MÉTODO GRÁFICO PARA EL CÁLCULO DEL RENDIMIENTO PARA CARGADOR FRONTAL Para poder obtener el rendimiento de un cargador frontal se requiere conocer las características de la maquinaria, así como, las especificaciones de sus aditamentos, ésta información la podemos obtener del catálogo del fabricante (Manual de rendimiento Caterpillar. Para cargadores de ruedas (págs; 650- 728 y para cargadores de cadena págs; 730- 753). Cargador Frontal (Pala cargadora) Es una maquina autopropulsada equipada con una cuchara frontal y un sistema de brazos por cilindros hidráulicos, en función de su tren motriz existen dos tipos de palas: Los Cargadores de cadena (orugas) se usan en bancos donde existen rocas filosas (Producto de tronados). Los de ruedas (neumáticos) se usan en bancos de material triturados que no tengan rocas filosas. Tipos de trabajo que realiza. En movimiento de tierras, es en principio una maquina destinada a recoger el material arrancada por otra máquina (bulldozer) y depositarlo en el equipo de transporte (volquete), para remoción de escombros, empujar, recoger y transportar material a distancias cortas, en nivelación para trabajos de acabado en sitios de construcción. Se usa especialmente para excavar en sitios en los cuales el cargador está ubicado por debajo del nivel en el cual actúa el cucharon.
Según las necesidades maneja distintos tipos de cucharón: Normal para cargar De descarga lateral De alta capacidad para material liviano, o para material suelto Con garras para levantar basura o escombros También se le pueden adaptar hojas para diferente tipo de trabajo (ver tabla pag. 753)
La fórmula para obtener el rendimiento de un cargador frontal es: Rendimiento= Consideraciones importantes: a) La producción requerida de un cargador de ruedas o de cadenas debe ser ligeramente mayor que la capacidad de producción de las otras máquinas básicas del sistema existente para mover tierra o materiales. Por ejemplo, si una tolva puede recibir 300 ton/hora, se debe usar un cargador con capacidad ligeramente mayor de 300 toneladas. Debe estimarse con cuidado la producción requerida a fin de elegir la máquina y cucharón adecuados. b) Tiempos de ciclo del cargador. Puesto que el tipo de material, la altura de la pila y otros factores pueden elevar o reducir la producción, su efecto se debe sumar o restar del tiempo de ciclo básico. Cuando haya acarreos, obtenga la porción del ciclo correspondiente al tiempo de desplazamiento en la gráfica respectiva de estimaciones de esta sección. Para hallar el tiempo total del ciclo, añada los tiempos de acarreo y retorno al tiempo de ciclo básico. FACTORES DE TIEMPO DE CICLO El promedio del tiempo de ciclo básico (carga, descarga, maniobra) de un cargador de cadenas es de 0,25-0,35 minuto, [el ciclo básico para los cargadores de cadenas grandes, de 2 m3 (2,6 yd3) y más, puede ser ligeramente más largo], aunque se pueden anticipar variaciones sobre el terreno. Los siguientes valores de muchos elementos variables se basan en operaciones normales. Al sumar o restar los tiempos variables se obtendrá el tiempo total de ciclo básico. Estimación del Tiempo de Ciclo Para hallar el número de cargas por hora de un cargador de cadenas, hay que determinar el tiempo del ciclo. El tiempo total del ciclo incluye los segmentos siguientes: Tiempo de carga + Tiempo en maniobras + Tiempo de viaje + Tiempo de descarga. Tiempo de carga: Material Agregados uniformes Agregados húmedos mezclados Limo húmedo Tierra, piedras, raíces Materiales cementados
Minutos 0,03-0,05 0,03-0,06 0,03-0,07 0,04-0,20 0,05-0,20
Tiempo en maniobras. Incluye el de recorrido básico, los cuatro cambios de sentido de marcha, y el tiempo para los giros. Es de unos 0,20 min. Con un operador competente. Tiempo de viaje. En operación de carga y acarreo, consta del tiempo de acarreo y el tiempo de regreso. Se puede obtener de las tablas de viaje de esta sección.
Tiempo de descarga. Depende del tamaño y resistencia del vehículo o tolva en que se vacía, y varía de 0,00 a 0,10 minutos. Los tiempos típicos de descarga en camiones para carretera son de 0,04 a 0,07 min. Ejemplo: Se excava limo húmedo en banco y se carga en camiones. Minutos Carga: limo húmedo 0,05 Tiempo en maniobras 0,20 Recorrido: no lo hay 0,00 Descarga 0,05 Ciclo total 0,30 min. 200 ciclos en 60 min de trabajo/hora
Minutos a sumar (+) o a restar (–) del ciclo básico Materiales Mezclados Hasta 3 mm (1/8 pulg) De 3 mm (1/8 pulg) a 20 mm (3/4 pulg) De 20 mm (3/4 pulg) a 150 mm (6 pulg) Más de 150 mm (6 pulg) Banco o fracturado
+0,02 +0,02 –0,02 0,00 +0,03 y más +0,04 y más
Pila Apilado por Transportador o Topadora a más de 3 m (10 pies) Apilado por Transportador o Topadora a menos de 3 m (10 pies) Descargado por camión
0,00 +0,01 +0,02
Varios Mismo propietario de camiones y cargadores Propietario independiente de camiones Operación constante Operación intermitente Punto de carga pequeño Punto de carga frágil
Hasta –0,04 Hasta +0,04 Hasta –0,04 Hasta +0,04 Hasta +0,04 Hasta +0,05
Método gráfico para la selección de la máquina Para seleccionar el cargador de ruedas y el cucharón apropiados para satisfacer las necesidades de producción usaremos los nomogramas proporcionadas por el fabricante. NOTA: Se debe tener cuidado al tomar información de los nomogramas porque algunas de las escalas aumentan de abajo hacia arriba, mientras que otras lo hacen a la inversa. No se preocupe demasiado por el efecto sobre la exactitud del espesor de las líneas ni por la aproximación a centésimas de metro cúbico (yd3). Recuerde que el factor de llenado del cucharón, la densidad del material y el tiempo de ciclo son sólo cálculos aproximados.
Problema de ejemplo: Un cargador de cadenas debe producir 200 m 3 sueltos por hora (262 yd3s/h). El tiempo estimado de un ciclo es de 0,5 minutos, trabajando a razón de 50 min/hora. El factor de llenado del cucharón es 110%, y la densidad del material es de 1600 kg/m 3 suelto (2700 lb/yd3S). Determine el tamaño del cucharón, modelo de máquina y producción por hora en metros cúbicos y en toneladas métricas. Solución: 1° Calculemos los ciclos/hora; El tiempo estimado de un ciclo es de 0.5 min (a eficiencia óptima), por lo que se conseguirán 120 ciclos/hora, pero como se trabaja a razón de 50 min/h, sólo resultan 100 ciclos/hora.
2° Utilización de las gráficas proporcionadas por el fabricante. Procedimiento: 1) Marque en la escala A los ciclos/hora (100); y en la escala B la producción horaria de 200 m3/hora (262 yd3/h). 2) Conecte el punto en A con el punto en B y continúe la línea hasta la escala C para encontrar la carga útil requerida de 2,0 m3 (2,62 yd3). 3) Desde el punto hallado en C trace una línea que pase por el factor de llenado del cucharón (110%) en la escala D y continúela hasta la escala E para encontrar el tamaño requerido del cucharón de 1,8 m3 (2,35 yd3). 4) Traslade al nomograma de la página siguiente los datos obtenidos en las escalas A y C.
5) Conecte el punto 1,8 m 3 (2,35 yd3) en la escala C con el punto de 1600 kg/m3 (2700 lb/yd3) en la escala F y extienda la línea hasta la escala G para encontrar el peso de la carga útil de 2880 kg. (6345 lb). 6) Compare 2880 kg (6345 lb) de carga útil del cucharón, escala G, con la tabla de esta sección que muestra las cargas máximas de operación recomendadas para ver si el cucharón de 1,85 m 3 (2,4 yd3) puede trabajar con la carga útil deseada. La tabla indica que el 953C con un cucharón de 1,85 m 3 (2,4 yd3) equipado con cuchillas empernables o con dientes y segmentos empernables tiene una capacidad máxima de operación recomendada de 3343 kg (7370 lb). Por lo tanto, no habrá problemas a causa de la estabilidad.
7) Desde el punto de 2880 kg (6345 lb) en la escala G, trace una línea que cruce la escala A por el punto 100, y llegue a la escala I donde encontrará el valor de 288 toneladas métricas por hora (317 tons EE.UU./hora).
Resultados: El trabajo se pude realizar con un cargador de orugas, modelo 953C con un cucharon de 1.85 m3 con una producción de 288 m3/hora
