La transmisión mecánica está constituida por tres mecanismos de regulación: Mecanismo de regulación de la velocidad del motor, que a su vez acciona un convertidor de par convencional. Mecanismo de regulación por modulación de potencia, situado entre el motor y el convertidor de par. La velocidaddel motor y la bomba hidráulica permanecen constantes. Mecanismo de regulación variable, con varios convertidores de par. Los convertidores de par regulan lavelocidad de traslación, manteniendo la velocidad de motor en un régimen constante. Este mecanismo cuenta conlos siguientes elementos: Convertidor de par, cuya finalidad es disponer de un órgano que multiplique el par, disminuya el número derevoluciones y brinde un número de relaciones de cambio, normalmente de 3 a 4,8. Caja de cambios, que suele ser del tipo "power-shift" o servo transmisión con control simple, disponiendo de variasvelocidades hacia adelante y hacia atrás. Árboles de transmisión, que transmiten el movimiento a los dos ejes, consiguiéndose así la tracción a las cuatroruedas.Diferenciales, ejes y mandos finales. Eléctrica. La transmisión eléctrica está constituida por los siguientes elementos: Motor que gira a velocidad constante, acoplado a un generador de corriente alterna y a una caja reductora a la quevan conectadas las bombas del circuito hidráulico de elevación y dirección. Rectificador de corriente Motores de tracción de corriente continua en cada rueda Sopladores de refrigeración de motores, circuito hidráulico, generador, filtros de aire, frenos, etcétera. Ejes planetarios en cada rueda Frenos de disco accionados neumáticamente
  10. 10. Sistema hidráulicoEl circuito hidráulico de los cargadores frontales acciona los cilindros de elevación y articulación.La bomba que acciona los cilindros de la articulación debe producir la presión de aceite suficiente para controlar elbalde, incluso cuando el motor de la máquina funciona a bajo régimen. Igualmente, cuando se produce la excavacióny carga, y el motor se encuentra a régimen máximo, debe existir un exceso en la capacidad del circuito de laarticulación para aumentar la del circuito de carga.Equipo de trabajoEl equipo de trabajo está constituido por el mecanismo de elevación, volteo y la cuchara. Los brazos de elevaciónson de acero de alta resistencia, están unidos por un puente central que garantiza solidez de conjunto, y sonaccionados por cilindros hidráulicos para subirlos y bajarlos.En el mecanismo de volteo existen dos configuraciones. La más utilizada es la que se conoce como "cinemática enZ", que multiplica fuerza y velocidad de volteo gracias a su mejor geometría. El mecanismo es accionado por uno odos cilindros hidráulicos, según el modelo.

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