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• Rony Cris

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QUE ES UN LHD? Un LHD ( Load – Haul – Dump ) es un equipo de carga, transporte y descarga, diseñado especialmente para el manejo de material en minería subterránea. La escasez de espacio que caracteriza a una faena subterránea es el factor mas determinante sobre el diseño del LHD, lo que se traduce en maquinas de perfil singular, muy bajas, angostas, largas, articuladas al centro y con el operador ubicado en posición perpendicular al eje longitudinal del equipo. El largo, en apariencia exagerado del LHD, es lo que le permite soportar su gran capacidad de carguío; su bajo centro de gravedad ayuda a dar estabilidad al vehículo y, su diseño articulado es lo que le permite movilizarse sin problemas en las angostas galerías de ángulos pronunciados.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS Están montados sobre neumáticos y son impulsados por motores en las cuatro ruedas Una estructura de pequeño tamaño y bajo perfil que se acomoda a las restricciones impuestas por las necesidades de espacio libre subterráneo

Una articulación central, que es obtenida a través de pernos pasadores que conectan las dos estructuras principales. Combinado con la energía de dirección, esta característica le entrega una alta maniobrabilidad y radio de giro al equipo

Una operación bidireccional, con el mismo numero de marchas hacia delante y en reversa, lo que permite un transporte en ambas direcciones con la misma eficiencia En la posición de transporte, el balde cargado es soportado por la estructura principal del vehículo y no por los cilindros hidráulicos. En la parte delantera el LHD está compuesto por el Balde, Horquillas o Pluma, Cilindros de levante y volteo, Ruedas delanteras y eje de transmisión delantero (Non-Spin), luces En la parte trasera se encuentra el Motor, convertidor de torque, cabina del operador situada a la izquierda del equipo, ruedas y eje de transmisión trasera (diferencial), luces, sistema de emergencia contra incendios, sistema de remolque En la parte central se encuentran 1 o 2 cilindros direccionales hidráulicos y la rótula de giro regulable que es doble y sellada (es una de las partes más importantes del equipo). Cabina del operador

OPERACIÓN El LHD está

capacitado para cargar Camiones de bajo perfil y camiones

convencionales de altura adecuada,puede también descargar sobre piques de traspaso o sobre el suelo para que otro equipo continúe con el carguío por lo que el rendimiento para cada alternativa será distinto y se calculará según sean las condiciones del caso.

CICLO DE PRODUCCIÓN TÍPICO DEL LHD

Tiene al operador maniobrando hacia delante, forzando el balde dentro del material quebrado y, usando el esfuerzo de tracción del equipo y la acción de penetración del balde, para atrapar y girar hacia atrás la carga. Con el balde girado hacia atrás, hasta la posición de transporte sobre el brazo, y descansando este sobre la estructura principal del vehículo, la carga es transportada hasta el punto de descarga.

En el punto de vaciado, el brazo es elevado y el balde es girado hacia delante, produciéndose el deslizamiento de la carga.

Después de la carga, el brazo vuelve a descansar sobre la estructura principal y el equipo se dirige hasta el punto de carguío para iniciar un nuevo ciclo de producción.

QUE SE ESPERA DE UN EQUIPO LHD

Confiabilidad, capacidad de carga y bajos costos de operación. Por tratarse de equipos que trabajan en faenas subterráneas, los LHD deben cumplir con requisitos especiales, que alteran en forma importante sus características generales, los cuales son impuestos por el medio confinado y aislado en el que deben trabajar El confinamiento que implica la faena subterránea hace imprescindible diseños compactos, que además, mantengan una buena capacidad de carga y buenas características de maniobrabilidad. Al trabajar bajo la superficie, los gases de la combustión, el calor que disipa el motor y el ruido, son también factores críticos que deben solucionarse en los LHD

diesel, mediante ingeniería y diseño. Las soluciones que han presentado los fabricantes son innovadoras e ingeniosas, llegándose al desarrollo de los LHD eléctricos.

MANIOBRABILIDAD DE LOS EQUIPOS Una de las operaciones mas importantes que debe realizar un LHD, es el giro necesario para ingresar a cargar desde la galería de acarreo hasta la estocada de carguío. El equipo debe ser capaz de realizar esta maniobra en forma rápida, de modo de no disminuir su rendimiento y, junto con esto, deben existir las condiciones para que dicha operación se realice con seguridad. El giro mencionado se debe realizar en las llamadas “curvas de alta velocidad” de las labores, que se caracterizan por tener un radio de curvatura apropiado para permitir el giro del equipo. El comportamiento de un LHD en una labor es muy especial, debido a la articulación central que lo separa en dos cuerpos, además, las ruedas de estos equipos tienen un movimiento dependiente al eje de ellas, excepto el de rotación. Los ángulos que se producen entre los dos cuerpos, al girar el equipo, son similares a los ángulos que forman los dos ejes del vehículo; y, si estos ejes se proyectan hasta que se intercepten, se tiene, en el punto de intersección, un centro común para los radios de giro externo e interno del equipo. Si los ejes trasero y delantero del equipo son iguales, las ruedas traseras seguirán la misma trayectoria que las ruedas delanteras al realizar la maniobra de giro. Cuando un equipo se desplaza por el centro de una labor, los ejes de las ruedas son perpendiculares al eje de dicha labor por lo que al realizar la maniobra de giro con un ángulo de giro constante, se tiene que, durante toda la maniobra, la proyección de los ejes se interceptara siempre en un eje común, hasta llegar a la otra labor. Al realizar el giro, el equipo se endereza antes que su eje trasero llegue al final de la curva, ya que cuando el otro eje llega a esta posición, cambia su trayectoria,

siguiendo nuevamente perpendicular al eje de la labor, enderezándose mas rápidamente el cuerpo trasero. La eficiencia operacional de un LHD se ve afectada fundamentalmente por su maniobrabilidad, razón por la cual se deben compatibilizar todos aquellos parámetros que la afectan, de modo de obtener el mejor rendimiento

PARÁMETROS QUE AFECTAN EL MEJOR RENDIMIENTO DIMENSIÓN DE LOS EQUIPOS Largo:

Este parámetro influye en la operación de giro hacia una estocada de

carguío. El equipo debe realizar el carguío en dirección recta hacia el material quebrado. Si el largo del equipo es mayor que el largo de la estocada de carguío necesariamente deberá realizar una maniobra adicional, de modo de enderezarse y no cargar en forma quebrada. Desde este punto de vista, se ve favorecido el equipo eléctrico puesto que es mas corto y, por lo tanto, es mas rápido su posicionamiento correcto frente al mineral.

Ancho: El mejor desplazamiento del equipo en las labores se obtiene en la medida que el espacio que queda entre el equipo y las cajas de la labor sea máximo. El equipo eléctrico, por el hecho de ser mas angosto posee, más de espacio libre a cada lado de la labor, por lo que su maniobrabilidad es mejor desde este punto de vista. Alto : Al igual que con el ancho, mientras menor sea la altura del equipo se tendrá un mejor desplazamiento de él en las labores, dado el mayor espacio libre que se origina. Desde este punto de vista, se ve favorecido el LHD diesel, ya que posee un perfil de mas baja altura.

Tamaño del balde: La visibilidad del operador se ve afectada grandemente por la forma y tamaño del balde, y a mayor visibilidad mejor será la maniobrabilidad del equipo. El LHD eléctrico, por tener una mayor

altura posee mas problemas de visibilidad por efecto del material transportado en el balde.

Restricciones al movimiento Velocidad máxima : Por razones de seguridad y operacionales no se permite a un equipo excederse de una cierta velocidad limite, aun cuando técnicamente sea capaz de superarla, generalmente los equipos usan la segunda y tercera marcha durante el transporte, y ocasionalmente cambian a cuarta cuando la distancia es mayor de 45 m. Esfuerzo de tracción El esfuerzo de tracción disponible para el movimiento del equipo, depende del peso que actúa sobre sus ejes motrices y del contacto existente entre el terreno y los neumáticos, de tal forma que el esfuerzo de tracción máximo será función del coeficiente de adherencia posible de alcanzar. La maniobrabilidad del LHD eléctrico es mejor que la del LHD eléctrico es mejor que la del LHD diesel, desde este punto de vista, puesto que el primer equipo posee NO-SPIN en las cuatro ruedas, lo que permite que ninguna de ellas resbale, cuando la adherencia entre el piso y los neumáticos no es normal. El LHD diesel posee NO-SPIN solo en las ruedas traseras.

Estado y construcción del piso El objetivo que cumplen los pisos de circulación es distinto, ya sea para las calles o zanjas. En las calles, el piso debe permitir al equipo deslizarse libremente, sin que existan baches que interrumpan la buena maniobrabilidad del LHD. En las zanjas, deben impedir que durante el carguío del balde se produzca una excavación innecesaria que pudiera disminuir el rendimiento de la operación. El LHD eléctrico, debido a su menor peso, produce menos daños en los pisos, razón por la cual su maniobrabilidad es mejor. Curvas de alta velocidad

El diseño de la curva de alta velocidad es quizás el factor mas importante que afecta a la maniobrabilidad de un equipo LHD, puesto que éste está girando constantemente durante los ciclos de producción. En base al espacio libre que queda a cada lado, entre el equipo y las cajas de las labores, el LHD eléctrico posee una mejor maniobrabilidad que el LHD diesel. De acuerdo al ángulo de giro optimo desarrollado por el equipo, la mejor maniobrabilidad la posee el LHD eléctrico. Los dos equipos no pueden trabajar, en labores de 3.6 x3.6 m., cuando el ángulo de intersección entre las labores es mayor a 60 debido a que no pueden desarrollar el ángulo de giro optimo resultante, ya que en ambos casos este es mayor que el ángulo de giro máximo especificado por diseño Lo mas ventajoso es tener intersecciones entre labores menores, ya que esto permite realizar el giro con un menor giro con un menor ángulo de quiebre, lo que a su vez entrega una mayor holgura entre el equipo y las labores. Granulometría del mineral Si la granulometría del mineral es grande, se tienen colpas de gran tamaño que dificultan la visibilidad del operador, reduciendo con ello la maniobrabilidad del equipo. Este hecho afecta en mayor medida al LHD eléctrico, por ser este de mayor altura.

Operadores LHD Los mejores resultados en cuanto a maniobrabilidad del equipo se obtienen con un operador calificado. Se puede decir que el LHD eléctrico es en general, ampliamente aceptado por los operadores, debido fundamentalmente a su mayor facilidad de carguío, mayor suavidad operacional, disminución del nivel de ruido, ausencia de gases, etc Estocadas de carguío Si la longitud de las estocadas de carguío es insuficiente, para que el equipo cargue en forma normal, se deben realizar maniobras adicionales de modo de enderezar el equipo; esto alarga el tiempo de ciclo y produce una subutilización de potencia y generación de problemas mecánicos.

La maniobrabilidad del LHD diesel se ve mas afectada que la del LHD eléctrico desde este punto de vista

Dirección de acarreo

La visibilidad del operador es mejor por sobre el motor que por sobre el balde; esta puede ser afectada considerablemente por las condiciones del piso y por los accesorios que llevan los LHD en la parte superior de su estructura, como son las barreras físicas para la orientación del operador.

CONDICIONES USO DE EQUIPOS LHD DIESEL El motor diesel debe tener compensador de altura. El motor eléctrico debe ser alimentado con 1000 V en 50 Hz. El convertidor de torque y la transmisión deben ser compatibles con la capacidad de carga del equipo. Los diferenciales trasero y delantero deben tener NO-SPIN. El diseño del balde debe ser adecuado para trabajar con material altamente abrasivo, además debe ser resistente al impacto, flexión y desgaste originado por el carguio. El sistema hidráulico debe considerar una optima distribución de las mangueras, además estas deben ser aptas para servicio de alta presión Todos los estanques deben tener un filtro de malla en su entrada, el cual debe estar protegido por un niple o similar, de modo de permitir un llenado seguro y sin derrames. Los cilindros (levante, volteo y dirección) deben ser lo suficientemente robustos, de modo de soportar sobrecargas propias del proceso de extracción, y deben estar provistos de defensas, para que no sufran daño debido a la proyección de rocas sobre ellos.

El sistema de frenos debe considerar frenos de servicio (de preferencia, tipo multidisco húmedo), frenos de emergencia y frenos de aparcamiento. La estructura del equipo debe ser adecuada para trabajo extremadamente riguroso. La estructura del equipo debe ser adecuada para trabajo extremadamente riguroso. La articulación central debe estar diseñada de tal forma que sea capaz de absorber los sobreesfuerzos derivados de las rigurosas condiciones de trabajo. Los neumáticos deben ser aptos para faena minera, tipo L5-S, 20.0 x 25 / 24 ply (neumático liso). El equipo debe poseer una estructura de protección para el operador con pilares que le protejan la espalda y costados. El asiento del operador debe ser amortiguado, anatómico, confortable y regulable para operadores con una estatura promedio entre 1.65 y 1.85 m. El panel de instrumentos debe estar instalado de modo que proporcione el máximo de facilidad, comodidad y eficiencia en la operación del equipo. El sistema eléctrico debe tener cables reforzados y los tendidos deben ser ordenados y protegidos contra el roce y calor generado por los componentes del equipo. El sistema de focos debe ser adecuado para faenas con presencia de polvo, agua, barro, vibraciones causadas por ondas expansivas y, debidamente protegido contra la proyección de partículas derivadas del carguio. El sistema de seguridad debe incluir una barra de seguridad que permita fijar la articulación central, además debe estar dotado de un equipo extintor de incendio doble, que proteja al sector del motor y, en forma independiente, el sector central y delantero del equipo. Además, debe tener un extintor manual, ubicado en un sector seguro y de fácil acceso para el operador.

CONDICIONES USO DE EQUIPOS LHD ELÉCTRICO Las características anteriores son comunes a ambos tipos de equipo (eléctrico y diesel). Sin embargo, considerando que el sistema de alimentación eléctrica es el

que presenta la mayor incidencia en los costos totales del LHD eléctrico, se procede a continuación a hacer un análisis tecnológico de los distintos sistemas de carrete, cables de alimentación y sistemas de conexión a la red eléctrica.

CARRETE DE ENROLLAMIENTO Se han desarrollado una serie de sistemas de carrete para enrollar y desenrollar el cable, siendo los siguientes los mas usados en la actualidad en los LHD eléctricos: Carrete horizontal con simple o múltiple de capas. Carrete vertical con enrollamiento en espiral. Carrete vertical es aquel que posee su eje en posición vertical Carrete horizontal, aquel en que su eje es horizontal. El sistema de carrete vertical le da mucha mayor flexibilidad al equipo, cuando las dimensiones de las labores lo permiten, puesto que el LHD puede retroceder con respecto a su caja de alimentación, teniendo el enchufe ubicado a cualquier lado del equipo. El carrete horizontal, en algunos casos, no se puede retroceder con respecto a la caja de alimentación, y en otros, solo lo puede hacer si el carrete es del tipo multicapas y si este esta ubicado al mismo lado de la fuente de energía. El uso de un carrete vertical tiene una serie de desventajas, como ser, una mayor dificultad en la inspección visual del cable al empezar el turno y una menor disipación de calor, generando cuando el cable esta enrollado. El carrete vertical puede usarse solamente con cables planos y no es necesario tener un dispositivo para enrollar; sin embargo, se debe tener un brazo guía, que sobresalga del vehículo, de modo de evitar un des enrollamiento incontrolable del cable, desde la cola del equipo. Este brazo de enrollamiento tiene la característica adicional de doblar el cable plano en 90º, para permitirle ser enrollado horizontalmente en el carrete; dicha

operación de desvío implica esfuerzos torsionales en el cable, que afectan considerablemente su vida de servicio.

En términos de dimensiones del equipo, un carrete horizontal con dispositivo enrollador ofrece algunas ventajas, ya que todos sus componentes pueden ser acomodados sin problemas en el diseño general del equipo; en este caso, el motor de acondicionamiento se ubica frente al carrete, siendo transmitido el torque, por medio de una cadena, al carrete y al dispositivo de enrollamiento. Con el carrete vertical, el motor de accionamiento debe estar ubicado, ya sea encima o debajo del carrete. El accionamiento del carrete se consigue con un motor hidráulico, que transmite un torque constante al tambor (por medio de cadenas y engranajes); de esta manera, el cable es precargado con el motor funcionado, lo que origina que el enrollado y desenrollado sea sincronizado, con la velocidad del equipo. En los carretes horizontales , se ubican dispositivos de enrollamiento, los cuales, por medio de un engranaje, producen una velocidad de avance del cable, proporcional a la rotación del tambor, con lo que asegura un enrollado preciso de las capas individuales. Existen dos tipos de cables que se usan en los LHD eléctricos: cable plano y cable redondo. El cable plano posee mayores ventajas cuando es enrollado en un carrete vertical, puesto que un carrete horizontal no le permite desviación en ninguna dirección, haciendo inoperante al equipo en las faenas subterráneas.

El cable redondo puede ser usado indistintamente con carrete horizontal o vertical. Debido a la tensión producida por el tambor hidráulico del carrete, los cables redondos tienen la tendencia a comprimirse, entre las paredes del carrete de enrollamiento y las capas ya enrolladas en él. La evaluación del sistema, bajo el aspecto de la vida de servicio del cable, tiene que tomar en cuenta los esfuerzos que actúan sobre el cable durante la operación del equipo, a saber: Esfuerzos mecánicos. Cargas eléctricas. Reparaciones.

ESFUERZOS MECÁNICOS: Son aquellos que aceleran la destrucción del cable y resultan de la flexión (desviación), tracción, tensión, desgaste, impacto, presión y torsión o, de una combinación de estas causas. En general, se puede decir que los cables planos no soportan esfuerzos mecánicos en la operación del LHD, y se destruyen después de un corto periodo de trabajo. Las cargas eléctricas del cable alimentador dependen del ciclo de carga, del nivel de voltaje operacional y de la capacidad del equipo. El voltaje a usarse depende de la sección transversal y de la longitud del cable. Como el diámetro del tambor y los radios de curvatura del cable no pueden ser aumentados, la sección transversal del cable, y en consecuencia, del voltaje, es ajustable solo hasta un grado limitado, para una capacidad dada. Durante el carguío, los peaks de corriente son 1.5 veces mas altos que la corriente nominal del equipo, en tanto que durante el transporte solo se utiliza la mitad de esta; esto significa que la corriente media, como función del tiempo, depende del modo de operar y de las distancias de transporte. Con cables redondos, la transmisión de calor se efectúa uniformemente desde los tres conductores externos a la superficie del cable luego, un tercio de la circunferencia total esta disponible, para cada conductor, con el fin de transferencia

de calor. Los conductores externos de un cable plano, también transfieren el calor a la superficie; a causa de su construcción asimétrica, los dos conductores externos tienen, cada uno, un 37,5% disponible para la transmisión de calor, mientras que para el conductor central se tiene disponible solamente un 25% de superficielos cables planos, enrollados en el carrete, forman un paquete macizo con una superficie comparativamente pequeña; por esta razón, es difícil que la perdida de calor del conductor central se transmita hacia los lados. Debido a esto, se tiene un valor de reducción mas alto y, con esto, una mas baja capacidad de transporte de corriente del cable alimentador. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS LHD DIESEL Y ELECTRICOS

OPERACIONALES La altura de trabajo produce perdidas de potencia en los motores diesel y, para contrarrestar en parte esta perdida, se deben usar compensadores de altura, lo que implica una mayor inversión y un mayor costo de mantención del motor. El factor de reducción de potencia a la altura de operación de los equipos LHD diesel de la mina es de 78%, lo que equivale a una perdida del 22% de su potencia. A los equipos diesel se les debe realizar una completa manutención mecánica, debido a que el polvo en suspensión, principal contaminante de la mina, produce desgastes prematuros en los componentes y subconjuntos del motor, lo que además repercute directamente en la disponibilidad mecánica y aumenta los costos de manutención. Al usar LHD diesel, parte del aire inyectado es ocupado en la combustión y remoción de los gases producidos por el motor diesel. Sin embargo, con el uso de LHD eléctricos, se ha notado un frente de trabajo mucho mas limpio, ya que una mayor cantidad del aire inyectado es empleado para la remoción del polvo, manteniendo la misma cantidad y velocidad de circulación del aire de ventilación. Cuando se usa LHD diesel, la maquina posee una gran flexibilidad y autonomía de movimiento, ya que se trabaja en forma independiente, sin necesidad de estar conectada a una fuente de energía, como en el caso del LHD eléctrico.

Esta es la principal ventaja que presenta el LHD diesel frente al LHD eléctrico,la productividad del LHD eléctrico es un 12% mayor que la productividad de LHD diesel, debido, principalmente, a la mayor fuerza del balde en el momento de cargar, la que se obtiene porque el motor eléctrico es temporalmente capaz de absorber una carga eléctrica apreciablemente mas alta que la que corresponde a su potencia nominal. La disponibilidad mecánica del LHD eléctrico resulto ser un 8,6% mayor que la del LHD diesel. Este hecho, asociado a la menor duración del ciclo del LHD eléctrico, implican que la producción anual de este ultimo equipo sea un 18% mayor que la producción anual del LHD diesel. Lo anterior indica que para satisfacer una producción dada de la mina, la flota de equipos necesaria, es menor en el caso de utilizar LHD eléctrico, con las ventajas económicas que ello significa. La operación con LHD eléctrico, con cable de arrastre, implica un desgaste y deterioro del cable, que se produce por efectos del roce con el piso abrasivo de las galerías de transporte, en combinación con los esfuerzos de flexión y tracción, que constantemente se producen durante la operación. La maniobrabilidad del LHD eléctrico es mejor que la del LHD diesel

DE SEGURIDAD El LHD eléctrico permite mantener una mayor limpieza en la maquina presentando mucho menos filtraciones de aceite. El uso de energía eléctrica en lugar de petróleo, disminuye la necesidad de almacenamiento de este combustible dentro de la mina, situación siempre conflictiva, bajo el punto de vista de seguridad. Dado que las mantenciones son menores y menos complejas en el caso del LHD eléctrico, se disminuyen los riesgos inherentes a estas actividades. Al trabajar con energía eléctrica de alto voltaje, aparece otro riesgo que, si bien es cierto es de fácil control, representa un alto potencial de daño. Bajo el punto de vista ambiental, la electricidad es considerada como un tipo de energía limpia, no contaminando el medio donde se desenvuelve; no es así el caso del petróleo, donde los gases que se desprenden por el tubo de escape,

producto de la combustión, obliga a mantener un permanente cuidado en el control de los parámetros de su generación y en el medio ambiente donde se trabaja. El ruido producido por los equipos en operación es menos nocivo en el LHD eléctrico. Un estudio de vibraciones en la cabina del operador también concluyo en resultados favorables al LHD eléctrico. Sin dejar de considerar que las vibraciones medidas en el asiento del operador tienen mucho que ver con su diseño y que, en consecuencia, es factible encontrar el modelo optimo y colocarlo en cualquier tipo, se puede concluir que, analizando en conjunto las vibraciones en la estructura de la cabina y en el asiento, el LHD eléctrico presenta menos problemas de vibraciones. Para tener un antecedente de comparación respecto al problema de incendio, se calculo la “carga de fuego” de cada equipo, obteniéndose los siguientes valores promedio: 2 LHD eléctrico: 141.9 kg/m 2 LHD diesel : 169.7 Kg/m

Si a esta diferencia le sumamos la mayor temperatura que genera el LHD diesel y el bajo punto de inflamación del combustible ( petróleo ), respecto al LHD eléctrico, sin lugar a dudas, este ultimo presenta una amplia ventaja, en cuanto a ser un equipo de menor riesgo de incendio y de mayor posibilidad de control si este se produce. La situación de tener un equipo con cable arrastrándose en el piso y en movimiento, representa un riesgo de accidente, que indudablemente entrega ventajas, desde el punto de vista de seguridad, al LHD diesel.

SISTEMAS COMPUTARIZADOS DE CAMPO instalados EN LOS EQUIPOS LHD Y JUMBOS Antena lectora de tag de radio frecuencia (RF) Procesador de Información Antena transmisora de datos

Antena lectora de tag instalada en equipo LHD Toro 007

Instalación HUB en equipo LHD Toro 007.

Antena tipo panel ubicada en la zona trasera de los equipos LHD.

PROCESO DE CARGUÍO Y TRANSPORTE El proceso de acarreo tiene como objetivo, de acuerdo al modelo clienteproveedor, entregar un mineral de calidad (granulometría, ley y % de humedad), en la cantidad necesitada (programa de producción) y oportunamente (en el momento requerido) al Transporte Principal. Este proceso comienza desde el momento en que el mineral es vaciado a los piques de traspaso por los equipos LHD en el nivel de producción.