Manual de Cargue y Transporte 1

PROGRAMA DE ASIGNATURA 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11

ANTECEDENTES GENERALES Nombre de la CARGUIO Y TRANSPORTE Asignatura Código 04081 Carrera INGENIERIA CIVIL DE MINAS – INGENIERIA CIVIL INDUSTRIAL Profesor que la dicta ALEJANDRO CRUZAT GALLARDO Ubicación OCTAVO SEMESTRE Requisito de Asistencia 100% Restricciones para Nota mínima de aprobación: 4.0 aprobación Básica General Ciencias Ingeniería Especialidad Área de formación X X X Teóricas Ejercicios Laboratorio Características de las horas (números) 2 2 Asignaturas a las que sirve como MINERIA CIELO ABIERTO (IC MINAS) prerrequisito Asignaturas de 05054 (IC MINAS); 05073 (IC INDUSTRIAL) prerrequisito

1.12

N° de Créditos

4

1.13

N° Horas Dedicación del Alumno/Semana

2 2 0

2.0 2.1

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE Objetivos asociados al Perfil de Egreso (marcar con una X el nivel elegido) A A Contribución de la asignatura al desarrollo de las capacidades genéricas para: Avvvaaannnzzzaaadddooo Aprender en forma autónoma X Comunicarse en español y simbólica en el ámbito de su especialidad. X Comunicarse en Inglés, a nivel ALTE 2 Trabajar en equipo X Contribución de la asignatura a las capacidades especificas de la especialidad Avanzado para: Aplicar Ciencias Básicas y Ciencias de la Ingeniería en el ámbito de la ingeniería. X Utilizar software y tecnologías de la información y de comunicación, como X herramientas para la Ingeniería y la gestión. Analizar y solucionar problemas, con enfoque sistémico. X Diseñar y conducir experimentos de orientación profesional X Formular, evaluar y administrar proyectos X Aplicar los conocimientos de matemáticas, ciencia e ingeniería para la resolución X de problemas. Aplicar teorías y modelos a problemas reales de ingeniería. X Concebir, analizar, diseñar y calcular obras de edificación e infraestructura, tales X como puentes, edificios, obras viales, obras hidráulicas y sanitarias. Gestionar y ejecutar la construcción de proyectos de ingeniería X Evaluar técnica y económicamente los proyectos. X Capacidad para aplicar metodologías medio ambientales y de gestión de calidad en X el desarrollo de su actividad profesional. Habilidad para liderar y dirigir grupos humanos y administrar los recursos X materiales y financieros que intervienen en los procesos constructivos. Utilizar la tecnología de la información y software como herramientas para la X ingeniería civil. Evaluar Riesgos en las obras de ingeniería civil. X Contribución de la asignatura al desarrollo de actitudes y valores para lograr: Avanzado Responsabilidad profesional y social X Predisposición al emprendimiento X Predisposición hacia la innovación X

IIInnnttteeerrrm m meeedddiio ioo

B B Bááásssiiciccooo

X

Intermedio

Básico

Intermedio

Básico

1

2.3

Objetivos de la asignatura Es un curso profesional de carácter teórico práctico, cuya finalidad es entregar a los estudiantes herramientas utilizadas en la industria en general para la optimización de los procesos que involucran el carguío y transporte de todo tipo de materiales; aprendiendo a identificar los tiempos en las etapas de trabajo en la industria y el manejo de esa información para su análisis de sistemas posterior. Se enfatiza, durante todo el desarrollo del curso, la comprensión espacial de volúmenes relacionados con el manejo y disposición de materiales.

3.0

PROGRAMA DE ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA – APRENDIZAJE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Introducción al movimiento de materiales en la industria Movimiento de Materiales. Principios básicos Indices Operacionales en la industria Camiones Equipos de carguío Selección de equipos de carga y transporte Diseño de flotas de carga y transporte Economía del carguío y transporte de materiales

Unidad 1: INTRODUCCION AL MOVIMIENTO DE MATERIALES EN LA INDUSTRIA Objetivos de la Unidad Destacar la importancia del carguío y transporte en la industria y la humanidad. Entender la diferencia entre los diferentes tipos de formas de movilizar materiales. Importancia del cálculo en el volumen de los materiales que se transportan. Contenidos 1. La realidad y la geometría descriptiva 2. Terminología del curso 3. Formulismo básico Actividades 1. Ejercicios cálculo de volúmenes 2. Entrega de base de datos de sondajes y topografía base para desarrollar el laboratorio Total de Horas Docencia Directas (HDD) : Total de Horas Dedicación del Alumno (incluye las HDD) :

Horas Profesor 2 2 2

Horas Alumno 4 4 4

4

8 10 30

Unidad 2: MOVIMIENTO DE MATERIALES. PRINCIPIOS BASICOS Objetivos de la Unidad Conocer y entender los principios básicos que gobiernan el movimiento de materiales en la industria.. Contenidos 1. Materiales y su clasificación 2. Densidad, expansión y compresibilidad. Expansión y factor de conversión volumétrica 3. Potencia necesaria de los equipos de trabajo 4. El tiempo de ciclo, la producción y la productividad Actividades 1. Ejercicios de aplicación de conceptos Unidad 2. Total de Horas Docencia Directas (HDD) : Total de Horas Dedicación del Alumno (incluye las HDD) :

Horas Profesor 2 2 2 2

Horas Alumno 4 4 4 4

2

4 10 30

Unidad 3: INDICES OPERACIONALES EN LA INDUSTRIA Objetivos de la Unidad Entender el concepto de índice operacional en la industria como la principal herramienta de gestión del ingeniero civil. Contenidos 1. La información en la industria. 2. Indices Operacionales Actividades 1. Ejercicios de aplicación de conceptos Unidad 3. Total de Horas Docencia Directas (HDD) : Total de Horas Dedicación del Alumno (incluye las HDD) :

Horas Profesor 2 4

Horas Alumno 4 8

2

4 8 24

2

Unidad 4: CAMIONES Objetivos de la Unidad Aprender las principales variables que afectan el diseño, desempeño y economía de los equipos de transporte sobre neumáticos. Horas Horas Contenidos Profesor Alumno 1. Evolución de los medios de transporte mecánicos 2 4 2. Ventajas, desventajas, inconvenientes 2 4 3. Componentes, diseño y construcción 2 4 Actividades 1. Ejercicios de aplicación de conceptos Unidad 4. 2 4 Total de Horas Docencia Directas (HDD) : 8 Total de Horas Dedicación del Alumno (incluye las HDD) : 24 Unidad 5: EQUIPOS DE CARGUIO Objetivos de la Unidad Aprender las principales variables que afectan el diseño, desempeño y economía de los equipos de carguío. Contenidos 1. Evolución de los equipos de carguìo 2. Operación de carguío 3. Componentes, diseño y construcción Actividades 1. Ejercicios de aplicación de conceptos Unidad 5. Total de Horas Docencia Directas (HDD) : Total de Horas Dedicación del Alumno (incluye las HDD) :

Horas Profesor 2 2 2

Horas Alumno 4 4 4

2

4 8 24

Unidad 6: SELECCIÓN DE EQUPOS DE CARGA Y TRANSPORTE Objetivos de la Unidad Conocer los principales criterios que se deben aplicar para una correcta selección de equipos de carga y transporte Contenidos 1. Criterios específicos de selección, rendimiento, diseño y servicio 2. Criterios de selección económicos Actividades 1. Ejercicios de aplicación de conceptos Unidad 6. Total de Horas Docencia Directas (HDD) : Total de Horas Dedicación del Alumno (incluye las HDD) :

Horas Profesor 2 2

Horas Alumno 4 4

2

4 8 24

Unidad 7: DISEÑO DE FLOTAS DE CARGA Y TRANSPORTE Objetivos de la Unidad Conocer y entender la mecánica y formulismo necesarios para determinar el número de equipos de carguío necesarios en una operación de carga y transporte y las unidades de transporte asociados a los mismos, en un marco económico y de seguridad para personas y equipos. Horas Horas Contenidos Profesor Alumno 1. Variables de entrada 2 4 2. Match Factor. Cálculo probabilístico. 2 4 Actividades 1. Ejercicios de aplicación de conceptos Unidad 7. 2 4 Total de Horas Docencia Directas (HDD) : 6 Total de Horas Dedicación del Alumno (incluye las HDD) : 18

3

Unidad 8: ECONOMIA DEL CARGUIO Y TRANSPORTE DE MATERIALES Objetivos de la Unidad Conocer y entender las variables de un sistema de carga y transporte para una correcta aplicación de conceptos económicos y su correspondiente valorización en el negocio del transporte. Horas Horas Contenidos Profesor Alumno Bases económicas 2 4 Principales variables económicas y análisis asociadas a flotas de carga y transporte 2 4 Análisis económico de un sistema de carga y transporte 2 4 Actividades Ejercicios de aplicación de conceptos Unidad 8. 2 4 Total de Horas Docencia Directas (HDD) : 8 Total de Horas Dedicación del Alumno (incluye las HDD) : 24

4.0 4.1

METODOLOGÍA DIDÁCTICA DE LA ASIGNATURA. Metodologías (marcar con una X la metodología elegida) Descripción: Transmitir conocimientos y activar procesos cognitivos en el Método Expositivo/Lección Magistral estudiante. Descripción: Adquisición de aprendizajes mediante el análisis de casos reales o Estudio de Casos simulados. Resolución de Ejercicios y Problemas Aprendizaje Basado en Problemas (ABP) Aprendizaje orientado a Proyectos Aprendizaje Cooperativo

5.0 5.1 5.1.1

X X

Descripción: Ejercitar, ensayar y poner en práctica los conocimientos previos. Descripción: Desarrollar aprendizajes activos a través de la resolución de problemas. Descripción: Realización de un proyecto para la resolución de un problema, aplicando habilidades y conocimientos adquiridos. Descripción: Desarrollar aprendizajes activos y significativos de forma cooperativa.

X X X

Evaluación y Criterios de Aprobación Criterios de Evaluación y Calificación (indicar porcentaje asignado a cada evaluación) Evaluación de trabajo teórico (Pruebas Parciales, trabajos, etc.) La asignatura se evalúa a través de tres pruebas parciales a lo largo del semestre: Primera Prueba Parcial: P1 Segunda Prueba Parcial: P2 Tercera Prueba Parcial: P3 PPP = Promedio de Pruebas Parciales = P1*0,25 +P2*0,35 +P3*0,4 Si el PPP es igual o mayor a 4,0 el alumno aprueba la asignatura y el valor corresponde a la Nota Final de la Asignatura (NFA). El alumno tiene derecho a rendir examen (EX) si el PPP es inferior a 4,0

5.1.2

Evaluación de trabajo experimental de Laboratorios No se considera trabajo de laboratorio

5.1.3

Examen Final El alumno tiene derecho a rendir examen (EX) si el PPP es inferior a 4,0

5.1.4

Otros

5.1.5

Nota Final Si el alumno rindió el examen (EX), la Nota Final de la Asignatura (NFA) corresponde a: NFA = PPP*0,6 + EX*0,4 Si en esta ponderación, la NFA es igual o superior a 4,0 el alumno aprueba la asignatura, en caso contrario el alumno reprueba la asignatura.

4

6.0

Recursos Asociados (marcar con una X los recursos seleccionados) Sala de clases (indicar si dicha sala requiere de alguna característica determinada)

X

Sala de Laboratorio (indicar si dicha sala requiere de alguna característica determinada) Ejemplares de cada texto de bibliografía guía por curso Disponibilidad de equipos, materiales y personal de apoyo para cada una de las experiencias de laboratorio Programas Computacionales por sitio o en red o equipos computacionales (ejemplo: Pocket PC) Acceso a la biblioteca Central de la Universidad

X

Programa detallado de la asignatura por alumno

X

Material de apoyo (Guías, presentaciones y otros materiales preparados por el profesor) disponible en plataforma elearning o Intranet

X

Notebook y proyector de sala

X

Conexión para computadores personales en la sala (Red cableada o WiFi)

X

7.0

Fuentes de Información

7.1

Bibliografía Principal Manual de Arranque, Carga y Transporte en Minería a Cielo Abierto. Manuales CATERPILLAR

7.2

Bibliografías Complementarias Artículos en Internet

7.3

Otras fuentes Apuntes del profesor.

5

DPTO. INGENIERÍA DE MINAS FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE LA SERENA

Curso: CARGUIO Y TRANSPORTE Capítulo 1

INTRODUCCIÓN LA REALIDAD Y LA GEOMETRÍA DESCRIPTIVA

Alejandro Cruzat G. Ingeniero Civil de Minas Profesor Asignatura “Carguío y Transporte” Departamento Ingeniería de Minas Universidad de La Serena

AGOSTO 2008

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 1 - Introducción

Observación: El texto contiene una gran variedad de fotografías relativas al tema principal y que fueron obtenidas de diferentes fuentes: Revistas de Minería (nacionales e internacionales), empresas en Internet y colaboraciones de estudiantes de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. Se deja constancia que su utilización en este trabajo sólo persigue fines didácticos.

Universidad de La Serena

Departamento de Minas

Pág. 2

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 1 - Introducción

Introducción El término “Carguío y Transporte” ó “Movimiento de Materiales”, comprende la utilización de medios mecánicos y manuales para el traslado de materiales y/o desechos a un área de trabajo, acopio, introducción o retiro de los mismos. Terminología recurrente en el curso: -

Desmonte o corte.

-

Terraplén o relleno.

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Departamento de Minas

Pág. 3

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

-

Caminos en laderas de cerro

-

Angulo de Talud

-

Zanjas

-

Corte

-

Talud de seguridad

- Zanja para riego

Universidad de La Serena

Capítulo 1 - Introducción

- Zanja para agua potable

Departamento de Minas

Pág. 4

Alejandro Cruzat G.

-

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 1 - Introducción

Caminos en corte y relleno

- Estanques o represas

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Departamento de Minas

Pág. 5

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

-

Corte en ladera

-

Explanada

-

Relleno

-

Estabilidad de talud

Capítulo 1 - Introducción

CORTE – TERRAPLEN – RELLENO – TALUD

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Pág. 6

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 1 - Introducción

Antes del corte:

Después del corte:

Terreno original

Terreno original Corte Terraplén

Talud corte

Talud terraplén

Cota de corte

Volúmenes - Formulismo básico: Área Cubo Prisma Triángulo Cono Pirámide Cilindro

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Pág. 7

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 1 - Introducción

Equipos y/o maquinaria utilizada en el movimiento de materiales.

Fig. 1: Pala cargadora de ruedas

Fig. 3: Retroexcavadora Fig. 2: Bulldozer

Fig. 4: Pala cargadora sobre orugas

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Fig. 5: Compactadora

Pág. 8

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Fig. 6: Mototrailla

Capítulo 1 - Introducción

Fig. 7: Motoniveladora

Definiciones de maquinaria según normas DIN y UNE.

Buldózer, tractor empujador frontal: Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas diseñada para ejercer una fuerza de empuje o tracción.

Pala cargadora o Cargador Frontal: Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas, equipada con una cuchara frontal, su estructura soporte y un sistema de brazos articulados, capaz de cargar y excavar, mediante su desplazamiento y el movimiento de los brazos, y de elevar, transportar y descargar materiales.

Retrocargadora, (retropala, mixta): Máquina autopropulsada sobre ruedas con un bastidor especialmente diseñado que monta a la vez un equipo de carga frontal y otro de excavación trasero de forma que puedan ser utilizados alternativamente.

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Pág. 9

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 1 - Introducción

Minicargadoras (compactas): Máquina autopropulsada sobre ruedas, equipada con una cuchara frontal, con estructura soporte en chasis rígido, y un sistema de dirección mediante palancas o pedales que permite frenas o controlar las dos ruedas de cada lado.

Miniexcavadoras (minis): Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas, metálicas o de goma, con una superestructura capaz de rotar 360º que excava o carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de una cuchara montada en un conjunto de pluma y balancín, sin que la estructura portante se desplace y con un peso no superior a 6.000 kg.

Excavadoras: Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas con una superestructura capaza de girar 360º que excava o carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de una cuchara fijada a un conjunto de pluma y balancín o brazo, sin que el chasis o la estructura portante se desplace.

Mototraíllas: Máquina autopropulsada sobre ruedas que dispone de una caja abierta con borde cortante entre los ejes delantero y trasero, que arranca, carga, transporta y extiende materiales, utilizando el movimiento de avance de la misma.

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Pág. 10

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 1 - Introducción

Motoniveladoras: Máquina autopropulsada sobre ruedas, con una hoja ajustable situada entre los ejes delantero y trasero que corta, mueve y extiende materiales con fines generalmente de nivelación.

Unidades de acarreo (dúmperes, camiones de obra): Máquina autopropulsada sobre ruedas, con caja abierta, que transporta materiales y los descarga. La carga la efectúa por medios externos.

Compactadores: Máquina autopropulsada o remolcada sobre ruedas, rulo o masa diseñada para aumentar la densidad de los materiales por: peso estático, impacto, vibración o amasado (presión dinámica) o combinación de alguno de ellos.

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Pág. 11

DPTO. INGENIERÍA DE MINAS FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE LA SERENA

Curso: CARGUIO Y TRANSPORTE Capítulo 2 MOVIMIENTO DE MATERIALES - PRINCIPIOS BASICOS

“Todo se transporta o debe trasladarse en algún momento” Alejandro Cruzat G. Ingeniero Civil de Minas Profesor Asignatura “Carguío y Transporte” Departamento Ingeniería de Minas Universidad de La Serena

AGOSTO 2009

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

Observación: El texto contiene una gran variedad de fotografías relativas al tema principal y que fueron obtenidas de diferentes fuentes: Revistas de Minería (nacionales e internacionales), empresas en Internet y colaboraciones de estudiantes de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. Se deja constancia que su utilización en este trabajo sólo persigue fines didácticos.

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Departamento de Minas

Pág. 2

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

MOVIMIENTO DE MATERIALES EN EL MUNDO

En gran medida, el progreso y desarrollo de la humanidad, ha dependido de variados trabajos y/u obras en que el movimiento y traslado de enormes masas materiales rocosas han permitido el asentamiento de las características de nuestra civilización. Entre estos trabajos están: las Pirámides, el Canal de Panamá y el de Suez, la Mina Chuquicamata, Masada, Las Tres Gargantas, El Tranque La Paloma, etc.

La historia de la humanidad está llena de este tipo de trabajos que, a la distancia parecen simples, pero un análisis de los mismos nos muestra su fascinante complejidad, en particular, la visión de los hombres que fueron capaces de desarrollar una metodología de trabajo, análisis y cálculo con herramientas elementales; en aquellos otros hombres que confiaron en esos técnicos y los proveyeron de los medios para realizar esas obras y finalmente en los millares de trabajadores anónimos que movieron y trasladaron montañas sobre sus hombros.

Por gigantescas que nos parezcan ahora las actuales obras de ingeniera, en que se mueven millones de metros cúbicos de tierra y rocas, serán pequeñas en relación con las que se lleven a cabo en el futuro. Dispondremos de máquinas más poderosas y métodos más eficientes para transformar la superficie de la tierra según los planes y necesidades del hombre.

Es imposible atribuir a un solo factor el grado de éxito obtenido, pero es indiscutible que el conocimiento y aplicación de ciertas normas básicas son de importancia capital para el desarrollo de este tipo de trabajos, normas y leyes que son tan básicas en el pasado como hoy día y lo serán por siempre.

“Todo se transporta o debe trasladarse en algún momento”

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Pág. 3

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Curso Carguío y Transporte

Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

MATERIALES

Los conocimientos que se requieren para la ejecución económica y eficiente de obras de MOVIMIENTO DE TIERRA constituyen una ciencia. Su finalidad es alterar, en provecho del hombre, las características topográficas de un lugar.

Toda obra de excavación presenta dificultades y problemas, al remover la TIERRA cambian ciertas características de las MATERIAS que la constituyen

Estos cambios dependen de las PROPIEDADES de los COMPONENTES.

Lo primordial para estos trabajos no es conocer la naturaleza del material, sino sus propiedades físicas.

Lo que desea saber es lo siguiente:

El grado de facilidad al excavar y cargar un material determinado, in situ. El grado de facilidad al excavar y cargar un material determinado, suelto. El grado de facilidad al manipular y cargar un material determinado. El grado de facilidad al transportar y descargar un material determinado.

Esta propiedad se denomina Facilidad de Carga.

Todo lo que puede indicarse es que se trata de una característica general. Si un material se excava y carga sin ninguna dificultad, se dice que posee en alto grado dicha propiedad. Ciertos tipos de suelos arcillosos se cargan con gran facilidad. Se empujan con un tractor o se cargan con un cargador tal como se encuentran en estado natural. Suelos arcillosos húmedos se cargan con gran dificultad. Existen, en cambio, materias como las rocas que requieren primero fragmentarse con explosivos. La elección de un equipo para un trabajo de carga y transporte depende entonces principalmente del grado de dificultad que presenta la excavación y carga de un MATERIAL determinado.

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Pág. 4

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

LA SUPERFICIE DE LA TIERRA está formada por numerosos elementos, compuestos y mezclas, pero desde el punto de vista de su extracción, carga y transporte, sólo se clasifican del siguiente modo:

ROCAS TIERRAS MEZCLAS DE TIERRA Y ROCA

ROCAS: En esta clasificación se incluyen materiales duros y firmes como las rocas comunes, hormigón, bolones y materiales similares que pueden requerir el uso de explosivos para extraerlos. Todos los otros materiales los podemos considerar como tierra.

TIERRAS Y OTRAS MATERIAS DEL SUELO: Para fines de clasificación, se subdividen de acuerdo con el tamaño de sus partículas y el contenido de humedad. La grava, por ejemplo, tiene partículas grandes, mientras las de la arcilla son muy pequeñas. La arena, por su parte, ocupa un lugar intermedio entre ambas.

La propiedad de retener la humedad es un factor importante pues el contenido de ella afecta el peso y el rendimiento en las operaciones de excavación y carga.

MEZCLAS DE ROCA Y TIERRA: Las mezclas de roca y tierra constituyen el material con que se trabaja comúnmente. Este tipo de material se encuentra en la mayor parte del mundo y es una combinación de varios tipos de roca y tierras. El nombre que se dé a estas mezclas identifica su composición aproximada. La marga arenosa, por ejemplo, consiste principalmente en una mezcla de marga con algo de arena.

TODOS LOS MATERIALES en su estado natural tienen cierto grado de HUMEDAD, de acuerdo con las condiciones del tiempo y de drenaje, como también debido a sus características para absorberla y retenerla. Hasta cierto punto, estos factores pueden ser regulados y modificados por el ingeniero. Si bien éste no es capaz de hacer llover, puede humedecer con un camión de riego el material que va a mover. Si las condiciones de drenaje natural no son satisfactorias, puede abrir zanjas con este propósito. La retención de humedad afecta el peso y el rendimiento en las operaciones de excavación y carga.

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Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

Son tres las características que un ingeniero debe conocer con respecto al material que debe excavar y mover: DENSIDAD, EXPANSION Y COMPRESIBILIDAD.

Densidad LA DENSIDAD del material que va a moverse corresponde al peso por metro cúbico del material que hay que transportar. Conocido este valor es posible evaluar el rendimiento de un equipo determinado.

δ:

Densidad de un material = Peso / Metro Cúbico

V g., la capacidad de transporte de un camión colmado es de 28.600 Kg. (63.000 lb.) por carga, valor que por si sólo no dice nada acerca del espacio volumétrico que realmente puede transportar el vehículo. El fabricante del camión entonces debe indicar que para ese peso se debe considerar una determinada densidad del material o metros cúbicos máximos. Si se trata, por ejemplo, de escoria, una materia liviana, se alcanzará la capacidad de volumen del camión mucho antes que su límite de peso. Por el contrario, si el material es grava húmeda, un material muy pesado, se sobrepasará la capacidad de peso antes que el límite relativo al volumen. La densidad del material afecta también la forma de trabajo de los diferentes equipos que trabajan en el movimiento de materiales, así: la manera de cargar de un cargador, el trabajo del arrastre de un tractor o la operación de mantención de caminos de una motoniveladora son afectados por la densidad de los materiales intervenidos.

Siempre que se muevan materiales, su densidad será uno de los factores primordiales en la ejecución del trabajo.

La densidad afecta incluso la eficiencia en los VIRAJES, MANIOBRAS y ACARREO de las máquinas, notándose finalmente en los RENDIMIENTOS de las mismas y en la PRODUCTIVIDAD. En general, mientras mayor sea la densidad de un material, mayor será la potencia requerida para moverlo.

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Pág. 6

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Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

EXPANSION Y FACTOR DE CONVERSIÓN VOLUMETRICA

EXPANSION: es el aumento de volumen que se produce en un material al excavarlo. Se expresa mediante un determinado porcentaje de aumento de volumen. Por ejemplo, la expansión de la arcilla seca es de 40 %, o sea que un metro cúbico de arcilla en el banco (en su estado natural ó in situ) ocupará un espacio de 1,40 m3 una vez que el material se halla suelto. Cuando se excava un material, normalmente se fractura en partículas menores que no pueden volver a ajustarse entre si, tanto como en su estado natural. Esto da lugar a la existencia de “huecos” en el material, provocando un aumento de su volumen llamado “ESPONJAMIENTO”.

suelto

In situ

1,4 m3

1 m3

1 m3

1m

1m

1m

1m

Key words: Densidad Peso Metros Cúbicos Material en el Banco ó in situ Material Suelto ó Esponjado

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Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

FACTOR DE CONVERSION VOLUMÉTRICA: los movimientos de tierra y roca se calculan usualmente en metros cúbicos en el banco (en su estado natural (in situ) o “en el banco”), sin embargo se requiere contar con un método para determinar la relación existente entre la densidad de un material suelto y en el banco. Dicha operación se efectúa mediante el FACTOR DE CONVERSION VOLUMETRICA, FCV, el cual expresa el porcentaje de la densidad de un material suelto, con respecto a la densidad que tendría en el banco. Un ingeniero puede determinar entonces los m3 en el banco si sabe la cantidad de m3 sueltos, con sólo multiplicar éstos por el factor de conversión: m3 sueltos x factor de conversión volumétrica = m3 en banco

El factor de conversión volumétrica y la expansión se determinan en la forma siguiente:

Factor de Conversión

Porcentaje de Expansión

=

=

Kg. por m3 de material suelto Kg. por m3 de material en banco

1 Factor de Conversión

- 1

x 100

La tabla de la página siguiente es una lista parcial de las cifras aproximadas de densidad, expansión y factor de conversión volumétrica de los materiales más comunes.

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Curso Carguío y Transporte

Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

CARACTERISTICAS APROXIMADAS DE ALGUNOS MATERIALES Factor Volumétrico de conversión

kg por m3 de material suelto

kg por m3 en banco

Porcentaje de expansión

Arcilla en el banco

1750

40

0,72

1260

Arcilla y grava secas Arcilla y grava mojadas

1270 1380

40 40

0,72 0,72

915 1000

Carbón en la veta antracita bituminoso

1600 1280

35 35

0,74 0,74

1190 950

Tierra común y marga Secas Mojadas

1550 2000

25 25

0,80 0,80

1250 1600

Grava de 6 a 51 mm seca mojada

1680 2250

12 12

0,89 0,89

1680 2000

Yeso

2800

74

0,57

1600

Mineral de hierro magnetita pirita hematita

3280 3040 2900

33 33 33

0,75 0,75 0,75

2780 2580 2465

Piedra caliza

2600

67

0,60

1550

1600 2070

12 12

0,89 0,89

1440 1860

2520

54

0,65

1500

45

0,69

575

65

0,61

1750

Material

Arena seca, suelta húmeda, compacta Arenisca dinamitada Ceniza Roca fragmentada

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2620

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Curso Carguío y Transporte

Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

Observación: La densidad y el factor de conversión volumétrica de un material varían, entre otros, según los siguientes factores: tamaño de sus partículas componentes, contenido de humedad, grado de compacidad, etc.

Para saber exactamente las características de un material, sería necesario determinarlas prácticamente, con pruebas o test de terreno o en el laboratorio.

COMPRESIBILIDAD ¿Ha observado usted a un jardinero rellenando un hueco en la tierra? ¿Por qué interrumpe su labor, de vez en cuando, y apisona el material? Porque sabe que la tierra que sacó no cave en el hueco excavado por eso la apisona hasta dejarla al ras con el terreno original. En los trabajos de movimiento de tierra, la operación de compresión es necesaria por la misma razón. La tierra suelta puede comprimirse valiéndose de varios medios mecánicos. Es común el uso de rodillos, pisones, pulverizadores y agua. Lo usual, en este tipo de trabajo, es que la tierra se apisone a mayor densidad de la que generalmente tiene en su estado natural. La Ilustración en esta página representa las tres fases típicas de ese trabajo.

m3 en banco

1 m3 - 1000 kg

m3 sueltos

m3 compactados

(30 % de expansión)

(25 % de reducción)

1,3 m3 - 1000 kg

0,75 m3 - 1000 kg

Debe aclararse que la disminución de volumen referente al material compactado - en el ejemplo anterior - es en relación con la densidad que tenía en el terreno (banco), y no respecto a la densidad cuando estaba suelto. Key words: FCV, Compresibilidad.

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Curso Carguío y Transporte

Capítulo 2 - Movimiento de Materiales

POTENCIA NECESARIA EN LAS MAQUINARIAS POTENCIA es energía en acción, o la capacidad de ejecutar trabajar a una velocidad determinada. SE REQUIERE POTENCIA para empujar o llevar una carga.

POTENCIA NECESARIA se relaciona directamente con el trabajo que se va a efectuar: cargar bolones, empujar material con una tractor, etc. POTENCIA DISPONIBLE es la suministrada por la máquina para ejecutar cierta cantidad de trabajo. POTENCIA UTILIZABLE es la potencia disponible, considerando las restricciones impuestas por las condiciones del trabajo.

Es frecuente escuchar: ¡Una máquina puede hacer el trabajo, o no hacerlo, independiente de su potencia! Ese raciocinio no permite decidir si es conveniente usar una máquina en un trabajo determinado, ni estimar los costos asociados al mismo. El estudio de las diferentes clases de potencia y los factores que afectan a cada una de ellas, nos da a conocer las razones de que una máquina pueda hacer un trabajo o no lo pueda hacer. También determina la VELOCIDAD en que puede viajar una máquina en ciertas condiciones de trabajo, y permite calcular las velocidades de viaje en proyectos en que no es factible obtener datos mediante comprobaciones en el terreno.

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

1.

RESISTENCIA AL RODADO: es la fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas. El vehículo no se moverá mientras no se venza esta fuerza. Esta resistencia se mide en kilogramos y la fuerza necesaria para vencerla se expresa en kilogramos de tracción.

2.

RESISTENCIA EN LAS PENDIENTES: Debida a la fuerza de gravedad que actúa sobre el vehículo, la inclinación del terreno ofrece resistencia al MOVIMIENTO DE LA MAQUINA EN EL ASCENSO. Esta resistencia se mide también en kilogramos. Al descender una pendiente, la fuerza de gravedad es favorable, y se denomina AYUDA EN PENDIENTES.

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RESISTENCIA AL RODADO (RR)

Muchos factores determinan la resistencia al rodado. Los más importantes son los siguientes:

fricción interna

flexión de los neumáticos

penetración en el suelo

peso sobre las ruedas

Ejercen también considerable efecto la presión y diseño de los neumáticos. Sin embargo, en una máquina bien cuidada estos factores tienen poca influencia y sus efectos pueden considerarse como una constante, junto con la fricción interna y la flexión de los neumáticos. Mediante pruebas y ensayos, se ha formulado una regla empírica para calcular el efecto de estas constantes (fricción interna, flexión de los neumáticos, etc. ). Este efecto, expresado en kilogramos de fuerza de tracción, constituye aproximadamente el 2% del peso bruto del vehículo. Esto significa que se requieren 20 kg de empuje o tiro para mover cada tonelada de peso sobre las ruedas. Este valor es el "factor" de resistencia al rodado en un vehículo con ruedas que marcha por un camino duro, parejo y a nivel, tal como una carretera de hormigón. Para cálculos más complejos, la RR de los vehículos con ruedas se expresa como: Resistencia al rodado (RR)

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=

Peso sobre las ruedas (toneladas métricas)

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x

Factor RR (kg por tonelada)

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Pero, ¿qué pasa si es una carretera fangosa o de tierra blanda y con surcos? ¿No es lógico que se requieran más de 20 kg/ton? Los factores más importantes que deben considerarse entonces son la naturaleza y condiciones de la superficie sobre la cual se mueven las ruedas. Dado que las condiciones del terreno pueden variar infinitamente, existe un numero infinito de posibles factores de resistencia. No obstante, en la práctica sólo se consideran cinco factores principales para calcular trabajos. Se pueden determinar factores intermedios mediante interpolación y cierta experiencia. Para efecto de cálculo, se desarrolló la siguiente tabla con factores de RR para diferentes condiciones.

FACTORES TIPICOS DE RESISTENCIA AL RODADO Tipo de Camino

Sist. Métrico

Duro y parejo (pavimento de hormigón o bituminoso que no cede bajo el peso).

20

Firme (grava) algo ondulado que cede un poco bajo la carga.

32,5 kg/ton

Nieve compacta. Nieve suelta.

Sist. Ingles

kg/ton

40 lb/ton

65 lb/ton

25 Kg/ton 45 Kg/ton

De arcilla dura con surcos, que cede bastante bajo el peso. Se repara muy poco, y no se riega. La penetración aproximada de los neumáticos es de 2 a 3 cm (1 pulg - o más). De tierra sin estabilizar, surcado y que cede mucho bajo el peso; los neumáticos se hunden de 10 a 15 cm (4" a 6"). Tierra blanda, fangosa y con surcos, o arena

50 lb/ton 90 lb/ton

50 kg/ton

100 lb/ton

75

150 lb/ton

kg/ton

100 a 200 kq/ton

200 a 400 lb/ton

Con la información obtenida en la tabla anterior podemos determinar qué fuerza de tracción se necesita para que el automóvil marche por un camino de tierra blanda y con baches.

La RR de un móvil de ruedas varia según la condición del suelo. Los tractores de orugas no.

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RESISTENCIA EN LAS PENDIENTES (RP) Es la fuerza de gravedad que debe vencer un móvil cuando marcha cuesta arriba. Actúa sobre el peso total de cualquier vehículo, ya sea de ruedas o de orugas. En los trabajos de movimiento de tierra, las PENDIENTES (m) se miden generalmente en porcentajes de inclinación o sea la relación entre la diferencia de nivel de dos puntos dados y la distancia horizontal que los separa.

Por ejemplo, un desnivel de 5 metros en una distancia horizontal de 100 metros, constituiría una pendiente del 5%.

M = 5%

5 m (dist vertical) 100 m (dist. horizontal)

m = dv dh

Cuando la inclinación es cuesta arriba, en relación con la marcha del vehículo, sé denomina adversa y se requiere mayor potencia. En este caso la RP es un factor negativo. Cuando es cuesta abajo, constituye un elemento favorable de varios kilogramos adicionales en la propulsión del vehículo. Este factor positivo se denomina usualmente factor de ayuda (AP) en las pendientes. Sin embargo, ya se trate de una cuesta ascendente o descendente, o de un terreno a nivel, siempre se halla presente la resistencia al rodado, debe calcularse también y agregarse al resultado final. Cuando se marcha cuesta arriba, un vehículo debe vencer la RR, más la RP. Cuando se marcha en terreno plano, un vehículo sólo debe vencer la RR. Al marchar cuesta abajo, un vehículo debe vencer la RR menos el factor de ayuda en las pendientes (AP). Cuesta arriba --------------------

Resistencia Total = RR + RP

Terreno plano -------------------

Resistencia Total = RR

Cuesta abajo --------------------

Resistencia Total = RR - AP

Tanto la resistencia como la ayuda en las pendientes se calculan en la misma forma. Una regla empírica, basada en la experiencia, determina que por cada 1% de desnivel, se produce una fuerza adversa o favorable de 10 kilogramos por tonelada de peso del vehículo. Esto es adicional a la resistencia al rodado, y puede expresarse en la siguiente fórmula: RP (o bien AP) = (Peso Total + Peso de Carga) x (10 kg por ton)x (% de Inclinación)

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Conversión de pendientes, taludes e inclinaciones

Viaje cuesta arriba, la pendiente sé denomina adversa y se requiere mayor potencia. ...la RP es un factor negativo. Viaje cuesta abajo, factor favorable de varios kilogramos adicionales en la propulsión del vehículo. Este factor positivo se denomina factor de ayuda (AP) en las pendientes. Obs.: siempre se halla presente la resistencia al rodado, debe calcularse también y agregarse al resultado final.

Cuesta arriba, un vehículo debe vencer la RR, más la RP. En terreno plano, un vehículo sólo debe vencer la RR. Cuesta abajo, un vehículo debe vencer la RR menos el factor de ayuda en las pendientes (AP).

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¿QUÉ FACTORES DETERMINAN LA POTENCIA DISPONIBLE? 1. LA POTENCIA es el factor primordial que determina la capacidad de trabajo de una máquina de remoción de tierra. Como quiera que la potencia es una relación de trabajo y tiempo, no sólo se debe tomar en cuenta la fuerza de una máquina, sino también la velocidad con que se mueve y efectúa una operación determinada. 2. COMO LAS CONDICIONES varían hasta en el curso de una misma aplicación, es necesario alterar frecuentemente la relación de trabajo y tiempo. La caja de engranajes de cambios (manual o computarizada), suministra diversas combinaciones de velocidad y tracción. Estas combinaciones o relaciones abarcan desde la de mínima velocidad y máxima tracción, hasta la de máxima velocidad y mínima tracción. Los datos correspondientes a cada máquina, tanto de carriles como de ruedas, se muestran en las hojas de especificaciones del fabricante. Por ejemplo:

TRACTOR DE ORUGAS

TRACTORES DE RUEDAS

Fuerza en la Barra de Tiro, en Kg. Velocidad

Km / h

Nominal

Máxima

1ra.

2,4

20.000

23.700

Fuerza en las Ruedas, en Kg. Velocidad 5 ta.

Km / h

Nominal

Máxima

36,4

1.980

2.520

¿Cuál es la diferencia entre "fuerza en la barra de tiro" y "fuerza en las ruedas propulsadas”? La diferencia es sólo convencional, pues ambos valores se miden en kilogramos de tracción. En los tractores de carriles, la fuerza se mide en la barra de tiro lo cual es fácil de determinar. En tractores de ruedas, se mide en las ruedas propulsadas, o sea, la fuerza neta que ejercen los neumáticos en el suelo a fin de impulsar el vehículo hacia delante, y es más difícil evaluarla. ¿En qué se diferencian la fuerza nominal y la fuerza máxima? La "fuerza nominal" es la tracción que ejerce el tractor cuando el motor desarrolla su potencia plena nominal (que se mide en HP), a la velocidad (RPM) especificada. La velocidad de viaje del tractor (que se muestra en la hoja de especificaciones) depende de dicha tracción nominal en kilogramos. La tracción máxima es el resultado del aumento del par motor bajo la carga, pero se obtiene a expensas de la disminución de la velocidad de marcha.

¿A que velocidad puede transportar una maquina su carga?

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POTENCIA UTILIZABLE Factores que reducen la potencia disponible: 1.

TRACCIÓN EFECTIVA O AGARRE: Es la capacidad que tienen las ruedas u orugas de aferrarse a la superficie del suelo. Constituye siempre un factor que limita la potencia.

Cuando los carriles o ruedas giran en falso, significa que las condiciones de agarre son malas. En este caso, se debe: a. AUMENTAR EL PESO b. MEJORAR LAS CONDICIONES DEL SUELO Uno de los factores más importantes que determinan la fuerza de tracción es el peso de la máquina mismo. Ningún tractor es capaz de ejercer una fuerza de tracción superior a su peso. En general, lo que determina la fuerza de tracción es el peso sobre las ruedas propulsadas. Por ejemplo, si en un automóvil corriente las ruedas propulsadas soportan el 40 % del peso, sólo puede ejercer una fuerza de tracción máxima equivalente al 40 % de su peso. ¡Pero!

2.

Las condiciones del suelo disminuyen en diversos grados dicho valor.

ALTITUD: Al aumentar, disminuye la presión atmosférica y baja la potencia de todo motor de aspiración natural. Como es natural, se reduce la fuerza de tracción del vehículo.

Los efectos de la ALTITUD Al aumentar la altitud de los trabajos de movimiento de tierra, disminuye la presión atmosférica y baja la potencia de un motor. Esto constituye una reducción proporcional en cada una de las velocidades de movimiento del móvil. Caso de MOTORES DE ASPIRACION NATURAL Cuando se trata de motores sin turbo alimentación, y no hay disponible información específica, se considera una pérdida del 1% cada 100 m a partir de los 1000 m de altitud.

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Los kilogramos de tracción requeridos no varían con la altitud. Lo que disminuye, a medida que aumenta la altitud, es la fuerza de tracción disponible.

MOTORES TURBOALIMENTADOS Los motores turboalimentados mantienen toda su potencia a mayor altitud que los motores de aspiración natural. Key words: Potencia, RR, RP

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TIEMPO O DURACION DEL CICLO

¿CUANTO TIEMPO se requiere para hacer un trabajo? ¿CUANTOS MINUTOS invierte una máquina en hacer un VIAJE de IDA y VUELTA?

EL TIEMPO necesario, para el viaje de ida y vuelta, de una máquina de transporte de carga se denomina TIEMPO DE CICLO.

En cualquier trabajo de remoción de tierra, las máquinas se adaptan a un ciclo de trabajo determinado. En este ciclo están incluidas las operaciones de carga, acarreo, descarga y retorno al lugar original, con algunas variaciones en ciertos casos. El tiempo de ciclo es el que invierte una máquina para llevar a cabo todas estas operaciones. Las operaciones de carga, acarreo, descarga y retorno corresponde al ciclo de camión.

MANIOBRAS DESCARGA

VIAJE CARGADO

ESPERAS

CARGA

DESCARGA

MANIOBRAS CARGUIO

VIAJE VACIO

¿Cuál es el tiempo de ciclo de un cargador?

Una vez que se planea una obra de remoción de tierra, y se inicia el trabajo, es relativamente simple determinar el tiempo de ciclo para cualquiera de las unidades con sólo medir varias veces el tiempo invertido por la máquina en un ciclo completo y luego obtener el término medio.

¿Qué método puede usarse si no se ha comenzado el trabajo? Es posible también que sus cálculos demuestren la necesidad de obtener más máquinas para ejecutar el trabajo. Conociendo la capacidad de una máquina, los requerimientos de potencia y las limitaciones que hay en una obra, el ingeniero puede determinar, con bastante exactitud, el tiempo de ciclo de la máquina. Con esta información le será posible calcular el rendimiento.

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La razón más importante para calcular el tiempo de ciclo es: ¡reducirlo!, La reducción del tiempo se obtiene por medio de mejor planeamiento u organización del trabajo. No se debe olvidar que el "Tiempo es Oro", pues las horas que se economizan en un trabajo de remoción de tierra aumentan las ganancias netas. EL TIEMPO DE CICLO consiste de dos partes que se denominan TIEMPO FIJO TIEMPO VARIABLE

Tiempo Fijo es el que invierte una máquina, durante el ciclo, en todo aquello que no sea acarreo y retorno. Incluye el tiempo para cargar, descargar y maniobrar en el curso del trabajo. Todos estos tiempos son más o menos constantes, sea cual sea la distancia a que se lleve o acarree el material. El tiempo fijo se puede comprobar con papel, lápiz y un cronómetro, registrando el tiempo de los diversos eventos

Tiempo Variable es el que se necesita para el acarreo o, en otras palabras, el tiempo invertido en el camino acarreando el material y regresando vacío, y varía con la distancia hasta la zona de vaciado y la velocidad de los camiones.

El tiempo total de un ciclo determina el número de viajes por hora, y es evidente que el ingeniero desea obtener el mayor número posible de viajes por hora. Esto significa que debe reducir y mantener al mínimo el tiempo del ciclo. Existen ciertas normas para conseguir la disminución del tiempo en los ciclos. Estas normas son de sentido común. Consultas

¿COMO REDUCIR EL TIEMPO FIJO?

¿COMO REDUCIR EL TIEMPO VARIABLE?

Key words: Tiempo de ciclo, tiempo fijo, tiempo variable

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PRODUCCION El número de VIAJES por HORA y de METROS CUBICOS por VIAJE determinan la producción de un equipo de remoción de tierra.

OBJETIVO DE LA PRODUCCIÓN: mover grandes cantidades de material al COSTO MAS BAJO POSIBLE.

Dado que LOS HOMBRES Y LAS MAQUINAS no trabajan 60 minutos en cada hora, se debe aplicarse un COEFICIENTE DE EFICIENCIA en los cálculos de producción.

Una vez que se establezca la duración del ciclo, calculando el tiempo fijo y el tiempo variable, se puede determinar el número de viajes por hora:

Ciclos por hora =

60 minutos Tiempo de ciclo en minutos

Conociendo el número de ciclos por hora, se puede calcular la producción por hora.

Producción por hora = (Metros cúbicos (en banco) / ciclo) x Número de ciclos / hora (m3 en banco)

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Sin embargo, la realidad en las empresas (no tan sólo las de movimiento de materiales) es otra, esto por la sencilla razón de que nadie trabaja 6O minutos en cada hora. Existen varios factores que afectan el tiempo de trabajo de una máquina (y los hombres). Por lo tanto, se debe reconocer que las fórmulas de cálculo anteriores logran cifras que expresan resultados de carácter teórico. Al estimar la producción, el factor de eficiencia en el trabajo es uno de los elementos más complicados, pues depende de factores humanos -- de parte de la administración y de los operadores -- tales como la experiencia, la dedicación y la habilidad. Hay también otras causas, entre las cuales se puede mencionar el tiempo atmosférico, las fallas de las máquinas, el grado de disponibilidad de repuestos y la atención técnica. Existen algunas "Reglas Empíricas" para calcular la eficiencia del trabajo cuando las condiciones son normales. Los tractores de orugas, por ejemplo, generalmente trabajan 50 minutos de cada hora, y las máquinas de neumáticos únicamente 45 minutos de cada hora. Se puede determinar entonces la producción utilizando un Factor de Eficiencia.

Horas Efectivas de Trabajo

Factor de Eficiencia

50 min. / hora

0,83

45 min. /hora

0,75

40 min. / hora

0,67

De tal forma, se puede encontrar un resultado más preciso con la siguiente expresión: Producción Estimada (m3/hr) = Producción (m3/ hr de 60 min) x Factor de Eficiencia.

Administración Tiempo atmosférico Ambiente Política Fallas en máquina Disponibilidad de repuestos Servicio técnico Sismología

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depende de factores humanos y de los operadores experiencia, la dedicación y la habilidad. Lluvias, nieve, sequías, Regulaciones, verdes Estabilidad Calidad, mal uso, capacitación Seriedad empresas Profesionalismo, calidad

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"Reglas Empíricas" para calcular la eficiencia del trabajo en condiciones normales. Tractores de orugas generalmente trabajan 50 minutos/hora. Máquinas de neumáticos trabajan 45 minutos/hora. Producción utilizando un Factor de Eficiencia.

Horas Efectivas de Trabajo

Factor de Eficiencia

50 min. / hora

0,83

45 min. /hora

0,75

40 min. / hora

0,67

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DPTO. INGENIERÍA DE MINAS FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE LA SERENA

Curso: CARGUIO Y TRANSPORTE Capítulo 3 INDICES OPERACIONALES EN LA INDUSTRIA

Alejandro Cruzat G. Ingeniero Civil de Minas Profesor Asignatura “Carguío y Transporte” Departamento Ingeniería de Minas Universidad de La Serena

AGOSTO 2009

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Capítulo 3 - IOPS

Observación: El texto contiene una gran variedad de fotografías y/o imágenes relativas al tema principal y que fueron obtenidas de diferentes fuentes: Revistas de Minería (nacionales e internacionales), empresas en Internet y colaboraciones de estudiantes de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. Se deja constancia que su utilización en este trabajo sólo persigue fines didácticos.

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Capítulo 3 - IOPS

3. LA INFORMACIÓN EN UNA EMPRESA DE MOVIMIENTO DE MATERIALES.

3.1 INTRODUCCIÓN

La etapa más relevantes en un proyecto de carguío y transporte es la adecuada selección de los equipos involucrados en el proceso productivo, tales como palas, cargadores, camiones, tractores, etc. De tal forma, el dimensionamiento de los equipos puede significar un gran tiempo (años incluso) de análisis de información, tanto tecnológica como práctica, en la cual participan expertos en todo tipo de disciplinas: mineros, mecánicos, eléctricos, electrónicos, etc., permitiendo así determinar las mejores alternativas, cautelando el interés económico en la etapa más delicada de un proyecto de movimiento de materiales, como es a los inicios del mismo.

La información tecnológica de equipos y maquinarias mineras disponibles en el mercado proviene de: -

Fábricas.

-

Distribuidores.

-

Propias experiencias.

-

Internet.

La información práctica la obtendremos de:

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-

Experiencia de la industria en general.

-

Estadísticas propias o de otras faenas similares.

-

Otros estudios de selección de flotas.

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3.2 ¿QUÉ INFORMACIÓN BÁSICA SE DEBE CONOCER EN LA SELECCIÓN DE EQUIPOS DE MOVIMIENTOS DE MATERIALES? • Envergadura del trabajo (años de vida, etc.). • Programa de producción (movimiento de materiales). • Parámetros de diseño (perfiles de transporte, altura de bancos de extracción, pendiente de los caminos, etc.). • Tecnología disponible (equipos y maquinarias). • Factores operacionales (días de trabajo, días feriados, sistemas de turnos, etc.). • Rendimiento de equipos y costos estimados.

¿Cómo manejar toda esta información?

¿Cuál es el valor de la información?

La información es siempre un mensaje acerca del estado de un objeto. El lenguaje que utiliza la información para dar cuenta del objeto son los datos. Los datos no tienen sentido por si mismos, sino en función de una estructura (cualitativa o cuantitativa) que los procesa.

EL DATO “ORGANIZADO” ES INFORMACIÓN.

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EMPRESA DE MOV. DE MATERIALES Funcionamiento

Permanencia

Desarrollo

INFORMACIÓN

FLUJO DE LA INFORMACIÓN EN LA EMPRESA DIRECTORIO EMPRESA GERENCIA GENERAL GERENCIA DE OPERACIONES

SUPERINTENDENCIAS

DEPARTAMENTOS SECCIONES

OPERADORES

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Información CICLO DE LA INFORMACIÓN

Decisión Acción

3.3 IMPORTANCIA DE LA INFORMACIÓN.

Generación masiva de datos

SISTEMA carguío y transporte

En todo instante De toda naturaleza

Toda combinación de personas, máquinas y procedimientos de trabajo genera información que es necesario procesarla y comunicarla a los diversos usuarios, dentro y fuera de la organización.

Def.: Información:

“Aquello que es comunicado para producir conocimiento”.

Def.: Comunicación: “Proceso mediante el cual un receptor obtiene o recibe un mensaje”. “Proceso mediante el cual un elemento (Sistema o Subsistema) recibe u obtiene un mensaje emanado de otro elemento (Sist. o Subsistema).

Def.: Mensaje:

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“Representación simbólica de la información en un medio capaz de transmitirla”.

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Modelo básico en la comunicación de la información

FUENTE

DESTINO

EMISION DE INFORMACION

RECEPCION DE INFORMACION RUIDO

Toda la información generada dentro de una empresa debería (puede) ser:

DETECTADA

CONTROLADA

PROCESADA

CICLO DE VIDA DE LA INFORMACION

ORIGEN (Generación)

DETECCION (Registro)

TRANSFORMACION (Proceso)

COMUNICACIÓN

USO (Destino)

DECESO

¿Cuándo muere realmente la información? Bibliografía recomendada: Orwell 1984. Película recomendada: Matrix

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“Descubrir el conocimiento en una base de datos”

Interpretación y Análisis

Procesamiento

CONOCIMIENTO

Interpretación y Evaluación

Transformación Limpieza

Datos transformados Selección Datos preprocesados

Datos objetivo

Base de datos

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3.4 LA INFORMACIÓN EN LA INDUSTRIA.

Dato 1 Dato 2 . . . Dato n

INFORMACION

INDICADORES O INDICES

La construcción y cálculo de Indicadores ó Índices tiene por objetivo determinar relaciones entre dos hechos (actividades) significativas ocurridas en la industria en general, en un periodo de tiempo fijo y preestablecido.

Los indicadores permiten -

Descubrir situaciones anómalas en cualquier tipo de organización Compararse o comparar actividades entre pares Validar proyectos de ingeniería Principal herramienta del INGENIERO CIVIL

Indicadores comunes: PRODUCCION, PRODUCTIVIDAD, EFICIENCIA, EFICACIA, …

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La industria extractiva ha clasificado la información proveniente de sus operaciones en cuatro grandes grupos de índices:

a)

Índices Mecánicos: Buscan el "máximo aprovechamiento de las instalaciones y/o equipos de producción". P. e.: Disponibilidad Física, Utilización, etc.

b)

Índices de Insumos: Indican las cantidades de elementos consumidos para lograr una unidad de producto comercial. P. e.: Kg – mat. prima / tonelada, ton - Km / lt petróleo.

c)

Índices Mineros: Relacionan la materia prima mineral y sus leyes al fluir por las distintas etapas del proceso de extracción y beneficio. P. e.: la razón estéril / mineral.

d)

Índices de Resultados: Indican resultados para un período reportado. P. e.: ton Cu fino / mes, unidades producidas / año.

¿Utilidad de los índices?

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•

Medir

•

Controlar

•

Registrar

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3.5 CONSIDERACIONES SOBRE LOS ÍNDICES MECÁNICOS. Objetivo general: OPTIMIZAR: -

Selección

-

Uso, funcionamiento y operación.

-

Mantención electromecánica.

-

Reemplazo oportuno y adecuado.

⎬

Equipos e Instalaciones

La optimización debe entenderse como:

Máxima disponibilidad

Mínimo costo de:

operativa

inversión, operación y

Máximo rendimiento

mantención.

Importancia de la exactitud de la información:

EQUIPO

Ó

FLOTA

⎬

-

Apoya la mejor adquisición de equipos nuevos

-

Eficiente Operación de los equipos

-

Adecuada Mantención (Preventiva y Correctiva)

-

Oportuna declaración de obsolescencia

IOPS

GENERAN INFORMACIÓN

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PROCESAMIENTO DE DATOS

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-

DF U REND.

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¿Existen problemas en la generación de la información base en la industria?

-

Operadores

-

Carácter

-

Políticas de importación

-

Convenios comerciales

-

$

Consultas: -

Desde su perspectiva, ¿Cómo es el desarrollo de la información en una empresa por Ud. conocida?

-

¿Percibe en su entorno la utilidad de la información que Ud. genera a diario?

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3.6 EL TIEMPO EN UNA FAENA.

En una industria en general y/o una faena extractiva en particular se consideran los siguientes tiempos: Tiempo Cronológico o Calendario (TCR): Son las horas correspondientes al tiempo calendario natural (días, meses, años, etc.), programado o real. Este a su ves se puede dividir en: -

Tiempo Hábil. Tiempo Inhábil.

Tiempo Hábil u Horas Hábiles (HH): Son las horas en que la faena está en actividad productiva elementos de producción y/o infraestructura.

y/o en tareas de mantención de sus

Un equipo o instalación puede estar en: -

Operación. Reserva. Mantención.

Tiempo Inhábil u Horas Inhábiles (HIN): Son las horas en que la faena suspende sus actividades productivas y/o mantención de sus elementos y/o infraestructura por: - Paralizaciones programadas: domingos, festivos, vacaciones colectivas, colaciones etc. - Imprevistos: paralizaciones originadas y obligadas por: Causas naturales como lluvias, temblores, nieve, etc., Otras ajenas a control: falta de energía eléctrica (comprada), atrasos en la llegada del transporte de personal, ausentismo colectivo por epidemias.

Obs.: Si un equipo es operado, reparado o sometido a mantención en tiempo inhábil, esas hrs. se consideran como hábiles y se clasifican de acuerdo a su condición.

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El tiempo hábil, se subdivide en: a) Tiempo de Operación u Horas de Operación (HOP): Son las horas en que la unidad o instalación se encuentra entregada a su(s) operador(es), en condiciones electromecánicas de cumplir su objetivo o función de diseño y con una tarea o cometido asignado. Este tiempo se divide en: -

Tiempo Efectivo. Tiempo de Pérdida Operacional.

a.1) Tiempo Efectivo u Horas Efectivas (HEF): Son las horas en que la unidad de equipo o instalación está funcionando y cumpliendo su objetivo de diseño.

a.2) Tiempo de Pérdida Operacional u Horas de Pérdidas (HPE): Son las horas en que la unidad de equipo o instalación, estando en condiciones electromecánicas de cumplir su objetivo de diseño, a cargo de su(s) operador(es) y con tarea o cometido asignado, no puede realizarla por motivos ajenos a su funcionamiento intrínseco, como son: traslados, esperas de equipo complementario y en general por razones originadas en la coordinación de las operaciones.

b) Tiempo de Reserva u Horas de Reserva (HRE): Son las horas hábiles en que la unidad de equipo o instalación, estando en condiciones electromecánicas de cumplir su función u objetivo de diseño, no lo realiza por motivos originados en una o más de las siguientes razones: - Falta de operador (si es en la hora de colación se toma como tiempo inhábil, si el equipo sigue funcionando y hay cambio de operador se considera tiempo de operación). - Falta de capacidad (prevista) de equipo complementario o accesorio. - No requerirlo el programa o plan de trabajo. - No permitirlo (previsto) el área donde debería cumplir su función.

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c) Tiempo de Mantenimiento u Horas de Mantención (HMT): Son las horas hábiles comprendidas desde el momento que la unidad de equipo o instalación no es operable en su función objetiva o de diseño por defecto o falla en sus sistemas electro-mecánicos o por haber sido entregada a reparación y/o mantención, hasta que ha terminado dicha mantención y/o reparación y el equipo está en su área de trabajo o estacionamiento en condiciones físicas de operación normal. Este tiempo se divide en: -

Hrs. de Reparación Hrs. de Mantención Programada

En el tiempo de mantención se consideran: -

Esperas de personal y/o equipos de apoyo y/o repuestos. Traslados hacia y desde talleres o estación de mantención o reparación. Tiempo real de mantención y/o reparación. Movimientos y/o esperas de estos en lugares de reparación y/o mantención.

Resumen: TIEMPO CRONOLÓGICO (TCR) TIEMPO HÁBIL (HH) horas operacionales

HORAS DE HORAS DE RESERVA MANTENCIÓN (HRE) (HMT)

(HOP) HORAS OPERACIONALES EFECTIVAS (HEF)

Igualdades:

TIEMPO INHÁBIL (HI)

HORAS DE PÉRDIDAS OPERACIONALES (HPO)

TCR = HH + HIN HH = HOP + HRE + HMT HOP = HEF + HPO

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Capítulo 3 - IOPS

3.7 ÍNDICES OPERACIONALES, (IOPS). Estos índices permiten llevar un control en el transcurso de la vida de cualquier equipo. En el análisis de estos índices, siempre se deben considerar como un conjunto y no por separado, esto permitirá una mayor objetividad en las conclusiones de una situación en particular. Por otra parte, los resultados de su aplicación son valederos si y solo si la información de entrada o base es fidedigna. Los IOPS más utilizados son:

a) Disponibilidad Física, DF: Es la fracción del total de horas hábiles, expresada en porcentaje (%), en la cual el equipo está en condiciones físicas de cumplir su objetivo de diseño.

DF = (HOP + HRE) x 100 % HH

La DF de un equipo es: - Directamente proporcional a la calidad del equipo y a la eficiencia de su mantención y/o reparación y manejo. - Inversamente proporcional a su antigüedad y a las condiciones adversas existentes en su calidad, operación y/o manejo.

Consultas: - ¿Conoce los índices operacionales de alguna empresa conocida? ¿Cuáles son? ¿Cómo se calculan?

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Capítulo 3 - IOPS

b) Utilización, UT: Es la fracción del tiempo, expresada en porcentaje (%), en la cual el equipo es operado por cada hora en que este está en condiciones de cumplir su objetivo de diseño o físicamente disponible (DF).

UT = (HOP x 100) / (HOP + HRE) %

La UT de un equipo es: - Directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operación de utilizar el equipo. - Inversamente proporcional a su disponibilidad física y a su rendimiento.

c) Aprovechamiento, A: Es la fracción del total de horas hábiles, expresada en porcentaje (%), en que el equipo físicamente disponible es operado en su función de diseño incluyendo sus pérdidas operacionales.

A = HOP x 100 / HH % = DF x UT / 100 %

El Aprovechamiento de un equipo es: - Directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operación de utilizar el equipo, dentro del límite impuesto por la disponibilidad física del mismo. - Inversamente proporcional al rendimiento del equipo.

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Capítulo 3 - IOPS

d) Factor Operacional, FO: Es la fracción de tiempo, expresada en porcentaje (%), en que el equipo realiza efectivamente su función de diseño por cada hora en que es operado.

FO = HEF x 100 / HOP %

El FO es inversamente proporcional al tiempo de pérdida operacional.

e) Índice de Mantenimiento, IM: Es el tiempo en horas que el equipo es operado por cada hora invertida en su mantención y/o reparación.

IM = HOP / HMT = (HEF + HPO) / HMT

El IM de un equipo es: - Proporcional a la calidad del equipo controlado y a la eficiencia de su mantención y/o reparación. - Inversamente proporcional a su antigüedad y a las condiciones adversas en su operación o manejo.

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Capítulo 3 - IOPS

f) Rendimiento, Rend: Es el promedio de unidades de producción (m, ton, etc.), realizadas por el equipo por cada unidad de tiempo de operación.

Rend = UNIDADES DE PRODUCCIÓN PROMEDIO UNIDAD DE TIEMPO DE OPERACIÓN

El Rendimiento de un equipo es: - Directamente proporcional a la velocidad de producción del equipo. - Inversamente proporcional al tiempo de pérdida operacional.

g) Rendimiento Efectivo, Rend Ef: Es el promedio de unidades de producción realizadas por el equipo en cada unidad de tiempo efectivo de operación.

Rend Ef

=

UNIDADES DE PRODUCCIÓN PROMEDIO UNIDAD DE TIEMPO EFECTIVO DE OPERACIÓN

Teóricamente este valor debería ser el de diseño (o catálogo) para el equipo, pero es alterado por las características físicas de donde se aplica su función, el medio ambiente, condiciones físicas del equipo y por las técnicas de su utilización.

Actividad - Aplique, subjetivamente, los índices a sus actividades diarias personales, o a parte de ellas, V. g.: actividades universitarias.

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Curso: CARGUIO Y TRANSPORTE Capítulo 4 EQUIPOS DE TRANSPORTE CAMIONES EN MINERIA Y OBRAS VIALES

Alejandro Cruzat G. Ingeniero Civil de Minas Profesor Asignatura “Carguío y Transporte” Departamento Ingeniería de Minas Universidad de La Serena

AGOSTO 2009

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Capítulo 4 - Equipos de Transporte

Observación: El texto contiene una gran variedad de fotografías y/o imágenes relativas al tema principal y que fueron obtenidas de diferentes fuentes: Revistas de Minería (nacionales e internacionales), empresas en Internet y colaboraciones de estudiantes de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. Se deja constancia que su utilización en este trabajo sólo persigue fines didácticos.

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Capítulo 4 - Equipos de Transporte

CICLO DEL TRANSPORTE UNIVERSAL

MANIOBRAS DESCARGA

VIAJE CARGADO

ESPERAS

CARGA

MANIOBRAS CARGUIO

-

DESCARGA

RETORNO VACIO

Camiones de carga Aviones Barcos Locomoción colectiva Espaciales Personas Etc.

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¿SIEMPRE?

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Capítulo 4 - Equipos de Transporte

CAMIONES

Introducción 1930`s : camiones de hasta 15 T.M. Escasez de recursos mundial (industrialización, guerras, etc,), incentiva la producción de minerales, obligando a la industria pesada a aumentar el tamaño de las máquinas y equipos para la minería y obras viales. Consecuencia: > rendimiento de equipos mineros y viales, camiones.

en particular, los

Por otra parte, sobreviene la disminución de recursos mundiales.

Provocando un desarrollo tecnológico que se traduce en: 

Reemplazo y/o eliminación de la transmisión mecánica.



Gigantismo de los equipos (Economía de Escala).



Mayor tamaño y duración de los neumáticos.



Menor peso de los motores y componentes.



Mayor eficiencia de los motores Diesel en el consumo de combustible.



Invención del freno dinámico (Años 60´s).

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Capítulo 4 - Equipos de Transporte

Capacidad de transporte de los camiones en el tiempo:

Ton transportadas 400

Modelos Experimentales

300

200

100 1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2008 Año

Relación camión v/s otros medios de transporte: TPH 1200

Rail

1000 800

Belt. Conv.

600 400

Road

200

1

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Ropeway 2

3

4

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5

6 7 Distancia (Millas)

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6.1 Ventajas y desventajas. Ventajas: -

Flexibilidad en cuanto a distancias, 100 y 3000 m.

-

Adapta a todo tipo de materiales a transportar.

-

Facilidad para variar el ritmo de producción.

-

Infraestructura sencilla y poco costosa.

-

Posibilidad de contratación de la flota e incluso de la operación.

-

Gran variedad de modelos para toda condición de operación.

-

Fácil de supervisar y controlar.

-

Menor inversión inicial que en otros sistemas de transporte.

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Capítulo 4 - Equipos de Transporte

Inconvenientes: -

Costos de operación elevados.

-

Complicada supervisión y optimización para muchas unidades operando.

-

Menor Rendimientos en largas distancia de transporte y/o el desnivel a superar.

-

Gran cantidad de mano de obra especializada en operación y mantenimiento.

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Capítulo 4 - Equipos de Transporte

Desarrollo de las capacidades de transporte:

AÑO

CAPACIDAD (tons)

1933 1945 1950 1955 1960 1963 1965 1967 1970 1975 1977

10 15 25 35 45 65 85 100 150 200 350

6.2 Tipos de unidades Clasificación según su diseño y modo operativo: -

Camiones.

-

Camiones de descarga lateral.

-

Camiones de descarga por el fondo.

-

Unidades especiales.

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6.2 Tipos de Camiones.

6.2.1 Camiones convencionales. - Más usado en el movimiento de tierras y transporte en general. -

Sistemas principales: Tolva, Chasis, Cabina, Motor Diesel, Sist. Hidráulicos, Sist. Tracción.

Camiones mineros de dos y tres ejes Características -

Relación carga útil / peso neto: 1,45 t/t Potencia media en HP / t de capacidad: 10,5. Capacidad: 10 t hasta 370 t Dos ejes: eje delantero soporta 47% del peso neto del camión 32% del peso total cargado, eje el trasero: 53% y el 68% de los pesos respectivamente.

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6.2.2 Camiones con tractor remolque

- Baja relación potencia/peso. - Baja inversión inicial. - Menor consumo de combustible. - Son más adecuados que los camiones convencionales para transportar a largas distancias.

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6.2.3 Camiones articulados Década de los 70.

Se caracterizan por: - Movimientos de tierras y minas de materiales blandos. - Tracción en todas las ruedas. Construcción de unidades de dos y de tres ejes. - Todas las ruedas contactan sobre el terreno, - Altura de carga menor que en los camiones convencionales. - Giro de un camión articulado.

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6.2.4 Camiones de descarga lateral

6.2.5 Camiones de descarga por el fondo Características: -

Tractor de tiro. Chasis con dos o tres ejes. Relación carga útil a peso neto de aproximadamente 1,7. Potencia media en caballos por tonelada del orden de 8. Altura media de carga entre 3 y 5 m. Capacidades de transporte entre 70 y 180 t.

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6.2.6 Unidades especiales.

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6.3 Características generales y de diseño 6.3.1 Motores y transmisiones Motor diesel, generalmente, turboalimentados y con postenfriador. Transmisiones: Capacidad del camión (t) < 100 100 - 180 > 180

Tipo de transmisión Mecánico Mecánico o eléctrico Eléctrico

6.3.2 Transmisión mecánica Características principales: -

Transmisión automática De tres a seis marchas hacia adelante y una hacia atrás. Duran 5.000 a 8.000 h.

6.3.3 Transmisión eléctrica General Electric Co. (1963)

Camión con transmisión eléctrica.

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Componentes principales: - Un generador de corriente continua de hasta 1.000 HP. (12.000 – 20.000 hrs) - Alternador rectificador, Sistema de control de estado sólido. - Sistema de refrigeración para disipar el calor - Motores de corriente continua en cada rueda.

Ventajas -

Frenado dinámico. Simplificación de la operación. Mayor fiabilidad.

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6.3.4 Chasis -

El chasis es la espina dorsal del camión. Soporta esfuerzos de torsión, flexión e impactos de los numerosos ciclos de carga, acarreo y descarga.

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6.3.5 Tolva Construidas en base a vigas y planchas de acero más planchas de desgaste

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6.3.6 Suspensión a) Resortes de acero b) Suspensión de goma c) Cilindros hidroneumáticos

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6.3.7 Frenos

Tienen una única función: detener el camión totalmente al ser accionados. Los sistemas de frenado, se componen de: -

Frenos de servicio. Frenos de emergencia. Frenos de estacionamiento. Retardador. Dinámico

6.3.8 Dirección y sistemas hidráulicos 6.3.9 Ruedas 6.3.10 Cabina 6.4 Aplicaciones Factores operacionales más frecuentes en minería y obras públicas. FACTOR OPERACIONAL

OBRAS PUBLICAS

CANTERAS

MINERIA METALICA

MINERIA SEDIMENTARIA

Material

Rocas y suelos

Calizas, granitos, arenas, gravas

Mineral de hierro, conre, uranio, etc.

Carbón, fosfatos, etc.

Pendiente

0 +- 5%

6 – 10% de rajo a planta

6 – 10%

3 5% exterior mina

Resistencia a la rodadura

3 – 10%

2%

2%

3 – 4% interior mina 2% exterior

Distancia de transporte

1.5 – 8 km

0.3 – 1.8 km

1.5 – 3.6 km

5 – 8 km

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6.5 Práctica operativa. Las operaciones básicas que se realizan con los camiones son: -

Recepción de la carga sobre la tolva.

-

Transporte al punto de vertido.

-

Descarga del material.

-

Retorno al punto de carga.

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6.6 Consideraciones de selección 6.6.1 Definición de las características básicas

A. Producción requerida y datos laborables de organización:

B. Características del material a transportar

C. Condiciones ambientales

D. Pistas de transporte

E. Carga

F. Descarga

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6.7 Selección del modelo 6.7.1 Tipo de unidad 6.7.2 Capacidad de la tolva Para tener en cuenta los diferentes tipos de material a transportar los fabricantes ofrecen generalmente tres tipos de tolvas: Tipo de material

Densidad

Tipo de tolva

Carbón

0,9 t/m3

Tolva de gran volumen

Recubrimiento, caliza

1,6 -1,8 t/m3

Tolva stándar

Minerales metálicos

2,2 t/m3

Tolva de roca

6.7.3 Capacidad de carga del camión

Relaciones entre capacidades y pesos netos para diferentes tipos de camiones.

6.7.4 Potencia La potencia de accionamiento es función de la capacidad de carga y del tipo de unidad de transporte. Camiones convencionales: 10,5 HP/t. Camiones con tractor remolque y camiones con descarga por el fondo: 8 HP/t.

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6.7.5 Tipo de transmisión 6.7.6 Chasis 6.7.7 Peso y potencia Se analizarán: -

Tara.

-

Carga.

-

Relación Tara/Carga.

-

Potencia del motor.

-

Relación Potencia/Peso total.

-

Tipo de motor y fabricante.

6.7.8 Frenos 6.7.9 Cabina 6.7.10 Neumáticos -

El tipo y fabricante.

-

La carga máxima.

-

La cobertura sobre carga máxima.

-

Las dimensiones.

-

Exigencia de pistas con una mayor calidad de construcción.

-

Costes de operación altos.

-

Problemas de fabricación, transporte Y manipulación de grandes neumáticos.

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La situación actual y desarrollos futuros: -

Alimentación por trole.

-

Asignación dinámica de camiones.

-

Aplicación de programas de computación.

-

Aplicación de la microelectrónica.

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Curso: CARGUIO Y TRANSPORTE Capítulo 5 EQUIPOS DE CARGUÍO

Alejandro Cruzat G. Ingeniero Civil de Minas Profesor Asignatura “Carguío y Transporte” Departamento Ingeniería de Minas Universidad de La Serena

OCTUBRE 2006

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Capítulo 5 - Equipos de Carguío

Observación: El texto contiene una gran variedad de fotografías y/o imágenes relativas al tema principal y que fueron obtenidas de diferentes fuentes: Revistas de Minería (nacionales e internacionales), empresas en Internet y colaboraciones de estudiantes de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. Se deja constancia que su utilización en este trabajo sólo persigue fines didácticos.

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5.1 CARGADORES FRONTALES

5.1.1 INTRODUCCION El primer cargador apareció en Estados Unidos en 1939 y consistía en un tractor de ruedas con un balde en la parte delantera accionado por cables. En la década de los años cuarenta se introdujeron numerosas modificaciones: ubicación del motor en posición trasera para mejorar la tracción y estabilidad, brazos soportes del balde a ambos lados del equipo, accionamiento hidráulico del balde y tracción a las cuatro ruedas. Posteriormente, en los años cincuenta se introdujo la servotransmisión y en la década de los sesenta el diseño articulado. Estos equipos, por su gran movilidad, maniobrabilidad y versatilidad, han tenido una gran popularidad, tanto en obras públicas como en minería a cielo abierto, alcanzando la máxima penetración en la década de los setenta con la aparición de máquinas de 125 t, capaces de cargar camiones de hasta 154 t. En los años 80 se produjo una paralización en el crecimiento de los cargadores, existiendo solo nueve modelos con balde superior a 10 m3.

Esta falta de crecimiento se debió a dos causas: -

Falta de crecimiento en la capacidad de los camiones de acarreo de materiales que en esa década sólo pasaron de 154 a 200 t.

-

Fuerte penetración en el mercado de las excavadoras hidráulicas, tanto en los movimientos de tierra como en la minería a cielo abierto.

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5.1.2 VERSATILIDAD OPERACIONAL Y TIPOS DE UNIDADES Los cargadores están capacitados para efectuar las siguientes operaciones:

- Carga de camiones tolva, vagones de tren o tolvas fijas.

- Carga y transporte, reemplazando en distancias cortas el empleo de camiones tolva. * Desde el frente de trabajo hasta el punto de vaciado, Vg. chancador primario. * Desde un stock de material hasta la planta de tratamiento.

- Como máquina auxiliar: puede trabajar en limpieza de frentes o lugares de trabajo, preparación de rampas, apertura de pistas de transporte en laderas de cerros, etc.

- Como máquina de empuje, sustituyendo a los tractores sobre orugas.

Existen dos tipos de cargadores frontales, que se diferencian en el tren de rodaje: - Máquina sobre ruedas - Máquina sobre orugas.

Cargadores de orugas y ruedas.

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De acuerdo con la capacidad del balde, se establecen tres categorías de cargadores

CATEGORIA

CAPACIDAD (yd3)

CAPACIDAD (m3)

Pequeños Medianos Grandes

5

Los cargadores han seguido en su evolución al tamaño de los camiones. Mientras que las máquinas de la Categoría II se emplean fundamentalmente como unidades de carga asociadas al arranque de materiales mediante tractores y con camiones, comprendidos entre las 35 y 50 t, - que es la gama más utilizada en los movimientos de tierra de obras públicas - los equipos de la categoría III, que pueden llegar a tener baldes de hasta 25 m3, se utilizan sólo en los grandes proyectos y, fundamentalmente, en la minería a cielo abierto, ya que pueden cargar camiones con capacidades superiores a 85 t.

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5.1.3 CARACTERISTICAS GENERALES Y DE DISEÑO Las principales características de los cargadores son: -

Gran movilidad, alcanza hasta los 45 km / h permitiendo el transporte a cortas distancias.

- Altura de descarga, comprendida entre 3 y 7 m o más. - Diseño compacto, relación media Peso en Servicio / Tamaño del balde de 7,5 t/m3.

CAPACIDAD NOMINAL DEL BALDE (m3)

RELACION: CAPACIDAD DE LOS BALDES Y PESO EN SERVICIO DEL CARGADOR.

-

Relación favorable de Potencia instalada / Capacidad del Balde, alcanzándose un valor medio de 62 HP / m3.

CAPACIDAD NOMINAL DEL BALDE (m3)

RELACION: CAPACIDAD DEL BALDE Y POTENCIA DEL CARGADOR.

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-

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Capacidad para remontar y trabajar en pendientes y excelente maniobrabilidad y radio de giro pequeño gracias a la articulación central.

- Gran anchura del balde que le permite manejar grandes piedras o piezas.

- Puede obtener mezclas en las frentes de carguío debido a la gran maniobrabilidad.

-

Facilidad para mantener un piso de carga más limpio, no precisándose máquinas auxiliares para estos menesteres, como en el caso de excavadoras de cables o hidráulicas.

- Adaptabilidad a diferentes métodos de carguío y transporte.

- Menor inversión de capital que en otros sistemas de carga.

- Menor peligro de envejecimiento debido a su menor vida útil (10.000 a 15.000 hrs.).

- Facilidad de reventa, alta posibilidad de arriendo y contratación.

- Mantenimiento sencillo por el sistema de intercambio de conjuntos.

- Menor necesidad de práctica y experiencia del personal que con otras unidades de carga.

CAPACIDAD NOMINAL DEL BALDE (m3)

RELACION: CAPACIDAD DEL BALDE Y FUERZA DE ARRANQUE DEL CARGADOR

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Capítulo 5 - Equipos de Carguío

Sin embargo los cargadores de ruedas presentan los siguientes inconvenientes:

- Requieren que el material, en general, a cargar sea previamente tronado.

- Para igual capacidad del balde, tienen una menor productividad que las palas de cables.

- Necesitan amplio espacio para maniobrar, ya que necesitan desplazarse durante la operación de carga.

-

La productividad se reduce con la aparición de problemas de tracción, en suelos embarrados y blandos.

-

Cuando el piso donde se está cargando es disparejo o presenta “patas”, se eleva el costo de los neumáticos.

- La menor vida de estos equipos se traduce en un mayor costo de propiedad.

- Necesitan bancos de menor altura para operar con seguridad.

- Menor DF que las cargadores de cables.

- Condiciones de trabajo para el operador más duras que en otras máquinas de carga.

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5.1.4 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN En lo relativo al diseño y construcción de los cargadores de ruedas, las partes más importantes son: - El chasis. Salvo en los equipos muy pequeños, el chasis está formado por dos semichasis unidos por una articulación doble con eje vertical:

Chasis de un cargador de ruedas articulado.

En el semichasis delantero, con una forma más o menos triangular, va anclado todo el equipo de trabajo. El semichasis trasero tiene forma de caja y debe soportar además del eje y su diferencial (al igual que el delantero), el peso del motor y de la transmisión y, generalmente, la cabina y mandos del operador. Están construidos de acero de alta resistencia, especialmente diseñados par soportar esfuerzos de carácter continuado, tanto de torsión como de flexión. Van unidos mediante dos pasadores de acero endurecido que se insertan en cojinetes de rodillos. La distribución de masas evita la necesidad de un contrapeso y mantiene bajo el centro de gravedad.

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- El motor. Los cargadores utilizan motores diesel como fuente de energía primaria, generalmente, turboalimentados y con postenfriador. El motor diesel fue patentado en 1892 por Rudolf Diesel. Su utilización en el campo de la minería a cielo abierto tuvo unos comienzos lentos y difíciles, no siendo hasta los años treinta cuando se aplicó a un camión minero. En la década de los cuarenta apareció la primera generación de cargadores frontales sobre orugas que los montaba, mientras que en los cincuenta y los sesenta supusieron la aparición respectiva en las retroexcavadoras y las frontales hidráulicas. Los motores diesel constituyen hoy día el sistema de accionamiento de la mayoría de los equipos utilizados en la minería a cielo abierto y obras viales. En ocasiones, cuando la infraestructura del área o las dimensiones y movilidad de los equipos dificultan el uso de energía eléctrica, se utiliza una combinación diesel – eléctrica, cuya fuente de accionamiento primaria es diesel. Características generales: Admisión de combustible y relación de compresión Encendido. Par motor. Rendimiento térmico. Toxicidad de los gases. Calidad de construcción. Velocidad de rotación.

- La transmisión. Los cargadores pueden utilizar dos tipos de transmisión: mecánica o eléctrica. Transmisión mecánica. Está constituida por los siguientes elementos principales: Convertidor de par: Su finalidad es disponer de un órgano que multiplique el par, disminuye el número de revoluciones y brinde un número de revoluciones de cambio. Transmite el par motor, transformándolo en fuerza hidráulica, y permite variar la velocidad de modo continuo. Se emplea acoplado a una transmisión por engranajes para diversificar los márgenes de velocidades. Caja de cambios: suele ser del tipo servotransmisión, disponiendo de varias velocidades hacia delante y hacia atrás. Árboles de transmisión: transmiten el movimiento a los dos ejes, consiguiéndose así la tracción a las cuatro ruedas.

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Diferenciales, ejes y mandos finales: el diferencial permite mantener la tracción en una rueda a pesar que la otra esté bloqueada, El eje trasero es oscilante, proporcionando mayor estabilidad a la máquina y permitiendo así que las ruedas estén siempre en contacto con el suelo, a fin de obtener mayor tracción. Los mandos finales suelen ser del tipo planetario para lograr un mejor reparto de las cargas.

Motor y transmisión mecánica de un cargador frontal

- La transmisión eléctrica El sistema de transmisión eléctrica dispone de un motor que gira a velocidad constante y que está acoplado a un generador de corriente alterna y a una caja reductora a la que van conectadas las bombas del circuito hidráulico de elevación del balde y de dirección. El cargador tiene un rectificador de corriente y un motor de corriente continua en cada rueda.

Cargador con transmisión eléctrica. Universidad de La Serena

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Motor eléctrico en la rueda de un cargador.

Ventajas de la transmisión eléctrica: Se elimina la transmisión mecánica y con ello los desgastes de los engranajes y ejes articulados. La transmisión de energía entre el grupo motor y el grupo propulsor a través de cables permite aumentar el ángulo de articulación total hasta 90º (2 x 45). Menor desgaste de los neumáticos al adaptar automáticamente el par motor a la adherencia del terreno. Frenado más eficiente, pues la energía cinética de la máquina se convierte en los motores de las ruedas en corriente eléctrica y ésta se devuelve en parte al generador (20%) y el resto se disipa en un conjunto de resistencias diseñado a tal fin. El empleo del frenado dinámico reduce el desgaste de los frenos de servicio y suele ser suficiente para parar la máquina en terreno horizontal. El sistema hidráulico de accionamiento del balde está regulado electrónicamente, pudiendo aumentar la velocidad de elevación y descarga.

Desventajas de la transmisión eléctrica: Necesidad de especialistas eléctricos y electrónicos para las reparaciones y el mantenimiento. Mayor número de averías en los motores eléctricos en ambientes de polvo y humedad.

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Capítulo 5 - Equipos de Carguío

- El sistema hidráulico. El circuito hidráulico de un cargador de ruedas acciona los cilindros del balde, los cilindros de elevación y los cilindros de la articulación, todos ellos de doble efecto. La bomba que acciona los cilindros de la articulación central debe producir la presión de aceite suficiente para controlar el cargador, incluso cuando el motor de la máquina funciona a bajo régimen. - El equipo de trabajo. Está constituido por el mecanismo de elevación, el mecanismo de volteo y el balde.

Mecanismo de accionamiento del balde a) en paralelo, b) en “z”.

Posicionado automático del balde de un cargador.

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Capítulo 5 - Equipos de Carguío

- El balde. Los baldes se pueden clasificar en tres tipos: Materiales ligeros. Uso general De roca.

Tipos de baldes Los dos primeros son baldes rectos y el último se construye con un borde de ataque en forme de “V” para mejorar la penetración. El primer tipo lleva labios antidesgaste y los otros dos llevan dientes.. El balde para materiales ligeros se usa para manipular productos de baja densidad, como el carbón, arenas, etc. El balde de uso general se utiliza para manipular materiales sueltos de densidad media, y el balde de roca, se emplea en los movimientos de tierras y en las explotaciones a cielo abierto con rocas fragmentadas por tronaduras o ripiadas y con densidades medias a altas. Especial atención debe prestarse al material de desgaste: portadientes, dientes, cuchillas, labios y cantoneras, existiendo gran variedad de diseños que permiten, además del recambio rápido, la selección más idónea en función del material a cargar. Los baldes están articulados en dos puntos: en los extremos de los brazos de elevación y en otros puntos superiores mediante una biela que determina el ángulo de forma con la horizontal.

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Capítulo 5 - Equipos de Carguío

- La cabina. La cabina va colocada normalmente encima de la articulación y puede formar parte del cuerpo delantero o trasero. Ventajas de la ubicación en el cuerpo delantero: Mejor visión del operador durante la operación. Aislamiento de la cabina de los ruidos y vibraciones producidas por el motor. Ventajas de la ubicación trasera: Mayor confortabilidad debido a los giros más pequeños de la parte trasera. Mayor seguridad en la operación.

- Los neumáticos. Se estima que entre un 10% y un 20% del costo de mantenimiento de una cargador frontal está relacionado con los neumáticos. Por su relevancia en los costos operacionales de la maquinaria de movimiento de tierra, el tema neumático será tratado aparte en este curso.

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5.1.5 OPERACIONES BÁSICAS Los parámetros que influyen en la productividad de una cargador frontal son: - La fuerza de penetración. Es función del esfuerzo de tracción de la máquina y de la inercia de la misma, variará pues con: - La potencia del motor. - La desmultiplicación de la transmisión. - El diámetro de los neumáticos. - Las condiciones de adherencia del terreno, y - El peso de la máquina y su distribución por ejes. - La fuerza de arranque o desprendimiento. Es la fuerza máxima y continua en sentido vertical ascendente y conseguida por medio de la capacidad para elevar y recoger el cucharón alrededor del punto de giro especificado.

- La fuerza de elevación. Es la que se ejerce para ascender el máximo peso de la carga en el cucharón a una altura especificada, con el cucharón situado en la posición de máxima retención de carga. Depende de la capacidad del sistema hidráulico y del peso de la máquina.

- El tipo y capacidad del balde. La capacidad del balde se puede dar de dos formas: - Al ras. - Colmada. La “capacidad al ras” es el volumen contenido en el balde una vez nivelada la carga entre el filo y la parte trasera del balde. La “capacidad colmada” equivale a la capacidad al ras más la cantidad adicional que se acumule con un talud 2:1 de ángulo de reposo, y el nivel al ras paralelo al suelo. - Práctica operativa

Medida de la capacidad de un balde.

La forma general de trabajo de un cargador de ruedas es la siguiente:

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La máquina se acerca al frente de carga con el balde al nivel del suelo, la cuchilla horizontal y con la velocidad mas baja de la caja de cambios. Una vez que ha penetrado el balde en el terreno se procede a la carga del mismo mediante movimientos de cabeceo, apoyando la parte posterior del fondo sobre el terreno y manteniendo el empuje frontal, con una nueva elevación de los brazos hasta que se llena el balde. La duración de esta fase depende de: el tamaño de la máquina, el tipo de material a cargar y la habilidad del operador.

A continuación, se cambia el sentido de marcha, retirándose del frente con el balde levantado, y en un momento dado vuelve a desplazarse hacia delante con el fin de aproximarse al punto de vertido para depositar la carga. la trayectoria que describe el cargador es habitualmente en forma de “V”.

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5.1.6 PROCEDIMIENTOS DE TRABAJO Existen cuatro procedimientos por medio de los cuales se puede efectuar la carga sobre las unidades de transporte:

Método tradicional con un cargador:

Consiste en colocar el camión sensiblemente normal al frente de carga y desde uno de los laterales cargarlo totalmente con un cargador. Ventajas: Es adecuado cuando la producción requerida está próxima a la producción de carga de una unidad. Es muy conocido por los operadores y no presenta problemas de ejecución. Permite descomponer el equipo en frentes de trabajo distintos. Permite la carga en frentes estrechas. Una vez situado el camión no hay que variarlo de posición. Desventajas: Elevado tiempo muerto de los camiones durante la carga. Mayor número de camiones para producciones altas. Necesidad de buen acoplamiento (Match Factor) para reducir tiempos de espera. Cierto tiempo de espera del cargador hasta que se coloca el camión.

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Método tradicional con dos cargadores:

Es análogo al interior, con la única diferencia de que es segundo cargador carga simultáneamente el camión desde el otro lado de éste. Ventajas: Es adecuado cuando la producción requerida está próxima a la producción de carga de dos unidades. Es conocido por los operadores y no presenta problemas en su ejecución. Aunque tiene un ciclo de carga algo superior al del método alternativo es más flexible, por lo que será más fácil de mantener en la práctica. Una vez situado el camión no hay que variarlo de posición. Desventajas: Necesita frentes de trabajo más amplios que el método anterior. Precisa cierto tiempo de espera de los cargadores mientras se coloca el camión.

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Método alternativo

Consiste en colocar el primer cargador normal al frente con el balde cargado y preparado para vaciar. El camión, al llegar al punto de carga, se coloca entre el frente y el cargador y recibe la primera baldada; después realiza una pequeña maniobra y se coloca perpendicular al punto de extracción con el balde hacia el mismo, recibiendo así la segunda baldada del otro cargador. En la misma posición recibe la tercera baldada suministrada por el primer cargador, que ha cargado mientras tanto, y el cuarto otra vez por la segunda, etc. Ventajas: No hay tiempos muertos ni para los cargadores ni para los camiones. El tiempo de carga es más corto que en el método anterior. Desventajas: Dificultad para posicionarse el camión en el lugar correcto. Más complicado de ejecutar por los operadores. Al variar el número de baldadas con el que se carga el camión, cambia totalmente el planteamiento (número impar de baldadas).

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Método en cadena:

Se dispone de tantos cargadores como baldadas se precisan para cargar un camión. Los cargadores se colocan normales al frente de extracción con los baldes llenos y separados de dicho frente entre 8 y 10 m, entonces empiezan a descargar sobre el camión que pasa entre el frente y los cargadores deteniéndose ante cada una de ellos.

Ventajas: El camión se carga en el menor tiempo posible. Un completo y fácil acoplamiento sin tiempos muertos. El siguiente camión puede empezar a cargarse antes de terminar la carga del anterior. Costos mínimos para grandes producciones.

Inconvenientes: Requiere una producción muy alta en un frente único. Se precisan frentes muy amplios. Dificultad para posicionar el camión. Mayor riesgo para los neumáticos.

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De un estudio realizado por una empresa fabricante con cargadores de 9,6 m3 y camiones de 77 t, se registraron los datos que se indican a continuación:

METODO

Número Carga por de balde (tc) baldadas

Tiempo de Carga del Tiempo de maniobra camión descarga del (tc) (min) camión (min)

Tiempo total de carga (min)

Producción (baldes/hr)

Tradicional (1 cargador)

4

21.15

85

0.1

2.2

2.6

19.2

Tradicional (2 cargadores)

4

21.25

85

0.1

1.0

1.4

35.6

Alternativo

3

25.00

75

0.1

0.55

0.85

58.8

Cadena

4

21.35

85

0.1

0.35

0.35

66.6

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5.1.7 CONSIDERACIONES DE SELECCIÓN En primer lugar deben ponderarse las diferencias esenciales con su más directo rival, que son las excavadoras hidráulicas. En la Tabla siguiente aparecen comparadas estas dos máquinas.

EXCAVADORAS HIDRAULICAS

CARGADORES FRONTALES

Inversión media.

Inversión media.

Vida media (5 – 10 años)

Vida media baja (5 años)

Costo de operación medio.

Costo de operación alto.

Valor residual pequeño.

Valor residual pequeño.

Capacidad del balde hasta 26 m3

Capacidad del balde hasta 26 m3

Fuerzas específicas de corte elevadas.

Fuerzas específicas de corte pequeñas.

Adecuada en terrenos compactos.

Adecuada en terrenos blandos o con materiales empujados con tractores de oruga.

Puede operar en terrenos blandos o duros según Precisa de plataforma de trabajo firme y dura. el ancho de la oruga. Puede trabajar por encima o por debajo del No puede operar por debajo del piso. nivel de la máquina. Alcance de excavación y altura de descarga Alcance y altura de descarga medias. elevada. Adecuada a alturas de banco y camiones Adecuado a alturas de banco pequeñas y grandes. camiones de tipo medio. Ciclos de trabajo pequeños.

Ciclos de trabajo grandes.

Rendimiento de carga elevado.

Rendimientos medios.

Anchura de la frente requerida pequeña.

Anchura de la frente requerida media-grande.

Máquina de carga ideal en frentes fijas.

Máquina versátil de alta movilidad (equipo de carga, limpieza de frentes, transporte de material a cortas distancias, etc.).

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El proceso de selección de un cargador frontal de ruedas consta de las siguientes etapas: Definición de las características básicas. Elección del sistema de rodaje. Selección del modelo.

Definición de las características básicas. Los datos de partida son: La producción horaria requerida "P" expresada en m3/h. El tipo de material a cargar que se clasifica en: blando, medio y duro. La densidad de la roca.

Conociendo estos datos se puede determinar: El tamaño del balde "C". El tipo de camión adecuado a la máquina de carga. La altura del frente de carga. El peso aproximado de la máquina "W". La potencia de la misma "Pw".

- Determinación del balde En la tabla siguiente se estima el tamaño del balde "C" en función del tipo de material y de la producción "P" prevista. TIPO DE MATERIAL

TAMAÑO DEL BALDE (m3)

BLANDO

MEDIO

DURO

(P / 49) 1,23

(P / 47) 1,27

(P / 40) 1,45

P en m3.

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- Determinación de la capacidad del camión El cargador debe cargar el camión en un número de ciclos comprendido entre 3 y 5. El tamaño del camión T(t) se determina en función del balde "C" y del tipo de material.

TIPO DE MATERIAL

CAMIÓN T(t)

Blando Medio Duro

5 – 8 baldadas (m3) 4 – 7 baldadas (m3) 3,5 – 6 baldadas (m3)

Además, deben cumplirse ciertas condiciones geométricas, entre el cargador y el camión. -

Altura de descarga: esta debe ser mayor de 1,06 la altura de la tolva del camión.

-

Alcance del cargador: Debe ser, como mínimo, 0,4 B, siendo B la anchura del camión.

-

Angulo de descarga: El cargador debe descargar en la tolva evitando derrames laterales. El ángulo máximo debe ser de unos 50º cuando se manipulan materiales pegajosos.

-

Anchura del balde: Debe ser menor que la longitud de la tolva del camión.

Relación de dimensiones entre cargadores y camiones tolva.

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- Altura de banco. La altura de banco que puede trabajar en forma segura un cargador frontal depende del alcance máximo del cargador, que se puede expresar en función del tamaño del balde y del método de carga utilizado.

- Relación cargador – camión Al respecto se debe tener en cuenta lo siguiente: Relación entre la capacidad del camión y la del balde de la máquina. Altura de descarga y comparación con la altura de la caja del camión. Alcance de la máquina y relación con el centro de la caja del camión. Anchura del balde y relación con la longitud de la caja del camión.

Parámetros de trabajo de un cargador frontal.

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Capítulo 5 - Equipos de Carguío

5.1.8 SELECCIÓN DEL MODELO Una vez definidas las características básicas del cargador: peso, potencia y tamaño del balde, el paso siguiente es trabajar con las ofertas de los proveedores de equipos. De tal forma, se confecciona un cuadro comparativo entre los distintos fabricantes comparando principalmente: Relación cargador – camión. Motor. Carga límite de equilibrio o estática Sistema de tracción. Circuito hidráulico. Fuerza de arranque. Diseño del balde y accesorios. Articulaciones. Cabina. Neumáticos. Mantenimiento y servicio.

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Curso: CARGUIO Y TRANSPORTE

Capítulo 6 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE EQUIPOS DE MOVIMIENTOS DE MATERIALES

Alejandro Cruzat G. Ingeniero Civil de Minas Profesor Asignatura “Carguío y Transporte” Departamento Ingeniería de Minas Universidad de La Serena

OCTUBRE 2008

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Capítulo 6 - Selección de Equipos

4. CRITERIOS ESPECÍFICOS A CONSIDERAR EN LA SELECCIÓN DE EQUIPOS DE MOVIMIENTO DE MATERIALES.

Introducción. En cualquier trabajo de movimiento de materiales, lo primero es efectuar el reconocimiento de los materiales a manipular y establecer el contexto general del trabajo. Posteriormente se pasa a la etapa de selección de los equipos aplicables a ese trabajo y su selección.

Normalmente, uno de los métodos de selección que se emplea es el de Análisis de Decisiones por Objetivos Ponderados, que consiste en fijar unos objetivos o criterios específicos a los que se les asigna un peso relativo en función de su importancia, tanto si estos son cuantificables como si son subjetivos. Para cada una de las alternativas o equipos considerados se estiman unas calificaciones parciales o probabilidades de obtención de cada objetivo, calculándose a continuación la utilidad relativa o puntuación total para dada equipo.

El método introduce cierta subjetividad si es una sola persona la encargada de dar los pesos relativos de cada criterio. Esto se evita en gran medida si se realiza dicha tarea por un grupo de técnicos y se dispone de datos históricos con los que validar el modelo.

Los criterios específicos a los que se debe hacer referencia se subdividen en:

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-

Criterios de Rendimiento.

-

Criterios de Diseño.

-

Criterios de Servicio.

-

Criterios Económicos.

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Capítulo 6 - Selección de Equipos

CRITERIOS DE RENDIMIENTO:

-

Capacidad de producción.

-

Fuerzas de excavación o arranque.

-

Esfuerzo de tracción.

-

Tiempos de ciclo.

-

Alturas de excavación.

-

Altura de descarga o vertido.

-

Alcance.

- Presión sobre el terreno.

- Radio de giro.

- Velocidad de desplazamiento.

- Capacidad para remontar pendientes, etc.

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4.3 CRITERIOS DE DISEÑO -

Potencia total.

-

Vida en servicio.

-

Peso.

-

Dimensiones.

-

Robustez.

-

Estabilidad.

-

Altura sobre el suelo.

-

Configuración básica (geometría, complejidad, construcción modular).

-

Componentes (intercambiabilidad de conjuntos, vida de componentes principales, etc.).

-

Facilidad de mantenimiento.

-

Facilidad de reparaciones.

-

Limitaciones por altitud y temperatura.

-

Niveles de ruido.

-

Generación de polvo.

-

Esfuerzo requerido por el operador.

-

Seguridad y visibilidad del operador.

-

Potencia absorbida y caract. del sistema de transmisión mecánico, eléctrico o hidráulico.

-

Fuente de energía primaria.

-

Sistema de diagnóstico y control.

-

Protecciones de elementos.

-

Equipo extintor de incendios.

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4.4 CRITERIOS DE SERVICIO QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA: - La maquinaria auxiliar que se requiere. - Los repuestos necesarios en el Departamento de Abastecimiento. - La frecuencia de servicio que se precisa. - La posibilidad de realizar el servicio o mantenimiento en el terreno o en el taller. - El adiestramiento o calificación del personal de mantenimiento. - La dotación de herramientas en el taller. - El porcentaje de mantenimiento exterior. - Las instalaciones auxiliares que se necesitan. - La estandarización de componentes. - El apoyo y calidad del servicio de los fabricantes o distribuidores. - El tiempo de envío de repuestos principales.

4.5 CRITERIOS ECONÓMICOS:

- Los costos de propiedad, amortizaciones, intereses, seguros e impuestos. - Los costos de operación, mano de obra, energía, repuestos, reparaciones, lubricantes, etc. - El precio de adquisición y el valor residual de:

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-

la maquinaria básica,

-

accesorios y complementos, y

-

el transporte y montaje.

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Capítulo 6 - Selección de Equipos

4.6 LAS CINCO ETAPAS DE LA ADMINISTRACION DEL EQUIPO SELECCIÓN COMPRA OPERACIÓN MANTENIMIENTO REEMPLAZO

SELECCIÓN ¿Para que tipos de trabajo se utilizará el equipo? ¿Qué maquinaria trabajará mejor con el equipo existente? ¿Cuánta productividad debe tener para ser rentable?

COMPRA ¿Qué máquina tiene los costos de producción más bajos? ¿Qué opciones financieras existen?

OPERACIÓN ¿Cuál es la mejor manera de presentar una oferta de licitación para una obra? ¿Qué costos de producción se deben esperar? ¿Qué máquinas se necesitan? ¿Qué nivel de entrenamiento tienen los operadores?

MANTENIMIENTO ¿Cómo puede cerciorarse de que se lleva a cabo todo el mantenimiento preventivo necesario? ¿Cuál es la reparación más rentable? ¿Qué personal, que capacidades y herramientas se necesitan?

REEMPLAZO ¿Cuándo sobrepasa una máquina su vida útil óptima? ¿Se la debe seguir reparando cada vez que sea necesario? ¿O se la debe reasignar a otra aplicación menos exigente? ¿O se la debe reconstruir o reemplazar?

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4.7 SELECCIÓN DE EQUIPOS PARA LA MINERÍA

La información básica requerida para la selección se resume en el siguiente gráfico:

CARACTERÍSTICAS DEL YACIMIENTO

CONDICIONES DEL ENTORNO

PARAMENTROS DE LA EXPLOTACIÓN

METODO MINERO

SISTEMA DE EXPLOTACIÓN

SELECCIÓN DE EQUIPOS

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Capítulo 6 - Selección de Equipos

4.8 CRITERIOS BÁSICOS QUE INTERVIENEN EN LA SELECCIÓN DE EQUIPOS PARA LA MINERÍA. En un proyecto de nuevo desarrollo, una vez localizado el yacimiento de mineral que se desea explotar y realizados los primeros estudios de viabilidad técnico-económica, en los que ya se habrá contemplado la maquinaria a emplear, la etapa de selección de equipos parte de los tres siguientes grupos de datos básicos: a) CONDICIONES DE ENTORNO.

-

Altitud.

-

Temperatura.

-

Precipitaciones.

-

Vientos.

-

Tipo de terreno.

-

Accesibilidad.

-

Infraestructura eléctrica.

-

Disponibilidad de mano de obra.

-

Talleres o bases de los distribuidores de maquinaria.

-

Proximidad a áreas habitadas.

-

Limitaciones ambientales.

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b) CARACTERÍSTICAS DEL DEPÓSITO MINERAL.

-

-

Estériles interiores a la mineralización y de recubrimiento. -

Potencias.

-

Naturaleza y grado de consolidación.

-

Propiedades geomecánicas.

-

Estabilidad de taludes.

-

Angulo de reposo de los estériles sueltos.

Mineralización. -

Tipo y forma.

-

Espesores.

-

Inclinación.

-

Propiedades geomecánicas.

-

Alterabilidad.

-

Hidrología e hidrogeología.

-

Otras propiedades de los materiales. -

Densidades.

-

Factores de esponjamiento.

-

Abrasividad.

-

Pegajosidad.

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c) PARÁMETROS DE LA EXPLOTACIÓN.

Son los que definen la geometría de la mina y la organización que se aplicará para llevar a cabo los trabajos.

-

Límites de propiedad.

-

Dimensiones de la excavación.

-

Alturas de banco, anchuras de pistas, bermas, etc.

-

Organización del trabajo.

-

Ritmos de producción.

-

Selectividad minera.

-

Vida del proyecto.

-

Disponibilidad de capital.

-

Programa de restauración de terrenos.

NOTA: La forma con que influye cada grupo en la elección del diseño, el tipo y tamaño de las máquinas es distinta, pero los tres se encuentran interrelacionados.

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Tipos de Contratos Mineros Maintenance and Repair Contract (MARC) Se caracterizan por garantizar las siguientes alternativas de servicio: Disponibilidad Costo de Reparación Intervalos de Reparación Consumos de Repuestos Modalidades de Facturación variables por intervalo Labor Plus Parts (LPP) Un contrato Labor Plus Parts consiste en: W.A. (Warranty Administration) (ver detalles) Mantención preventiva y predictiva Control de lubricantes Medición de diagnóstico y ensayo de laboratorio Recambio de componentes Inspecciones planeadas Reparaciones de componentes en talleres o maestranzas Cummins Aporte de piezas y partes de acuerdo a convenio de suministro Costo fijo y conocido.

Warranty Administration (WA) Mano de obra especializada de DCC en terreno. Control operacional y estadístico de detenciones. Soporte de repuestos de alta rotación. Respaldo de componentes menores de recambio.

Soporte Técnico y Mantenimiento Servicio Integrado de Monitoreo Remoto para Motores Cummins vía Radio Frecuencia, donde es posible diagnosticar más del 150 códigos de fallas, evitando con eso Fallas catastrófica del Motor reprogramación de Mantenciones programad.

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Capítulo 6 - Selección de Equipos

Contratos Mineros > Komatsu Actualmente existen tres contratos Marc con Komatsu Chile S.A. en: Cía. Minera Quebrada Blanca por la atención de 9 camiones 730E y 1 Cargador WA1200 Cía. Minera Collahuasi por la Atención de 3 Aguadores Komatsu 330M, con Motores KTTA38 Cía. Minera Collahuasi por la Atención de 2 Camiones Komatsu 930 SE, Con Motores QSK78 Codelco Norte - Radomiro Tomic por la atención de 33 camiones 930E2, mas 5 Camiones 930E2 Autónomos Minera Los Pelambres Ltda. por la atención de 4 camiones 930E2 y que a fin de año terminara con un total de 11 unidades Cía. Minera SQM por la atención de 14 camiones H785, con Motores QST30 Cía. Minera, Huasco por la atención 5 Camiones 830, Con Motores QSK60 Cía. Minera, Codelco Andina 11 Camiones 730, con Motores K2000 y 3 Cargadores LeTourneau L1400 con Motores K2000 Cía. Minera, Los Bronces con 12 Camiones 930E con Motores QSK60 y que a fin de año terminara con un total de 23 unidades Contratos Mineros > Liebherr Actualmente existen dos contratos Marc con MinePro Chile S.A.: Codelco Norte: Chuquicamata por la atención de dos cargadores LeTourneau L1850 Codelco Norte: Radomiro Tomic por la atención de un cargador LeTourneau L1400 y un LeTourneau L1850 Minera Los Pelambres Ltda. por la atención de 1 Cargador LeTourneau L1850 Contratos Mineros > Minepro Actualmente existen dos contratos Marc con MinePro Chile S.A.: Codelco Norte: Chuquicamata por la atención de dos cargadores LeTourneau L1850 Codelco Norte: Radomiro Tomic por la atención de un cargador LeTourneau L1400 y un LeTourneau L1850 Minera Los Pelambres Ltda. por la atención de 1 Cargador LeT Contratos Mineros >Finning Actualmente existen dos contratos con Finning Chile S.A.: Codelco Norte, Radomiro Tomic por la atención de un MARC para la Pala O&K modelo RH200, con 02 Motores K1500E

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Capítulo 6 - Selección de Equipos

Minera El Tesoro, Asistencia Técnica para 02 Palas O&K modelo RH340, con 04 Motores QSK45 SS

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Curso: CARGUIO Y TRANSPORTE Capítulo 7 DISEÑO FLOTAS CARGADOR – CAMION

Alejandro Cruzat G. Ingeniero Civil de Minas Profesor Asignatura “Carguío y Transporte” Departamento Ingeniería de Minas Universidad de La Serena

OCTUBRE 2006

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Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

DISEÑO CARGADOR – CAMIÓN

PRODUCCIÓN HORARIA DE LOS CAMIONES P(m3s / hr) = 60 x C x E T P(t / hr) = 60 x C x E T

Donde: C = Capacidad de la Tolva del Camión. T = Tiempo de Ciclo. E = Eficiencia de la Operación (Tanto por uno).

1. Tiempos Fijos

Capacidad del Camión (m3) ______________ Tpo. de Carga = (min) Ritmo Teórico de Carga (m3s / min) x Fact. Llenado Balde

Capacidad del Camión ( t )_______________ Tpo. de Carga = (min) Rit Teó de Carga (m3s / min) x FLL Balde x Densidad Mat.

Tpo. de Carga = Número de Baldadas x Tiempo de Ciclo de una Baldada (min)

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Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

Número de Baldadas = Capacidad del Camión Capacidad del Balde

Capacidad = Cap. Nominal del Balde x FLL x Densidad Material Suelto. Del Balde

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Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

Factor de llenado balde

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Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

Factor de llenado balde

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Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

2. Tiempos Variables:

Tpo. De Transporte =

Dist. de ida (m) + Dist. de vuelta (m) V Media Carg (km/hr) x 16,66 V Media Vac (km/hr) x 16,66

Condiciones de Operación

Tpos. de Descarga y Maniobras (min)

Tpos. de Espera del Equipo de Carga (min)

Favorables Medias Desfavorables

1.0 1.3 1.5 – 2.0

0.15 0.30 0.50

Cruce de camiones (vacío – cargado).

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Proceso de descarga (camiones llegando cargados, descargando y saliendo vacios).

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3.

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Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

Equilibrio Tamaño Cargador – Tamaño Camión

3.1 Relaciones de Diseño:

CAPACIDAD DEL CAMION (t)

Capacidad de los camiones y equipos de carga

Acoplamiento Cargador - Camión

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Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

RELACIONES DE DISEÑO CARGADOR - CAMION CARGADOR

CAMION

CRITERIO DE SELECCION

Capacidad del balde

Carga máxima

3 - 6 baldadas

Altura libre (H1)

Altura Tolva (H2)

H1 ≥ H2 + 150 mm

Alcance (L1)

Ancho Tolva (L2)

L1 ≥ L2 - 300 mm

Ancho del balde (B1)

Largo Tolva (B2)

B1 ≤ B2 - 300 mm

4. Dimensionamiento de la Flota de Camiones:

N° de Camiones Necesarios = Producción Horaria Necesaria Producción Horaria por Unidad

5. MATCH FACTOR Consideremos: N = Número Total de Camiones. n = Número Total de Unidades de carga. T = Tiempo Total de Ciclo de cada Camión. t = Tiempo de Ciclo de cada Baldada. x = Número de Camiones por Unidad de Carga. p = Número de Baldadas necesarias para llenar un Camión.

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x =

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T pg * t

/n

Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

x*n = T *n p*t

N*p*t = n*T

N*p*t = 1 n*T

Match Factor = N * p * t = 1 n*T

Match Factor = FA =

N° Total de camión N° total de cargadores

Valor óptimo

x Ciclo de carga del camión Ciclo del camión

N = n*T p*t Curva de producción teórica

Nº DE CAMIONES

Universidad de La Serena

SOBREDIMENSIONADO

SOBREDIMENSIONADO

EL EQUIPO DE CARGA

EQUIP. DE CAMIONES

Departamento de Minas

Pág. 9

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

Curva de producción real

Camiones

Nº DE CAMIONES

Puntos de máxima Producción y mínimo costo.

Universidad de La Serena

Departamento de Minas

Pág. 10

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

Nº DE CAMIONES

VARIACIÓN DE LA EFICIENCIA

Universidad de La Serena

Departamento de Minas

Pág. 11

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

DE UN SISTEMA DE CARGUIO Y TRANSPORTE EN FUNCION DEL FACTOR DE ACOPLAMIENTO

CAMIONES

CARGADOR

FACTOR DE ACOPLAMIENTO

METODO ALTERNATIVO

Universidad de La Serena

Departamento de Minas

Pág. 12

Alejandro Cruzat G.

Curso Carguío y Transporte

Capítulo 7 - Diseño Flotas Camión

Def.:

p = Probabilidad que un camión esté disponible en un tiempo específico: p = Tpo. de Op. Disponible = DISPONIBILIDAD DE UN CAMION Tpo. Operación Programado

Asumiendo que: “la Disp. de un camión específico es indep. de otro, se tiene: La prob. que k camiones estén disponibles en una flota de n camiones es:

Pk = pk ( 1 – p )n – k n Ck P = prob que un camión esté disponible n = número de unidades de la flota k = disponibilidad de las unidades

nCk =

n! k! (n – k) !

Otras consultas: Prob. que exactamente k unidades estén disponibles? Prob. que x o mas camiones estén disponibles? Prob. que a lo menos x camiones estén disponibles? Prob. que mas de x camiones estén disponibles?

Universidad de La Serena

Departamento de Minas

Pág. 13

Tema 8: NEUMATICOS OTR

NEUMATICOS EI neumático es esencialmente un recipiente de presión flexible que utiliza miembros estructurales (nylon, cables de acero, etc.), para mantener la tensión correspondiente a la presión de inflado. Los miembros estructurales se sellan y protegen con una capa de goma que también forma el dibujo de las bandas de rodadura conformando el elemento de desgaste.

• Selección • Empleo • Conservación • Desempeño

Factor mas importante en la economía del movimiento de tierras

• Camión minero • Cargadores

• Tractor de ruedas • Traillas • Motoniveladoras

Productividad y Costo por unidad de carga útil, dependen primordialmente del desempeño de los neumáticos mas que de ningún otro factor.

Vida y Costo del Neumático = f (tipo de suelo, conservación del suelo, velocidad de operación, pendientes, radios de curva, ancho de rutas, clima, habilidad del operador, mantención, presencia de agua)

Decisión en la selección del neumático: - Usuario * límites de operación * normas de operación

- Fabricante * experiencia propia * experiencia usuarios

CARGA Y PRESION DE INFLADO

La carga que puede soportar un neumático depende de:

- Tamaño del neumático - Presión de inflado • La presión debe dar al neumático la rigidez necesaria para resistir el aplastamiento de la carga - Cada neum. tiene una deformación de trabajo limite que debe ser mantenida durante el servicio - La presión de inflado aumenta con la carga, a un peso mayor, se necesita una mayor rigidez para resistir el aplastamiento de la carga

- La rigidez depende de la velocidad

* Las carga permitidas a cada presión de inflado, son menores, a medida que la velocidad de servicio de la máquina aumenta * A igual presión de inflado, los neum. de mayor tamaño, soportan cargas mayores que los neum. pequeños • Cada neum. tiene una capacidad máxima de carga, determinada por el límite de presión que pueda resistir el armazón • La carga máxima correspondiente a la presión límite, disminuye con la velocidad de servicio considerada

Neumático resiste mayor carga si tiene: a) Mayor diámetro Ventajas: Mayor capacidad de carga Desventajas: Eleva la altura del vehículo b) Mayor ancho de la sección transversal V: Mayor capacidad de carga D: Ancho total de la maquina también aumenta para evitar interferencias del neum. con otros componentes de la maquina c) Construcción más robusta de la armazón V: Mayor capacidad de carga, debido a que se puede inflar el neum. a mayor presión D: Hay mayor presión de contacto con el suelo Mayor desgaste Mayor probabilidad de impacto Menor flotación

Ingeniería aplicada al neumático

Selección del neumático correcto

Uso apropiado del neumático

Mantención adecuada

Utilización efectiva de los neumáticos

Disminución de daños del neumático Prolongación de rendimiento del neumático

Reducción de los costos de mantenimiento Minimización de la pérdida de trabajo

Clasificación normalizada de neumáticos. Ref.

Código de identificación normalizado

Función

E1 E2 E3 E4 E7

RIB TRACCIÓN ROCA ROCA (escultura prof.) FLOTACIÓN

G1 G2 G3 G4

RIB TRACCIÓN ROCA ROCA (escultura prof.)

Explanación Nivelación

L2 L3 L4 L5 L3S L4S L5S

TRACCIÓN ROCA ROCA (escultura prof.) ROCA (esc. muy prof.) LISA LISA (escultura prof.) LISA (esc. muy prof.)

Carga y Empuje

Transporte

Vehículos

Características Principales Requeridas Resistencia al calor Resistencia al corte Resist. al desgaste Resis. al estallido por impacto

Tracción Maniobrabilidad (Estabilidad direccional)

Resistencia al corte Resistencia al desgaste

Definiciones: C: Compactor (compactadora) G: Grader (niveladorA) E: Earthmoving (transporte) L: Loader and Bulldozer (cargadoras y bulldozers)

Indices: S: Smooth, liso (galería, terreno muy duro) 1: liso, longitudinal (rodaje facil) 2: Acanalada (tracción normal) 3: roca (normal) 4: roca (altura de goma importante) 5: roca (altura de goma muy importante) 7: flotación (trabajo sobre terreno blando)

T° DEL NEUMATICO Y TMPH RATING

Materiales y adhesivos usados en los neumáticos son especialmente vulnerables al daño de las altas temperaturas, lo que limita el uso de los neumáticos a condiciones limites. Estos es especialmente riguroso para los neumáticos off the road.

Los neumáticos off the road, son aptos para alcanzar altas temperaturas, mientras el espesor del neumático alcance a irradiar a la atmósfera el calor generado al interior de ellos.

TMPH es la medida de uso normal para indicar los límites de uso medio en que debe trabajar un neumático.

- Continuamente se esta generando calor en el interior de un neumático que rueda, cuando cada sección se flexiona al pasar bajo el aro.

- Una cierta cantidad de calor se genera en cada vuelta de la rueda, dependiendo de la tensión de las fibras sometidas a flexión y de la deformación sufrida por estas.

- La cantidad de calor generado al cabo de cierto tiempo, depende del calor medio producido en cada vuelta y del numero de vueltas o revoluciones de la rueda, es decir, de la velocidad.

- La velocidad aumenta la rapidez con que se crea calor, pero no afecta el régimen bajo el cual este es radiado a la atmósfera.

- Si el calor se produce mas rápidamente que lo que demora en llegar hasta la superficie del neumático y radiarse, se acumulará progresivamente, elevando su temperatura.

- El caucho y los materiales textiles de los neumáticos, pierden buena parte de su resistencia al subir la temperatura de operación. (Ocurre a temperaturas mayores que 100° C).

Con menor resistencia, los neumáticos se pueden dañar a causa de los: • Virajes cerrados • Frenadas bruscas • Impactos • Cortes profundos

• Fatiga del material

Calentamiento: T ° del neumático: - interior - exterior - Un neumático mal calculado puede fallar por cualquiera de las dos causas

Calentamiento: - Fabricación Caucho crudo Aditivos, etc.

+

T°  130° C

Vulcanización



Neumático

- Trabajo (operación) Trabajo  Vulcanización  (>> T°) (Separación de elementos) rodada mas flexión

Neumático

+

Neum falla

- Velocidad de generación de calor interno del neumático es mayor que la de llegar a la superficie y radiarse a la atmósfera, entonces aumenta gradualmente la temperatura, alcanza el máximo hasta llegar a la tela o faja mas superficial. - Cuando los neumáticos se flexionan demasiado, el calor generado invierte el proceso de Vulcanización, es decir, se vuelve al estado de caucho, se separan las lonas y el neumático falla. - Después de un tiempo muy corto de temperatura de reversión, comienza la falla del neumático.

- Las separaciones a causa del calor, suelen ser las mas comunes de las fallas prematuras de los neumáticos, además, el trabajo prolongado a altas temperaturas, puede dar como resultado la falla por fatiga de las cuerdas, en los puntos de flexión de los costados.

- Para evitar la destrucción de los neumáticos por temperatura, se desarrolló el concepto de:

Ton – MPH ó Ton – KPH

TKPH ó TMPH

Se deben considerar 2 tipos de TKPH

El del fabricante: TKPH del neumático (lo calcula el fabricante)

El de la operación: TKPH de operación (se calcula con los parámetros de la op)

AMBOS TKPH SE DEBEN COMPARAR

TKPH neum ¿? TKPH op

Indicador TMPH ó TKPH

- Permite evaluar la cantidad de trabajo que pueden realizar a cierta temperatura los neumáticos. - Multiplicando la carga por la velocidad se obtiene un indicador del aumento de temperatura de los neumáticos.

TKPH op = Carga Promedio x Velocidad Media donde: Carga Promedio = (peso / neum. maq. vacia + carga / neum. mag. cargada) / 2 Velocidad media = Distancia (ida y vuelta ) x N de viajes / dia. Total horas trabajadas

TKPH op es válido si y solo si: - Presión de inflado es la correcta

- Sobre carga diaria / neumático como promedio < 15%

- Distancia de acarreo, en un solo sentido < 32 Km.

A propósito de la sobrecarga

b) comparación de los TKPH

Se pueden presentar 2 casos:

-TKPH neu > = TKPH op: el neumático conviene

-TKPH neu < TKPH op: el neumático no conviene

Si el neumático no conviene es lógico considerar la utilización de otro tipo u otra dimensión.

Límites de utilización Longitud del ciclo (trayecto ida y vuelta)

Para los ciclos (trayecto ida y vuelta) superiores a 5 kilómetros el valor del TKPH del neumático a considerar se deriva:

TKPH op = TKPH op x 0.88 ,

La relación que permite pasar de TKPH a TMPH es:

TMPH = TKPH x 0.685

PROPOSITO DEL ANALISIS DE DATOS DE NEUMATICOS

FABRICANTE

USUARIO

.Puede descubrir la causa del daño a los n. y tomar acciones que correspondan. .Puede determinar la vida media de cada n., optimizando el costo y control de inventario. .Puede escoger el mejor n. para el trabajo, comparando diferentes marcas, por calidad, hrs. operación, etc. .Puede aclarar los problemas del n. durante la operación diaria.

Uso del neumático adecuado

Análisis de Performance del n. y checking de las condiciones de operación

Producción de neumáticos con las especificaciones adecuadas (contractuales)

Abastecimiento de los neumáticos apropiados

Prolongar vida del neumático

REDUCIR EL COSTO DEL NEUMATICO

Selección del neumático correcto

Tipo de Vehículo 1. Fabricante, modelo 2. Máxima capacidad de carga 3. Máxima velocidad y potencia 4. Dimensión del neumático y su capacidad de carga.

Condiciones de operación 1. Clima 2. Vías 3. Velocidad de trabajo 4. Carga de trabajo 5. TMPH o TKPH de trabajo 6. Mantenimiento 7. Análisis de datos del neumático

Selección del neumático correcto Rendimiento esperado Duración esperada Resistencia al calor y al corte Recauchabilidad Maniobrabilidad Exigencias del cliente

¿QUE INFLUYE EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS? 1. La Mina u obra vial. -

Naturaleza y estado de las pistas de rodaje. Estado de las áreas de carga y descarga. Pendiente de las pistas. Radios de viraje. Mantenimiento de las pistas.

- Roturas prematuras por accidentes (cortes, perforaciones, etc.). - Sobrecargas dinámicas (separaciones de telas, etc.).

¿QUE INFLUYE EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS

Los Materiales.

Naturaleza de los materiales (arena, arcilla, roca, etc.). Granulometría.

¿Qué INFLUYE EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS

La Maquinaria. Tipo de vehículo (cargador, camión, etc.). Velocidad de desplazamiento. Carga sobre los neumáticos. Estado mecánico del vehículo (amortiguación, paralelismo, etc.).

¿QUE INFLUYE EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS

Los hombres. Calidad del mantenimiento. Forma de conducción. Interés.

¿Qué INFLUYE EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS

Los Neumáticos. Buena elección de los neumáticos. Necesidades o no de una escultura para tracción. Necesidad o no de una estructura para altas velocidades. Necesidad o no de flancos reforzados. Tipo de goma de rodadura.

¿QUE INFLUYE EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS

El buen mantenimiento de los neumáticos.

Verificar regularmente el estado de los neumáticos. Verificar y mantener la presión correcta. Realizar gemelados correctos. Verificar estado de las ruedas metálicas (aros, etc.). Montar neumáticos reparados o recauchados en ejes traseros....¡SIEMPRE! Controlar el rendimiento de los neumáticos.

CONTROL ESTADISTICO DE NEUMATICOS Lo realizan: - Usuarios - Proveedores EI uso efectivo del neumático depende de la cuidadosa revisión y análisis de los datos estadísticos que se lleven de ellos, buscando siempre la reducción de costos para el usuario. La calidad de la información y el intercambio de ella (entre p. y u.) depende de: -

Seriedad en la entrega y obtención de los datos

- Confianza mutua en los sistemas de manejos de datos - Etica Profesional - Responsabilidad

Los sistemas de control de neumáticos van a depender, en calidad y envergadura del tamaño de la faena.

Normalmente en una faena se tienen los siguientes controles: 1. Movimiento de equipos, Hrs. ó Km. 1.1 HORAS MOTOR: EI tiempo movido se obtiene leyendo los horómetros de los motores ó de las tarjetas de control tiempo de los operadores. Horómetro: tiene la desventaja que cuando el equipo está detenido, Vg., esperando carguío, el motor está funcionando y por lo tanto sumando tiempo. TARJETA (ó INTERFAZ) OPERADOR: muy irregular, depende de la habilidad del operador. ¿Tpos. de ciclo cortos? Un buen estudio de tiempos de ciclo, podría darle a cada uno de esos dos sistemas un ponderador, obteniéndose así una media de hrs. operación de movimiento, dato que se le traspasa al neumático.

1.2 KlLOMETRO RECORRIDO: Se instala en el eje de alguna de las ruedas delanteras del equipo, un cuenta kilómetro (Hubodometer). Sistema mas eficiente, pues mide exactamente cuanto se desplaza realmente el neumático, hacia adelante ó hacia atrás.

2.

TARJETA DE REGISTRO (ó INTERFAZ) de rendimiento del neumático.

A todo neumático que se saca de bodega, ya sea para repuesto y/o ponerlo a trabajar se Ie debe abrir de inmediato una tarjeta (hoja de vida) en la cual se registrará toda la información relevante que el neumático va a tener durante su vida útil, Vg.: -

Nº Equipo

-

Posición: DD, DI, TID, TED, TII, TEI

-

Fecha postura

-

Hrs ó Km del equipo a la fecha de la postura

-

Fecha sacado

-

Reparaciones, Fallas, etc.

3.

HOJA DE INSPECCION del neumático en servicio

La usa el personal de mantención y el proveedor en terreno, se recoge principalmente la siguiente información:

Del neumático: - Presiones - Alineamiento - Espesor de goma remanente - Desgaste irregular - Dualidad de neumáticos ( T y D ) - Daños Del Ambiente: - Temperatura - Velocidades - Mantención de las rutas de transporte - Presencia de agua - Ancho de los caminos, curvas, rampas, pendientes, etc. - Estado de los puntos de carguío, botaderos

Las inspecciones deberían ser semanales, para un buen control y la toma de acciones correctivas. Toda la información obtenida, ingresada a un eficiente sistema computacional dará una perspectiva detallada de todos los neumáticos en operación, así se puede tener al día:

-

Hrs.Op. Acumulada I neumático Hrs.Op. Esperadas I neumático Presiones, perdidas ó excesos Equipo mas panero de neumáticos, se puede ubicar rutas de trabajo, operadores y/o turnos (idem para mantenedores) Frecuencia de falIas Neumáticos mal pareados. Neumáticos con desgaste irregular Neumáticos recauchados, desgastes, otros Costos, etc.

4.

Análisis de neumáticos dados de baja

Este registro tiene gran importancia en el proceso de reducción de costo por Km. puesto que indica, en forma resumida, el estado del neumático al momento de la remoción, determinando hacia donde se deben dirigir los esfuerzos para aumentar el rendimiento general de los neumáticos. Los neumáticos se dan de baja principalmente por: - Desgaste - Impactos - Sopladura ó separación de telas - Cortes ó agrietamiento - Otros. De la misma forma, un buen tratamiento estadístico, con apoyo computacional nos dará el costo por tipo, modelo, marca, periodo de uso, etc., de los neumáticos.

•

La mala distribución de la carga produce derrames en el camino.

•

El derrame durante el proceso de carguío produce serios problemas, totalmente fuera del control del operador del camión.

Practica de carguio

Sobre carga volumetrica es común. Derrames en Ntcos Traseros en el frente. Estas Rocas son imposibles de evitar por los operadores.

Principales Causas de Daños por Roca

Conocimiento del operador sobre neumáticos. Prácticas de la pala. Mantenimiento de la berma. Limpieza rápida del derramamiento. Flotas mezcladas. Exceso de riego. Tronadura pobre.

EL NEUMATICO

“ES UNA MAQUINA”,

POR LO TANTO SE DEBE CONSIDERAR COMO UN

“EQUIPO”.

Diplomado Módulo: Ingeniería del Movimiento de Materiales

Tema 4: POTENCIA NECESARIA EN LOS EQUIPOS

Diplomado Módulo: Ingeniería del Movimiento de Materiales

Tema 3: POTENCIA NECESARIA EN LOS EQUIPOS

¿QUÉ FACTORES DETERMINAN LA POTENCIA DISPONIBLE?

1. LA POTENCIA es el factor primordial que determina la capacidad de trabajo de una máquina de remoción de tierra. Como quiera que la potencia es una relación de trabajo y tiempo, no sólo se debe tomar en cuenta la fuerza de una máquina, sino también la velocidad con que se mueve y efectúa una operación determinada. 2. COMO LAS CONDICIONES del medio varían hasta en el curso de una misma aplicación, es necesario alterar frecuentemente la relación de trabajo y tiempo. La caja de engranajes de cambios (manual o computarizada), suministra diversas combinaciones de velocidad y tracción.

POTENCIA es energía en acción, o la capacidad de ejecutar trabajar a una velocidad determinada.

SE REQUIERE POTENCIA para empujar o llevar una carga.

POTENCIA es energía en acción, o la capacidad de ejecutar trabajar a una velocidad determinada.

SE REQUIERE POTENCIA para empujar o llevar una carga.

POTENCIA NECESARIA se relaciona directamente con el trabajo que se va a efectuar: cargar bolones, empujar material con una tractor, etc.

POTENCIA DISPONIBLE es la suministrada por la máquina para ejecutar cierta cantidad de trabajo.

POTENCIA UTILIZABLE es la potencia disponible, considerando las restricciones impuestas por las condiciones del trabajo.

El sólo valor de la potencia, obtenido desde un catálogo de proveedor no permite decidir si es conveniente usar una máquina en un trabajo determinado, ni estimar los costos asociados al mismo. El estudio de las diferentes clases de potencia y los factores que afectan a cada una de ellas, nos da a conocer las razones de que una máquina pueda hacer un trabajo o no lo pueda hacer. También determina la VELOCIDAD en que puede viajar una máquina en ciertas condiciones de trabajo, y permite calcular las velocidades de viaje en proyectos en que no es factible obtener datos mediante comprobaciones en el terreno.

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

1. RESISTENCIA AL RODADO: es la fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas. El vehículo no se moverá mientras no se venza esta fuerza. Esta resistencia se mide en kilogramos y la fuerza necesaria para vencerla se expresa en kilogramos de tracción.

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA: Ejercen también considerable efecto la presión y diseño de los neumáticos. Sin embargo, en una máquina bien cuidada estos factores tienen poca influencia y sus efectos pueden considerarse como una constante, junto con la fricción interna y la flexión de los neumáticos.

Mediante pruebas y ensayos, se ha formulado una regla empírica para calcular el efecto de estas constantes: (fricción interna, flexión de los neumáticos, etc. ). Este efecto, expresado en kilogramos de fuerza de tracción, constituye aproximadamente el 2% del peso bruto del vehículo.

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

Esto significa que se requieren 20 kg de empuje o tiro para mover cada tonelada de peso sobre las ruedas.

Este valor es el "factor" de resistencia al rodado en un vehículo con ruedas que marcha por un camino duro, parejo y a nivel, tal como una carretera de hormigón. Para cálculos más complejos, la RR de los vehículos con ruedas se expresa como Resistencia al rodado (RR) (toneladas métricas)

= Peso sobre las ruedas x Factor RR (kg por tonelada)

FACTORES TIPICOS DE RESISTENCIA AL RODADO Sist. Métrico

Sist. Ingles

Duro y parejo (pavimento de hormigón o bituminoso que no cede bajo el peso).

20

kg/ton

40 lb/ton

Firme (grava) algo ondulado que cede un poco bajo la carga.

32,5 kg/ton

65 lb/ton

Tipo de Camino

Nieve compacta. Nieve suelta.

1.Kg/ton 45 Kg/ton

50 lb/ton 90 lb/ton

De arcilla dura con surcos, que cede bastante bajo el peso. Se repara muy poco, y no se riega. La 50 kg/ton penetración aproximada de los neumáticos es de 2 a 3 cm (1 pulg - o más).

100 lb/ton

De tierra sin estabilizar, surcado y que cede mucho bajo el peso; los neumáticos se hunden de 10 a 15 cm (4" a 6").

150 lb/ton

Tierra blanda, fangosa y con surcos, o arena

75

kg/ton

100 a 200 kq/ton

200 a 400 lb/ton

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

2. RESISTENCIA EN LAS PENDIENTES RP: Debida a la fuerza de gravedad que actúa sobre el vehículo, la inclinación del terreno ofrece resistencia al MOVIMIENTO DE LA MAQUINA EN EL ASCENSO. RP: es la fuerza de gravedad que debe vencer un móvil cuando marcha cuesta arriba. Esta resistencia se mide también en kilogramos.

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

Actúa sobre el peso total de cualquier vehículo, ya sea de ruedas o de orugas. En los trabajos de movimiento de tierra, las PENDIENTES (m) se miden generalmente en porcentajes de inclinación o sea la relación entre la diferencia de nivel de dos puntos dados y la distancia horizontal que los separa.

m = dv dh

5m (dist vertical) 100 m (dist. horizontal)

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

Conversión de pendientes, taludes e inclinaciones

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

Si la inclinación es cuesta arriba, en relación con la marcha del vehículo, sé denomina adversa y se requiere mayor potencia. En este caso la RP es un factor negativo. Cuando es cuesta abajo, constituye un elemento favorable de varios kilogramos adicionales en la propulsión del vehículo. Este factor positivo se denomina factor de ayuda (AP) en las pendientes. Sin embargo, cuesta ascendente o descendente, o de un terreno a nivel, siempre se halla presente la RR, y debe calcularse también y agregarse al resultado final.

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

Cuesta arriba --------------------

Resistencia Total = RR + RP

Terreno plano -------------------

Resistencia Total = RR

Cuesta abajo --------------------

Resistencia Total = RR - AP

Factores que determinan la POTENCIA NECESARIA:

Tanto la resistencia como la ayuda en las pendientes se calculan en la misma forma. Una regla empírica, basada en la experiencia, determina que por cada 1% de desnivel, se produce una fuerza adversa o favorable de 10 kilogramos por tonelada de peso del vehículo. Esto es adicional a la resistencia al rodado, y puede expresarse en la siguiente fórmula:

RP = (Peso Total + Peso de Carga) x (10 kg por ton)x (% de Inclinación) (ó AP)

¿QUÉ FACTORES DETERMINAN LA POTENCIA DISPONIBLE? TRACCIÓN EFECTIVA O AGARRE: Es la capacidad que tienen las ruedas u orugas de aferrarse a la superficie del suelo. Es un un factor que limita la potencia. Uno de los factores más importantes que determinan la fuerza de tracción es el peso de la máquina mismo.

Ningún tractor es capaz de ejercer una fuerza de tracción superior a su peso. Lo que indica la fuerza de tracción es el peso sobre las ruedas propulsadas. V. g., si en un móvil las ruedas propulsadas soportan el 40 % del peso, sólo puede ejercer una fuerza de tracción máxima equivalente al 40 % de su peso. ¡Pero!

Ese valor depende finalmente de las condiciones del suelo.

¿QUÉ FACTORES DETERMINAN LA POTENCIA DISPONIBLE?

ALTITUD: Al aumentar, disminuye la presión atmosférica y baja la potencia de todo motor de aspiración natural. Se reduce la fuerza de tracción del vehículo.

Los efectos de la ALTITUD Al aumentar la altitud de los trabajos de movimiento de tierra, disminuye la presión atmosférica y baja la potencia de un motor. Caso de MOTORES DE ASPIRACION NATURAL

Para los motores sin turbo alimentación se considera una pérdida del 1% cada 100 m a partir de los 1000 m de altitud.

¿QUÉ FACTORES DETERMINAN LA POTENCIA DISPONIBLE? Los kilogramos de tracción requeridos no varían con la altitud. Lo que disminuye, a medida que aumenta la altitud, es la fuerza de tracción disponible.

Tema 7: TIEMPO DE CICLO

TIEMPO O DURACION DEL CICLO

¿CUANTO TIEMPO se requiere para hacer un trabajo?

¿CUANTOS MINUTOS invierte una máquina en hacer un VIAJE de IDA y VUELTA?

EL TIEMPO necesario, para el viaje de ida y vuelta, de una máquina de transporte de carga se denomina TIEMPO DE CICLO.

El tiempo de ciclo es el que invierte un camión para llevar a cabo todas estas operaciones. Ciclo de camión: operaciones de carga, acarreo, descarga y retorno

VIAJE CARGADO

ESPERAS

CARGA

MANIOBRAS CARGUIO

MANIOBRAS DESCARGA

DESCARGA

VIAJE VACIO

¿Cuál es el tiempo de ciclo de un cargador?

¿Cuál es la razón más importante para calcular el tiempo de ciclo?

La razón más importante para calcular el tiempo de ciclo es:

La razón más importante para calcular el tiempo de ciclo es:

¡reducirlo!

La reducción del tiempo se obtiene por medio de: mejor planeamiento u organización del trabajo.

La reducción del tiempo se obtiene por medio de: mejor planeamiento u organización del trabajo.

No se debe olvidar que el "Tiempo es Oro"

EL TIEMPO DE CICLO consiste de dos partes que se denominan

TIEMPO FIJO TIEMPO VARIABLE

Tiempo Fijo: es el que invierte una máquina, durante el ciclo, en todo aquello que no sea acarreo y retorno. Incluye el tiempo para:

cargar, descargar y, maniobrar en el curso del trabajo.

Todos estos tiempos son más o menos constantes, sea cual sea la distancia a que se lleve o acarree el material.

Tiempo Variable: es el que se necesita para el acarreo o, el tiempo invertido en el camino acarreando el material y regresando vacío,

Varía con la distancia hasta la zona de vaciado y la velocidad de los camiones.

El tiempo total de un ciclo determina el número de viajes por hora. “Pega” del ingeniero: obtener el mayor número posible de viajes por hora. Esto significa que debe reducir y mantener al mínimo el tiempo del ciclo. Existen ciertas normas para conseguir la disminución del tiempo en los ciclos. Estas normas son de sentido común.

¿COMO REDUCIR EL TIEMPO FIJO?

¿COMO REDUCIR EL TIEMPO VARIABLE?

PRODUCCION

El número de VIAJES por HORA y de METROS CUBICOS por VIAJE determinan la producción de un equipo de remoción de tierra.

OBJETIVO DE LA PRODUCCIÓN: mover grandes cantidades de material al COSTO MAS BAJO POSIBLE. „

PRODUCCION

Ciclos por hora =

60 minutos Tiempo de ciclo en minutos

Conociendo el número de ciclos por hora, se puede calcular la producción por hora.

Producción hra = (Metros cúbicos (b) x N° de ciclos / hra (m3 en b) ciclo

¡Pero LOS HOMBRES Y LAS MAQUINAS no trabajan 60 minutos en cada hora! se debe aplicar entonces un COEFICIENTE DE EFICIENCIA en los cálculos de producción.

El factor de eficiencia en el trabajo depende de: factores humanos: administrativos Los operadores (experiencia, dedicación, habilidad). El tiempo atmosférico. Las fallas de las máquinas. El grado de disponibilidad de repuestos. La atención técnica, etc.

Ej. de "Regla Empírica" para calcular la eficiencia del trabajo cuando las condiciones son normales.

Los tractores de orugas generalmente trabajan 50 minutos/hr. Máquinas de neumáticos trabajan 45 minutos/hr. Se puede determinar entonces la producción utilizando un Factor de Eficiencia.

Horas Efectivas de Trabajo

Factor de Eficiencia

50 min. / hora 45 min. /hora 40 min. / hora

0,83 0,75 0,67

Producción Estimada = Producción (m3/ hr de 60 min) x Factor de E (m3/hr)

Algunas razones para el FE

Administración

depende de factores humanos y de los operadores experiencia, la dedicación y la habilidad.

Tiempo atmosférico

Lluvias, nieve, sequías,

Ambiente

Regulaciones, verdes

Política

Estabilidad

Fallas en máquina

Calidad, mal uso, capacitación

Disponibilidad de repuestos

Seriedad empresas

Servicio técnico

Profesionalismo, calidad

Sismología

Producción utilizando un Factor de Eficiencia empírico: Horas Efectivas de Trabajo 50 min. / hora 45 min. /hora 40 min. / hora

Factor de Eficiencia 0,83 0,75 0,67

CALCULO CAPACIDAD BALDE PALA HIDRAULICA

The following method of calculating the capacity of Buckets for Hydraulic Excavators is representative of the method used by most O.E.M. Heavy Equipment Manufacturers. Similar methods are used for Rating Buckets for Wheel Loaders. Our page, Buckets for Hydraulic Excavators shows samples of some of the many different shapes and style of buckets. Our section Hydraulic Excavator Bucket Terminology defines some of the many terms used in discussing these products. The Society of Automotive Engineers publishes standards that define Bucket Capacities for Wheel Loaders and other machines. For detailed information contact SAE directly on their Web site and ask for: • SAE Standard J296 - "Excavator Hoe Bucket Rating"

EXCAVATOR HOE BUCKET RATING 1. Purpose – The purpose of this standard is to provide a uniform method for determining the SAE rated capacity for hoe buckets. The calculations are based on the inside physical dimensions for the bucket only, without use of optional side cutters, spill guards, teeth, or other accessories and without regard to bucket action provided by any specific machine. 2. Scope – This standard applies to hoe buckets on all excavators with a hoe attachment. 3. Definitions 3.1 SAE struck capacity is the volume of the bucket after it has been struck at the strike plane. The strike plane shall pass through the top back edge of the bucket and the cutting edge. (See Fig.1.) Variance (whether angular or curved protrusions) of side plates leading edge beyond the strike plane, dimension C1, shall not be used to increase volume VS shall be that bounded by the strike plane and the inside contour of the bucket. If the bucket is open between the mounting holes, this opening shall not be a factor in determining the volume. (See Fig.1) Variance (whether angular or curved indentations) of the side leading edge from the strike plane, dimension C2, should be no greater than D/12 for the purpose of calculating capacity where "D" represents the bucket opening. (See Fig.1) If dimensions C2 is greater than D/12, the volume V8 must be calculated by using the actual volume of the bucket when it has been struck across the strike surface. (See Fig.2)

3.2 SAE rated capacity is the sum of the SAE struck capacity and the material heaped on the bucket at a 1:1 angle of repose. (See Fig. 1 and 2.) This in no way implies that the hoe must carry the bucket oriented in this attitude, or that all material will naturally have a 1:1 angle of repose.

VR = VS + VE 3.3 Definitions of terms used in the equations: VS = SAE struck capacity VR = SAE rated capacity VE = excess material heaped at 1:1 angle of repose D = bucket opening 3.4 SAE struck capacity shall be according to the following table: Range of Rated Sizes English

Increments

Metric 3

English 3

3

Metric

Under 7 ft

Under 0.2m

.05 ft

0.01 m3

7 ft3 up to 0.5 yd3

0.2 up to 0.4 m3

1 ft3

0.02 m3

0.5 up to 3 yd3

0.4 up to 2.3 m3

0.125 yd3

0.1 m3

3 yd3 and over

2.3 m3 and over

0.25 yd3

0.2 m3

The SAE rated capacity shall be in the same range of rated sizes and increments as for the SAE struck capacity. If the calculated capacity falls below a rated size by more than 2%, use the next lower rated size. 4. Width – When bucket width is specified, both a "bucket width" and a "cutting width" should be stated. 4.1 The "bucket width" is measured over the sides of the bucket at the lower lip without teeth or side cutters attached. (See WB, Fig. 3.) 4.2 The "cutting width" is measured over the teeth or side cutters. (See WC, Fig. 3.)

Fig. 1 - BUCKET CAPACITY, TYPE A

Fig. 2 - BUCKET CAPACITY, TYPE B

Fig. 3 - BUCKET WIDTH BUCKET PAYLOAD An excavator’s bucket payload (actual amount of material in the bucket on each digging cycle) is dependent on bucket size, shape, curl force, and certain soil characteristics, i.e., the fill factor for that soil. Fill factors for several types of material are listed below. Average Bucket Payload = (Heaped Bucket Capacity) 2 (Bucket Fill Factor) Material

Fill Factor Range (Percent of heaped bucket capacity)

Moist Loam or Sandy Clay

A — 100-110%

Sand and Gravel

B — 95-110%

Hard, Tough Clay

C — 80-90%

Rock — Well Blasted

60-75%

Rock — Poorly Blasted

40-50%

NOTE: For bucket fill factors for hydraulic excavators, see Bucket Rating - Wheel Loaders section.

See our section on Bucket Terminology - Hydraulic Excavators for more information.

CALCULO CAPACIDAD BALDE CARGADOR FRONTAL

FRONT END LOADER BUCKET RATING 1. This discussion describes a method for determining the average volume of an average material carried by the bucket of a front end loader. The calculations used result in a realistically conservative heaped volume. They are based on physical dimensions of the bucket only without regard to bucket action provided by any specific machine. It has been determined that for rating purposes, a nominal heaped load will have a 2:1 angle of repose when the bucket is oriented as shown in Figs. 1 and 2. This in no way implies that the loader linkage must carry the bucket oriented in this attitude, or that all materials will naturally have a 2:1 angle of repose. 2. Rated capacity shall be expressed in cubic yards for all sizes ¾ cu yd or over, and in cubic feet for all sizes under ¾ cu yd. It shall be stated as the "Nominal Heaped Rating." 3. Rated capacities shall be stated in intervals of 1 cu ft for buckets under ¾ cu yd, 1/8 cu yd for buckets from ¾ to 3 cu yd, and ¼ cu yd for buckets over 3 cu yd. 4. Measurements and calculations are outlined in the Figs. 1 and 2. All linear measurements are in inches and the resulting volumes are in cubic inches. These are to be converted to cubic feet or cubic yards as specified above. If the calculated value falls below a given rating interval by more than 2%, the next lowest interval shall be deemed to be the rating. EXAMPLE: A calculated value of 1.95 cu yd is under 2 cu yd by more than 2% and, therefore, the proper rating on the basis of the measurements and calculations is 1-7/8 cu yd. 5. To determine the rated capacity it is necessary to first determine the struck capacity. It is defined as the volume of material retained in the bucket after a heaped load is struck by drawing a straight edge across the width of the bucket with one end of the straight edge resting on the cutting edge and the other end resting on the uppermost portion of the bucket back sheet or spill guard. (See SAE J731.) For buckets with spill guards the struck capacity can be expressed by the following equation: V8 = AW – 2/3a2b where: A = cross section area at the center of the bucket; sq. in. W = average inside width of the bucket; in. a = height of the spill guard at the center of the bucket normal to the strike line; in. b = length of opening at the center of the bucket; in. For buckets without spill guards, the struck capacity is expressed as follows:

V’ = A’W Where: A’ = cross section area at the center of the bucket; sq. in. If struck capacity is shown in addition to the nominal heaped rating, it should be shown decimally to three significant figures. NOTE: Where the terms A or A’ occur, they may be determined on an accurately drawn layout by use of a planimeter or by accurately cutting a template to fit the bucket profile. The template must be placed in a plane normal to the bucket back sheet and equidistant from corresponding points of the bucket side sheets.

Bucket Heap Diagram

6. Using the 2:1 angle of repose of the heaped material, the rated capacity is expressed as follows: Vr = Vs + b2W/8 – b2/6(a + c) Where c is the length on a normal to the strike line. On one end it is determined by the assumed crest of the material. On the other end it is determined by the intersection with a line from the bit or cutting edge tip to the base of the spill guard. For buckets without spill guards, the rated capacity is expressed as follows: Vr = Vs + b2W/8 – b3/24

7. This method applies primarily to regular buckets having parallel sides and a cutting edge parallel to the edge of the spill guard or back sheet. Moderately clipped spill guard corners will introduce no appreciable errors. 8. The addition of any auxiliary guard to protect against spillage of material which might injure the operator will not be included in bucket capacity calculations. It is recommended that such a guard be of "see through" construction.

BUCKET FILL FACTORS Loose Material Fill Factor Mixed Moist Aggregates

95-100%

Uniform Aggregates up to 3 mm (1/8")

95-100

3 mm-9 mm (1/8"-3/8")

90-95

12 mm-20 mm (1/2"-3/4")

85-900

24 mm (1") and over

85-900

Blasted Rock Well Blasted

80-95%

Average Blasted 0

75-90

Poorly Blasted 0

60-75

Other

Rock Dirt Mixtures

100-120%

Moist Loam

100-110

Soil, Boulders, Roots

80-100

Cemented Materials

85-95

NOTE: Loader Bucket Fill Factors are affected by bucket penetration, breakout force, rackback angle, bucket profile and ground engaging tools such as bucket teeth or bolt-on replaceable cutting edges. NOTE: For bucket fill factors for hydraulic excavators, see Bucket Rating - Hydraulic Excavators section.

Bucket Terminology Wheel Loaders Link to: Bucket Terminology - Hydraulic Excavators

As in other parts of the heavy equipment industry, there are numerous terms used to describe the same thing. We've picked on some of the common terms and their synonyms that are used when describing Wheel Loader Buckets. Wherever possible we have used hot links to pictures and diagrams to graphically define terms instead of using written definitions. Link to our page Wheel Loader Buckets for descriptions and photos of many different types of buckets or to our Field Worksheet page for a handy form to be used when gathering information to establish the capacity.

Bucket Types IMAC

Optional

General Purpose

• Standard Bucket • Basic Bucket • Common Bucket

Heavy Duty

• Rock • Extreme Service

Light Material

• Sand • Woodchip • Coal

Cutting Edges

Bucket Parts

IMAC

Optional

IMAC

Optional

Base Edge

Straight

• Straight Lip • Standard Edge

• Lip • Cutting Edge

Shell

• Back • Body

Spade Nose

• Vee Lip

Semi Spade

• Semi-Vee

Side Plates Spill Guard Corner Bit Side Bar

Flat Bottom • Standard Bottom Wedge Bottom

• Sloped Floor • Tapered Bottom • "Cat" Style

• Spill Board

• Side Cutter • Side Edge

Lugs

• Ears • Hinge Plates

Frog

• Box Beam • Torque Beam • Backbone

Skid Bar

• Wear Plate

Heel Plate

• Wear Plate

Adapter and Tooth Side Wear Plate

• Cheek Plate

Wedge Bottom Construction

Wedge Bottom Construction Skid Bar & Heel Plate Showing plus Extra Intermediate Wear Bars

Flat Bottom Construction

Flat Bottom Straight Edge c/w Bolt on Adapters & Teeth featuring "Corner Guard" outside adapters

Base Edge Types Wheel Loader Buckets

Our section entitled Rating Wheel Loader Buckets describes the most common method of rating these products. Be sure to turn there and study it to learn more.

Field Worksheet Wheel Loader Bucket Measuring Print this page and use it to record all the information needed to properly calculate the capacity of Wheel Loader Buckets according to the Bucket Rating Standard published on this Web site or in SAE's Standard - J742b. Our Wheel Loader Bucket Terminology page is useful when trying to define the details of a bucket. Look it over and see if it helps you with your next bucket project. Equipment needed: Straight Edge, 2 foot carpenters square, tape measure, level, inclinometer, a copy of this diagram and for big buckets, an extra pair of hands.

Determining Correct Wheel Loader Size for High Production Job Demand: LOAD AND CARRY APPLICATION. Wheel loaders are perceived as “go anywhere all-terrain multi-purpose utility workhorses”, but can be an expensive means to move earth if their application and concept basics are incorrectly job calculated and misapplied on site. Most of their installed power by concept design is used to overcome their own weight inertia and exert underfoot grip co-efficient, limiting bucket payload capacity potential. Barloworld Equipment markets an extensive renowned range of Caterpillar wheel loaders, from the Cat 914G (67 kW nett – 7,4 t – 1, 4 m3) up to the Cat 988G (354 kW nett – 51 t – 6,6 m3), and beyond with larger mining size machines (the Cat 990 – 992G & 994D). Kenn Smart , application and product manager, Barloworld Equipment, provides some insight, on a self teach basis, on how to assess and determine an appropriate size machine matched to a production orientated job, particularly in a LOAD AND CARRY situation: A common deficiency among users in southern Africa, he says, is that there is a distinct tendency to acquire wheel loaders that are too small in size and capacity for a specific high demand production job. Hence, owners/users are handicapped with underperformance and high unit cost from the outset, limiting or suppressing system output/throughput potential and incurring a higher extracted cost per tonne of material moved ; a lowered machine availability and longevity period (UEL = Useful Economic Life), and an increased operating and maintenance cost, coupled to problematic mechanical downtime. Basically, wheel loader unit size matched to an actual job assessment is more complex than is generally appreciated. The initial determination of appropriate work factors is often overlooked or not brought into the application scenario and perhaps this is where the deficiency lies. Over shorter haul distances from extraction face to dump zone (+/- up to 100m one way), wheel loaders are now used more frequently with good economics and effectiveness in LOAD AND CARRY prime productive applications: The objective is to lessen or avoid the capital investment and supporting logistics of acquiring an integral, and often unnecessary, dedicated haul truck fleet. But the key is to correctly size, spec. and configure the wheel loader from the outset.

1

Prerequisite LOAD AND CARRY factors to fix or calculate correctly beforehand are: • Material to be handled: class type (C1 to C4) and fragmentation, lump sizing/structure: pre-treatment/pre-loosen method if applicable and resistance to bucket penetration; heaping ability; loadability; in situ and loose density relevant to moisture content; swell factor; t.p.h. requirement vs number of work shifts, etc. All earthmoving machine buckets are rated in loose m3 volume. • Bucket Choice: flat (for aggregate type materials, or softs), or curved bottom bucket for optimum digging force (for hard lumpy types); bucket shape; GET (Ground Engaging Tools) choice; wear protection and the effect on filling time and bucket fill factor/ability. Incorrect bucket technology and capacity sizing can have a dramatic negative effect on machine output performance and associated operating costs. An understanding of wheel loader static versus dynamic tipping load design restraint is required to exploit full capabilities. • Underfoot Condition and Haul Route/s: preparation and maintenance of load and dump area surfaces, plus that of haul route/s underfoot (often a major on site failing = the performance, operating cost and longevity ability of mobile earthmoving equipment is directly proportional to the quality of the running surface maintained and on which it must operate); grade/s resistance/assistance to traverse; haul distance/s; rolling resistance/tyre penetration; tyre type suited to underfoot and grip co-efficient ability (L2 to L5); dust control; inclement weather, etc. • Operator Proficiency and Supervision Expertise: Many a machine is blamed for under performance due to the lack of adequate personnel with on-the-job operating and supervision experience, planning vision and method expertise. • Load Receiving Arrangement/Dimensions: hopper height/match (or truck) at discharge point; clearance area for dump and manoeuvre; eliminating time consuming switchbacks or inconveniences to attain high tramming speed; maintaining correct extraction face/bench height and arrangement at loading area, which influence bucket filling time and the fill factor, etc. • System Lost Time Factors: assessing, controlling and minimising erosive lost time which penalises machine productive uptime and usage on the job = can be a prolific system time penalty if neglected, resulting in low overall job efficiency. Striving for a high minute/hour job efficiency by curtailing time losses should be a first rule on any site. Losses come in many forms: mechanical down time; servicing periods; refuelling; shift change; lack of planning and safety; outside interference/s; absenteeism; improper job set-up; lack of discipline, etc. We examine below, for calculation by the reader, a typical exercise to CALCULATE WHEEL LOADER SIZE FOR A GIVEN JOB ASSESSMENT. [refer to the Caterpillar Performance Handbook No. 32 (latest edition) for more information on this selection process.] THE JOB : determine size of Wheel Loader (simplified, as a one machine requirement in this instance) to move by LOAD AND CARRY means 220 tph (every hour), of loose calcrete material from stockpile to hopper intake, over a one way haul distance of 50 metres. KNOWN JOB FACTORS to use/apply : (use only those shown)

2

• • • •

• • • •

Material: class 2 type, loose, more powdery than lumpy, non abrasive; slightly moist, but not wet or sticky; 1,6 t/m3 loose density; bucket fill factor and retention “on the run” = 90%. Bucket: curved bottom type, materials handling purpose, with teeth and segments. Underfoot Conditions: well maintained hard, smooth, dirt running surface/s and work area/s, watered frequently. Haul Route/s: from stockpile level at face area, to discharge at hopper intake 50m one way (use this as overall distance between load and discharge points) with a constant upgrade of 3%, up and onto a level landing at same horizontal with hopper top; return route is a mirror image of loaded haul description; rolling resistance = 3% (tyre grip co-efficient, radial type). Operator Proficiency: 90% constant. Overall Job Efficiency: 45-minute hour. Typical Wheel Loader Cycle Factors to use: fill bucket at stockpile face and manoeuvre to turn = 25 seconds; dump into hopper and manoeuvre to turn = 10 seconds. Refer to the Caterpillar Performance Handbook No. 32, wheel loader speed graphs to calculate loaded and empty travel times.

ANSWER: holistically, you probably determined that a wheel loader with a bucket capacity of +/- 3,75m3 would suffice in this instance. This matches with a CAT 966G SERIES 2 model, weighing 23 t, with 184 kW nett installed power. For future job capacity reserve and machine component conservation, it might be prudent to step up one size and select the CAT 972G (>4,3m3 – 25 t – 198 kW nett.)

Caterpillar Series II medium wheel loaders The latest wheeled loaders in the Caterpillar range are the Series 2 machines which host a number of features unique to Caterpillar Variable shift control (VSC), standard in 950GII through to 980GII, provides an economy mode which allows the machine to upshift at lower engine RPM versus the standard mode. Particularly good for load and carry operations, the easier smoother shifting provides benefits in reduced fuel consumption and lower sound levels. VSC allows the operator to match the machine’s shift pattern to the application. Integrated braking system provides downshift and neutralizer logic to the left pedal, enabling downshifting to next lower gear for downhill retarding as well as full brake and neutralizer operation. By providing retarding through the powertrain, the system transfers energy away from the brakes resulting in lower axle oil temperatures. With correct usage, it also reduces load times and therefore productivity can be increased relative to a machine without this system.

3

Electronic engine management allows for the engine to produce maximum power in the working range rather than at rated RPM. The combination of more available torque and maximum power in the entire working range improves response, provides greater rimpull and faster cycle times. Coupled to the engine management system is a temperature sensing on-demand fan which slows fan speed at low temperatures and increased speed when required. Lower average fan speeds contribute to lower fuel consumption, lower noise levels and reduced radiator plugging.

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Volume 12 Number 1

® ®

Cat 312B excavator dives into pool business — — page page 16 16

dealer page 2

IN THIS ISSUE 4

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Expand your business J Bar S Construction uses telehandlers to perform many jobsite chores.

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CAT SPIRIT!

Equipment management Take your pick from today’s work tools. They can add profitable versatility to most any Cat machine.

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NASCAR Update The 96 car has a new home.

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Local news

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Business management Rent or Own? There are good reasons for each option.

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Getting more done Diversified Excavation, Phoenix, Arizona, has built a reputation, and a $3.5 million dollar business, with the help of a Cat 312B.

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Equipment maintenance Get ready for the busy season. With Spring just around the corner, make sure your equipment is ready.

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Technical corner Cat C-series backhoe loaders now offer a Power Shift transmission.

On Your Own magazine offers information on equipment selection, application, operation and maintenance as well as news and tips on other subjects of interest to excavation contractors. If you have any ideas or questions, please send them to On Your Own, 2727 N. Grandview Blvd. Suite 301, Waukesha, WI 53188, or fax to (414) 650-9261. Every effort has been made to assure specifications in this magazine are accurate. For latest machine specifications, consult with us, your Cat dealer. Volume 12 Number 1. This magazine is published quarterly on behalf of Caterpillar and your Cat dealer by Northbrook Publishing, a division of Randall Publishing, Inc., 2727 N. Grandview Blvd., Suite 301, Waukesha, WI 53188. Phone (414) 650-9260. Printed in the U. S. A. ©1998 Caterpillar

Reding’s Gravel & Excavating Co. employees decided to enter a local Christmas decorating contest in Algona, IA. The Cat machine was outlined with red lights and chaser lights were used on the tracks. Presents in front of the Cat tractor are made from scrap plywood. The effort earned second place in the contest. The machine was featured by local newspaper and radio. The company also received many compliments and comments. Reding superintendent Mark Erpelding says everyone had a good time showing their “Cat Spirit.”

How do you show your Cat Spirit? Have you promoted your business and Cat equipment in a novel way? Or do you have any photos of Cat equipment used years ago? Share them with us. If we use your idea, we will send you $50 after the story is published. Send your idea to: Cat Spirit! 2727 N. Grandview Blvd., Suite 301 Waukesha, WI 53188

ON THE COVER: Cat 312B excavator helps Phoenix contractor dive into the pool business. ON YOUR OWN • 3

EXPAND YOUR BUSINESS

On a mission COMPANY CREED SETS THE TONE FOR QUALITY Service. Quality. Integrity. These three things set Jerry Staley’s business apart from the competition.

sk Jerry Staley any question about his company. What sets you apart from the competition? What do you look for in an employee? What do you expect from your machines? Every answer starts with three words. Service. Quality. Integrity. This philosophy is embodied in the mission statement of J Bar S Construction, Filer, Idaho. Staley makes sure this creed is more than words on paper. He applies it to every facet of his commercial and industrial contracting business. For example: • At monthly safety meetings, an employee is randomly selected to recite the mission statement. After that, it is reviewed with everyone to demonstrate how it applies to their daily work and how it relates to quality and customer satisfaction. • Every morning from 7:30 to 9 there is a management meeting. These three words are measured against accounting, purchasing and estimating disciplines. • Superintendents meet every Friday to discuss project status and personnel and equipment needs.

A

Again, the mission statement is applied to work-in-progress. Another question for Staley. Why are you so dogmatic about running a business based on a few sentences? “If our people aren’t service oriented and doing a quality job,” he says, “then the goals of the company won’t be achieved. This extra effort we take is intended to keep on top of hot spots. Let’s face it, sometimes things slip through the cracks; challenges are put on the back burner if they aren’t discussed everyday. I believe that if the small things aren’t taken care of, pretty soon there are unhappy customers. Our desire is to do good work for a fair price. When customers pay for something, they need to be assured that the project will be taken care of.” Learn by experience

Until 1985, Staley was a rancher and farmer. He got involved with construction as a part-time laborer, and five years later purchased half the company. Three years later, he sold out to his partner. “To be quite honest,” Staley says, “when I sold out in 1993 I thought I’d go back to ranching. I made a deal on some land, but it didn’t work out. I still had a few pieces of construction equipment and subbed out to other contractors. After a while, I decided to go back into business with my own company.” Staley is very much a hands-on manager. In fact, any project he undertakes is completed totally by his company, start-to-finish. Projects include schools,

4 • ON YOUR OWN

“Caterpillar’s Z-bar linkage handles buckets very well. They have good tilt capacity and the horsepower-to-weight ratio is so good that we can push dirt better than any other jobsite telescopic machines The Cat TH83s will even dig below grade,” Staley says.

Caterpillar Telehandler. Last summer, the company had as many as four machines on the job. At present, J Bar S owns one Cat TH83 and leases one TH62. “We usually start most jobs with an excavator,”

Staley says, “ and then bring on a Cat Telehandler to finish up. We use telehandlers for material handling, then put on a bucket to move dirt and backfill. We need a versatile machine. I don’t like machinery sitting around because it doesn’t generate any revenue. The telehandlers are very cost effective.” J Bar S uses several attachments, including pallet forks, buckets and several carriage configurations. For stability when raising frames, optional outriggers are specified. The Cat Telehandlers have all-weather enclosed cabs to stave off the unpredictable weather in southern Idaho. This option package features a front wind-shield wiper and washer, heater/ defroster, and a sliding rear window. The pilotoperated joystick is a standard feature Staley’s operators’ appreciate. “We’ve used other telescopic machines,” he says, “but we like Cat Telehandlers better because of the single joystick. Cat Telehandlers allow our operators to precisely control multiple boom functions at the same time, so our operators don’t get as tired. Plus, because the controls are so similar on all Cat machines, we don’t need a special school for operators on each machine. With Caterpillar, our operators can climb out of one machine and get into another with confidence.” Operator comfort and visibility are important to J Bar S. Besides plenty of head, leg and elbow room, the TH83 has a tilt steering column and suspension seat. With the engine and transmission located on the right side of the machine, the boom sits lower for greater visibility to the right side. Flexible fenders resist damage without obstructing visibility to the tires or ground. “These machines are built with lots of cab glass and well positioned mirrors so operators can see,” Staley says. And we make good use of the lights for night work.” The TH83 has a maximum lift capacity of 8,000 pounds, which handles the material weight requirements on Staley’s jobsites. “We’re a Butler building dealer,” Staley says,

EQUIPMENT MANAGEMENT

Take your pick from today’s work tools T o reach your profit potential, you have to work smart and work fast. More than anything, your equipment must be versatile, able to handle many types of jobs efficiently. One way to accomplish this is to equip your machines with a variety of work tools. With Caterpillar equipment, you can choose from hundreds of tools and attachments available from us and other manufacturers. Integrated Toolcarriers

Your imagination is the only limit to the many uses of these machines. Quick Couplers are an integral part of Cat integrated toolcarriers. Tool changes are quick and easy, most under 30 seconds. A lever in the operator compartment activates a hydraulic cylinder for positive tool retention or disengagement. More than 100 attachments are available, including buckets, brooms, material-handling arms, plows, blades, pallet forks, rakes, brooms, augers, cold planers and asphalt cutters. The eight-bar parallel design linkage keeps forks level throughout the range of lift, without adjustment. Longer lift arms, taller front tower and higher pivot points offer more lift height and reach than conventional loaders. Superior load

8 • ON YOUR OWN

control is provided by more tilt capacity than lift in almost all positions. For applications not requiring tool changes, Integrated Toolcarriers are available with pin-on buckets and two-valve hydraulics. Wheel Loaders

Caterpillar’s wide selection of general purpose buckets is an integral consideration in wheel loader design to optimize performance. Wheel loader lift arms and loader towers have reinforced construction that resists high load twisting and distortion. Integral spill plates on buckets help reduce spillage. Ground engaging tool choices to match your application and protect your bucket investment include: • bolt-on cutting edges • bolt-on teeth • bolt-on segments • weld-on, flush-mounted teeth

Backhoe Loaders

The Cat single-tilt loader continues to be the best in its class with fast cycle times and large payloads. The optional integrated toolcarrier (IT) loader adds even more versatility with a parallel lift feature for better material handling. Loader attachments

One Cat backhoe loader can be used with many different attachments without the downtime usually associated with implement changes. Adding a quick coupler to the front loader allows

you to choose from a wide range of attachments, including many of those available for Cat integrated toolcarriers. Most attachments can be changed in less than 30 seconds from the operator’s compartment. Attachments available through us include pallet forks, blades, asphalt cutters, sweepers, hammers, compactors and general-purpose and multi-purpose buckets.

day and a day lost. Our full line of quality building construction equipment is designed from the ground up to be the most reliable, versatile and productive machines in the world. ■

Backhoe attachments

More than 17 different backhoe bucket combinations are offered to match the toughest jobsite applications. Standard-duty and heavy-duty buckets are available in widths from 12 to 36 inches for use in easy-to-penetrate, low impact, moderately abrasive soils; high-capacity buckets up to 14 cubic feet of capacity for production digging; and extreme-service buckets for highly abrasive, high impact material like fragmented rock, frozen ground or caliche. Nothing else looks or works like the Cat excavatorstyle backhoe. You reach farther and dig faster. The excavator-style boom also provides additional clearance over obstacles while digging a trench or loading a truck. The extendible stick optional attachment replaces the standard stick and increases reach and dig depth by approximately four feet. Telehandlers

Moving materials from place to place on a jobsite is always a challenge. Caterpillar makes five Cat Telehandlers, differentiated by lift capacity and height. Cat Telehandlers have a quick coupler to change attachments rapidly, allowing you to handle a wide range of materials efficiently with one machine. Versatility is enhanced with numerous carriage, fork and bucket configurations and attachments such as material handling arms, brooms and augers. No matter what job you’re working on, your machine makes the difference between a productive

With more than 100 attachments to choose from, you can make your machine do the work of many on today’s jobsites. ON YOUR OWN • 9

NASCAR UPDATE

New home for #96 CAT TEAM OPENS HOT NEW RACING SHOP

udging by the infectious enthusiasm of American Equipment Racing Business Manager Mike Allison, the NASCAR circuit better be ready for No. 96 in 1998. Part of Allison’s eagerness to start the new racing season is the team’s new 30,000-square-foot shop and administrative facility in Charlotte, North Carolina. “When people drive up to this place,” Allison says, “they know AER is in the big leagues. We know we compare favorably with the best in NASCAR. Our new building just oozes pride. Even the floors are spotless. Plus, we’ve got one year of Winston Cup experience under our belts. Everyone here knows more about what we need to do to be even more competitive this season.” Ground was broken in March 1997, and the building was formally dedicated Oct. 4. Besides Allison and vice president and general manager Brad Francis, there are 25 fulltime employees. The racing shop is the home of up to 12 cars, two for each type of track (super speedway,

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short track, road course and intermediate speedway, plus spares). Equipment is the ultimate in racing technology. Even the paint booth, imported from France, is trés sophisticated. It has superb lighting and ventilation and features a gas-fired bake oven. In the sanding area, dust is vacuumed automatically. Repeatability is key

A key to success in NASCAR is repeatability. That means, once the right race car setup is found, how well can the shop duplicate these measurements with a new or rebuilt car. AER’s old shop had one surface plate, which acts as ground zero for all measurements. The new shop has four, plus three smaller assembly surface plates. Each is milled to six one-thousandths of an inch, and is leveled on the shop floor by lasers. “Race crew members Mike Armstrong and Roy Gidlund can very accurately do all our setup measurements for repeatability,” Allison says. “So, when we find the setup we like for the car we can do it over and over because we know our baseline measurements are accurate.” Allison can’t say enough about AER’s new home. “We are able to do so much more with the car in terms of construction,” he says. “In NASCAR racing, where the slightest miscalculation can mean the difference between the front and the back of the pack, we’re now well-positioned to make a legitimate run to the front.” ■

BUSINESS MANAGEMENT

Rent or own? THERE ARE GOOD REASONS FOR EACH OPTION t’s a fact. Renting is becoming more popular every year. On the other hand, many contractors still prefer to own equipment. Your decision should be based on several factors. How long do you need the machine? How much does it cost? What is your financial picture? And, how extensive is your maintenance program? According to Manfredi & Associates, an Illinois-based construction industry analyst, the rental industry grew more than 2,500 percent from 1982 to 1996. Rental income in that same period rose from $614 million to $15 billion. By the year 2000, Manfredi estimates 50 percent of all new construction equipment will be sold to rental centers.

When does renting make sense?

I

Consider your financial situation

Today, you have to take a closer look at your financial situation. Due to many financial issues, such as cash flow constraints and bonding capacities, you may be better off renting until you’re able to buy. When you have immediate need for a machine, but no other use for it after the job is completed, you’re better off renting. If there is a long-term need, look at a rent-to-own option. An East Coast excavating contractor with 20 pieces of equipment says he rarely rents machines because he believes it is more profitable to buy, even though rental equipment can be written off as a

The American Rental Association lists several reasons why:

• Reduced maintenance costs. A rental

• • business expense. “If I buy an excavator with a $3,000per-month payment,” he says, “when that machine is paid for I have $750 a week in my pocket. I may have to pay $100 a week more in income tax, but I still end up with $650 in my pocket. Granted, I’ve used up my depreciation after five years and I don’t have a cash write-off, but the machine still has another five to seven years of useful life.” A Northwest contractor prefers to buy, but rents equipment as needed. “We rent specific types of equipment for specific jobs,” he says. “If we see we’re going to need a machine for more than a year, then most of the time we’ll buy it.” Renting is cost-effective

Rental provides an inexpensive means to try a new piece of equipment without a long term commitment. Rental equipment provides complete flexibility, with contract periods as brief as a day, week, month, or as long as a year.

• • • •

contract generally covers maintenance. If you own, either your mechanics do the work or you have to pay someone else. Otherwise, the rental company takes care of maintenance. Reduced downtime. If rented equipment breaks down, it is replaced so you don’t lose work time or miss job opportunities. Eliminate equipment storage. When equipment is not being used, it can be returned to the rental center instead of taking up space in your facilities. Save on tax and license costs. Personal property taxes and license costs don’t apply to rental equipment. Fewer logistics problems. Rental centers offer similar equipment nationwide, so it’s likely you’ll find the machines you need wherever you go. No obsolete equipment. Rental centers update inventory annually and usually have the latest models. Capital investment. Renting frees capital for more profitable uses. It also increases your borrowing power by offering a better ratio of assets to liabilities. If you own, regardless of whether you are using the equipment or not, the money clock is ticking. The initial capital outlay ties up money. By renting, these funds can be written off as an operating expense. When the job is finished, you don’t have to worry about a machine sitting idle. ■ ON YOUR OWN • 15

EXPAND YOUR BUSINESS

Diversified Excavation takes CAT 312B EXCAVATOR HELPS PHOENIX CONTRACTOR DIVE INTO THE POOL BUSINESS wimming pool building certainly has come a long way. Gone are the days when a contractor rolled up to a lot and simply dug a hole. Today’s pools come in any shape imaginable. Add fountains, waterfalls, slides and spas. And for several reasons, including aesthetics and economics, excavation must be nearly as precise as a surgeon’s scalpel. Diversified Excavation, Phoenix, Arizona, has built a reputation, and a $3.5 million dollar business, on its ability to do just that — dig a hole to exacting requirements. “Our job is to shape the pool according to a specific design,” president Dan Yung says. “One of the big reasons we must be so accurate in our excavation is the cost of concrete. Anyone can come out with a huge excavator and dig a big hole in the ground, but the cost of concrete to fill it in and shape it would be tremendous. We have gotten more and more precise with the excavation of the hole so there is a minimum amount of concrete necessary to construct the pool.” For example, one of Diversified’s current projects is on a beautiful site high atop a mountain overlooking the Valley of the Sun. This particular pool will be constructed along the contours of the hillside. “There is a lot of hard rock in this project,” Yung says. “There’s granite about

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“We base our business on being dependable, and that’s what we expect from our equipment manufacturer. — Dan Yung

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two feet below the surface. We’ve cut out part of the mountain and backfilled on top of the rock, but in order to dig the pool deep enough, we’ve got to go through solid granite. Also, there are some water features in the pool design, including a raised spa. All of this just makes the job more difficult.” On this project, it’s primarily the rock that makes this task so daunting. Diversified relies on a Caterpillar 312B excavator with a hydraulic breaker to do rock excavation. The excavator is equipped with an optional blade, used primarily for stability in soft dirt.

the plunge “Most contractors use the blade option to backfill trenches,” Yung says, “but we need it more for stability. We always felt we could do a better job with an excavator, as opposed to a backhoe, but stability was our biggest concern. We didn’t think it was possible to have the best of both worlds with an excavator until we asked our local Cat dealer. He said a blade was available as an option, and now we’re set. We can position the excavator just the way we need to get at corners. The blade helps level the excavator to give us the working angle we need.” Modest beginnings

Starting the company in 1991 was not a hasty decision. Yung, 31, worked for a pool company during summers while attending college. One of his partners, Kent Leach, 34, also worked for this company. There is a third partner, Varrel Herndon, 30. Yung graduated with a finance degree, and forgoing a gloomy job market, decided to start his own company. Leach remained with the pool operation, but helped Yung part-time. The young company soon developed a niche market. They had a small dump truck and skid steer loader, which gave them opportunities in tight access pool digs. “There was a need for this type of excavation,” Yung says, “and not many who could do it. Other contractors would rent a machine on a per-job basis. But as demand increased, we had the equipment and answered the call.” By March of 1992, the pool company that had employed Yung and Leach got out of the excavating business. The pair bought some of their equipment and added four trucks and trailers and a backhoe, operating three crews. Two years later, Diversified got its first Cat excavator. They had tried another manufacturer’s machine, but were skeptical about excavators. “We thought they were too big,” Yung says. “We were used to backhoes and rubber tires. But we knew there would be growth in the pool business and demand for bigger equipment to be more productive. We started buying 10-wheel trucks, which we needed to pull larger excavators. We almost doubled production with excavators, compared to backhoes, and we found that excavators can fit into a tighter area.” Today, Diversified Excavation maintains accounts with some of the larger pool companies in

Phoenix, digging several thousand pools a year. Equipment includes 13 tractors and 18 dump trucks. There are 7 crews working year-round. Caterpillar excavators include two 312Bs and three older models. “Having the right equipment is one of the keys to our success,” Yung says. “Machines have to be big enough to do the job, but not too big so they’re in the way. Excavators must be able to get into small places. And, we couldn’t do the job without the right attachments. We opted for a hydraulic Hendrickson quick coupler, because operators can change attachments from inside the cab. We go back and forth from a hammer to a ripping bucket to a ripping tooth. The hydraulics make attachment changes easy and fast. It takes our operators about 20 seconds to change a bucket, as opposed to several minutes with a mechanical coupler. Plus, they don’t

Diversified chooses the blade option for stability. The blade helps the excavator to give the operator the working angle he needs.

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“We’re virtually changing attachments every 15 minutes.” — Kent Leach

have to get out of the cab, which is safer.” Leach agrees. “We’re virtually changing attachments every 15 minutes,” he says. “We couldn’t do that if we had to pull pins. The blade on the Cat 312B has really helped us. When we’re using a jackhammer, it keeps the excavator in position. There is increased operator comfor t because the machine’s not moving as much, and that’s also easier on equipment.” Diversified uses a screen bucket of its own design. “We have to over-dig pools one foot to allow for plumbing pipes,” Leach says, “and we used to have to haul material back in. We developed a bucket so we could screen our own material onsite. We don’t have to move excavators to bring in trucks and move everything else around, which takes a lot of time.” More production

Productivity remains the primary reason Diversified shifted equipment from backhoes to excavators. “We get a lot more production with excavators,” Yung says. “They work faster and load trucks faster. They are more maneuverable in smaller areas and get through harder material better than a backhoe. That increased our profitability by cutting time in half on a hard rock dig.” Operator comfort is another benefit of the Cat 312B. “The Cat 312B is smoother than any other excavator I’ve been on because of the hydraulic controls,” Yung says. “They’re very responsive, not jerky. This gives our operators the feel and control they want. And, these Cat machines are quiet and powerful. The controls are positioned correctly, the seat is comfortable and there’s air conditioning and a stereo, things the operator want. It makes a 12hour day a lot easier to deal with.” Diversified is moving more and more to leased equipment. “We find leasing costs only a little more compared to actual machine payments,” Leach says. “If economy goes sour, we can turn back the machine. Plus, we’re running newer equipment. Caterpillar is more innovative in terms of

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financing options. They provide us with a good program.” Diversified finds because its Caterpillar machines are so dependable, they don’t have need for extended service agreements. “Our Cat dealer always has parts in stock,” Yung says. “We’ve dealt with other equipment manufacturers who don’t even have oil filters, and can’t get them for a week. In a production business, we can’t afford to wait on parts.” “Our Cat dealer has a lot of integrity,” Leach adds. “We know we’ll be taken care of if we have problems. That goes without saying with Caterpillar, and the same can’t be said for some of the companies we’ve dealt with. And, Cat’s corporate people actually listen to us. We told them they needed to put radios in excavators, for example, and a few months later they were offered. It’s rewarding for us to know that they listen and act on our input. It makes us feel it was worthwhile for us to take the time for them.” Dependable company

Integrity forms the basic philosophy of Diversified Excavation. “Since we started,” Yung says, “we are on the job when we say we’ll be there, and we do quality work. We’ve maintained that attitude over the years, and it’s helped build our reputation.” “We base our business on being dependable,” Leach adds, “and that’s what we expect from our equipment manufacturer. We can count on our Cat dealer to back us up fast if an excavator goes down. Caterpillar gets our equipment up and running in a day.” Dependable performance and reliable Cat machines should keep Diversified swimming along successfully for years to come. ■

EQUIPMENT MAINTENANCE

Get ready for the busy season WITH SPRING JUST AROUND THE CORNER, MAKE SURE YOUR EQUIPMENT IS READY he view outside may not look like spring, but your busy season is just around the corner. If you’ve had equipment shut down for winter, it’s time to get it ready to work. How you take equipment out of storage will have a lot to do with how well it performs when you’re ready to roll again.

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Start with your electrical system

Check the battery for cracks, corrosion, leaks or other damage. Make sure all connections are tight and free of corrosion. Be certain to check the posts themselves. If they’re loose, replace the battery. Look for cracks, breaks, tears or other damage to cables. Also check end connections for gaps between connectors and coatings. If you notice corrosion on the wires in the cable, replace the cable. Inspect connections between the battery and starter switch, and between the starter switch and the starter itself. Check all connections between the battery, regulator and alternator. Make certain connections are tight and corrosion-free. Also inspect the wiring for cracks, worn spots or general deterioration. Take an oil sample

Use our S•O•S fluid analysis program to alert you to any preventive maintenance or repairs you need to make before start-up. Keep in mind that fluid samples from any compartment must be drawn with the engine at operating temperature. Otherwise, the sample has little value. Prestart checklist

Before starting the engine for the first time: ✔ ❏ Check the condition of the fan and alternator belts. If they are cracked or show signs of wear, replace them. Tighten belts as specified in your Operation & Maintenance Manual. ✔ Replace fuel filter elements. ❏ ✔ Make sure air intakes are clean and operational. ❏ ✔ Use a bar or other tool to turn the engine in its ❏ normal direction of rotation to make sure there are no hydraulic locks or resistance. Pressure lubrication

It’s important to have adequate lubrication during the first few moments of operation. A “dry start” can cause bearing damage. Prior to start-up, pressure

lubricate the engine by filling main oil passages with oil under pressure. If possible, establish oil pressure by manually cranking the engine without giving it fuel. Then start the engine and warm it up at a low rpm. Check hoses and coolant

Hydraulic radiator and heater hoses can contract and leak in cold weather. Inspect these hoses closely for cracks, but don’t mistake cracked paint for hose defects. Wiring insulation can crack in very cold weather as well. Test the cooling system for a 3- to 6-percent concentration of coolant conditioner. Add liquid coolant conditioner as needed. Test the coolant mixture for the proper nitrate level and adjust as necessary. During the first day of operation, check the entire engine several times for leaks. Caterpillar recommends that the coolant mix contain a minimum 30 percent Cat Antifreeze, or its equivalent, mixed with water to maintain an adequate water pump cavitation temperature for efficient performance. Most commercial antifreezes are formulated for gasoline engine applications. Cat Antifreeze, on the other hand, has the proper additives for use in heavy-duty diesel engines. Benefits include: Significantly reduced water pump seal leakage problems caused by excessive concentration of chemical additives. No need to add supplement coolant additive on the initial fill, which must be done with commercial antifreezes. Low silicate content. Most common antifreezes have a high silicate content, which can cause a buildup of solids, causing plugging, heat transfer loss and water pump seal damage. Cat Antifreeze is phosphate-free, which further reduces radiator and heater core plugging. Call us

No matter what the weather, we can help you assure equipment uptime with good maintenance and repair practices. We can offer the information on how to do proper PM, or build a turnkey program to fit your needs. Stop by our dealership or give us a call. ■ ON YOUR OWN • 19