CAPITULO VI Rotopalas 1. aún hoy en operación, como es el caso de Turow en Polonia. Introducción La rotopala es una m
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CAPITULO VI Rotopalas 1.
aún hoy en operación, como es el caso de Turow en Polonia.
Introducción
La rotopala es una máquina de producción continua en la que las funciones de arranque, carga y transporte, dentro de ella, están separadas, siendo realizadas las dos primeras por el rodete y la última por un sistema de cintas transportadoras. Los antecedentes de estos equipos se remontan a algunos dibujos realizados por Leonardo da Vinci. Posteriormente, a mediados del siglo XIX se desarrollaron máquinas que montaban rodetes para efectuar labores de dragado y con la invención de los motores de vapor sufrieron un gran i mpulso. Las e��avadoras continuas de rosario de cangilones se ut1hzaron paralelamente en diferentes proyectos, como el del Canal de Suez, entre 1 863 y 1 868. En 1 881 , fue cuando se construyó y patentó una máquina en los Estados Unidos, que puede considerarse como la primera rotopala, accionada por vapor y diseñada por C.A. Smith, Fig. 1 .
En los años 50, las rotopalas se d iseñaron incorporando un gran número de innovaciones, como son los sistemas de brazo extensible y suspendido, con una capacidad de excavación de 20.000 m3b/día, llegando en 1 952 a producciones de 40.000 m3b/dia. Posteriormente, en la década de los 60, los yacimientos de lignitos más superficiales se habían agotado, siendo necesario extraer mayores cantidades de recubrimiento y a mayor profundidad, apareciendo las rotopalas de 60.000 y 1 1 0.000 m3b/día de capacidad. Por último, en la década de los 70, la explotación del yacimiento de Hambach, con una producción de 30 Mt/año, impuso la necesidad de unidades con una capacidad d e 240.000 . m 3b/día. En la Tabla 1 se indican las características básicas de los diferentes tipos de rotopala atendiendo a sus capacidades de producción. Las ventajas de utilización de las rotopalas como unidades de arranque y carga son las siguientes: Para una producción dada, las rotopalas son más pequeñas que las dragalinas o las excavadoras. - Son máquinas de excavación continua, no cíclica. Tienen un consumo de energía menor, del 60 al 70% del de las excavadoras de cables, por unidad producida. No generan impactos durante la carga.
RLATAFORMA
CORONA DE GIRO RODETE
Poseen un radio de vertido grande.
CINTA
Pueden operar por encima o por debajo del nivel de orugas o apoyo. CINTA
RODETE
El material excavado puede ser descargado sobre un � gran variedad de sistemas: camiones. vagones o cintas transportadoras. Pueden trabajar con bancos de diferente altura. Proporcionan un material excavado de pequeño tamaño, lo que facilita su transporte con cintas.
Figura 1.- Diseño de la primera rotapala patentada en 1881.
Sin embargo, hubo que esperar a 1 91 6 para que, debido � la situación creada por la 1 1 Guerra Mundial, Alemania comenzara la explotación de lignitos pardos, entrando en funcionamiento la primera rotopala de cierta �1?3-cidad. Este equipo se trasl �daba sobre vías y se utilizaba para excavar el recubnmiento por encima del nivel de traslación. Hasta la década de los años 30 no se produjo una fuerte implantación de estas máquinas en las minas de lignito, algunas de las cuales continúan
Pueden diseñarse con una baja presión específica sobre el terreno, siendo adecuadas en suelos de baja capacidad portante y con malas condiciones meteorológicas. El sistema de trabajo proporciona taludes muy estables y bancos anchos. Permiten una gran selectividad en la excavación. Pueden entregar el material por encima y por debajo del banco de trabajo. 163
' ::·
TABLA
1
TIPO DE ROTOPALA
PARAMETRO CARACTERISTICO
o
1
11
111
IV
Producción diaria (m3b)
20.000
40.000
60.000
1 1 0.000
240.000
7,5
1 1 ,5
1 2,3
17,6
21 ,6
0,6
1 ,4
2,0
4,6
6,3
Diámetro del rodete (m) Capacidad del cazo (m3) Fuerza periférica (kW)
21 6
363
451
687
1.432
Longitud del brazo rodete (m)
28, 0
36,2
42,4
70,5
70,5
Longitud del brazo d e descarga (m)
27
89
80
11o
119
Altura de corte (m)
21
30
32
50
50
Anchura de corte (m)
35
57
60
98
98
Anchura de banda (m)
1 ,4
1 ,8
2,0
2,6
3,2
Peso en servicio (t)
920
1 .925
3. 1 00
7.600
1 .200
- Tienen un contrapeso pequeño. Por el contrario, los inconvenientes de estas máquinas son:
1
1 1
1
1
1
Así pues, cualquier modelo de rotopala queda definido por: Sch As
J
h r
Requieren un mantenimiento amplio y complejo. Configuran sistemas poco flexibles debido a su poca movilidad. Su utilización se ve muy afectada por los cambios geométricos y tectónicos del yacimiento. No pueden abrasivos.
excavar
materiales
compactos
y
Constituyen sistemas en los que existe una fuerte dependencia entre la disponibilidad global y el número de elementos en serie que los integran. Son equipos que requieren unas inversiones muy elevadas.
Si la propia excavadora realiza el vertido de los materiales directamente, es decir transferencia de los estériles dentro del hueco creado, la rotopala suele llevar adaptado un puente de transferencia, cuya denominación se hace mediante los parámetros siguientes: b 11
h
=
y 12
Sch
=
A
Bs
BRs
Rotopala sobre orugas.
s
Rotopala con la parte superior giratoria. Capacidad de cangilón (1).
Altura de corte por debajo del nivel de trasla ción (m). Altura de corte por encima del nivel de traslación (m). Distancia de retraimiento (m).
164
Altura de descarga sobre el n ivel de orugas.
b 11
2.
h 12
+
Rotopala montada sobre carriles.
J
h
=
Longitudes de los brazos (m).
Las expresiones que se utilizan son:
La denominación de las rotopalas se encuentra normalizada por medio de los siguientes parámetros (Norma DIN 22266): Sch
=
Anchura de las bandas d e los brazos.
b 11
+
12
h
Tipos de unidades
En la actualidad, Fig. 2, existen los siguientes tipos de rotopalas:
Foto 1.- Rotopala convencional descargando sobre una cinta ripable de ta¡o en un nivel superior.
Compactas. Semicompactas. Convencionales.
t
16,lm.
26,0m.
La clasificación de estas rotopalas se hace en función de la relación: L
Longitud del brazo del rodete
D
Diámetro del rodete
teniendo cada una de esas clases de máquinas los siguientes valores medios de ta Tabla 1 1.
TABLA 11 TIPO DE ROTOPALA
Figura
2.-
Alzado de diferentes rotopalas capaces de dar una producción de 3.150 m'lh.
LID
Compacta
2
Semicompacta
3
Convencional
4
La longitud del brazo determina ta anchura y altura del bloque a excavar, mientras que el diámetro del rodete es el que fija la capacidad de producción. 165
1 ·,,
� -,
Las ventajas de las excavadoras compactas son: Menor inversión, del orden de un 20% menor que en las rotopalas convencionales.
SUPERESTRUCT URA GIRATORIA .._
+Z
:
�
SISTE A OE IZADO
Menor peso y mayor estabilidad, consiguiéndose mayor seguridad en la operación. Menor tiempo de entrega a partir del pedido. Por el contrario, los inconvenientes que plantean son: Las excavadoras compactas se construyen con dos orugas, por lo que tienen una limitación en el peso debido a los esfuerzos que se transmiten al rodaje. de ahí que el tamaño máximo actual sea de 1 .600 t con una producción de unos 7.500 m 3/h. El menor brazo del rodete se traduce en una menor eficiencia de la operación, especialmente cuando se realiza arranque selectivo. El factor de eficiencia se define por: TI
=
O., /(O, /S),
siendo:
Figura 3.- Componentes principales de una rotopala.
a.,
=
s
=
Producción efectiva. Producción teórica.
o,
3.1..
Esponjamiento.
Este coeficiente toma los siguientes valores medios de la Tabla 11 1, para cada uno de los tipos de rotopala.
TABLA 111
Tren de rodaje
El tren de rodaje permite la traslación de la máquina. incluso en malas condiciones del terreno. Los tipos disponibles son: sobre vía y sobre orugas. A continuación se describe cada uno de ellos.
TIPO DE ROTOPALA
3.1.1.
TI
Compacta
0,63
Semicompacta
0,72
Convencional
0,79
Vías
Este sistema de traslación transmite las fuerzas originadas en la máquina al terreno, por medio de los . o a la carriles. La retención del equipo se produce debid fricción entre las ruedas y los citados carriles. Los inconvenientes de este diseño son:
En la Tabla IV se establece el campo de utilizaéión de las distintas rotopalas, según el tipo de trabajo y la producción teórica de diseño.
Hay que mantener limpios los carriles para pe rmitir una buena traslación y frenado. Los desplazamientos de l a máquina se ven .muy limitados en las curvas y también lo esta la capacidad para remontar pendientes.
de
La unidad no puede trabajar en el sistema oe bloque lleno, que es la forma de trabajo mas favorable, siendo necesario operar en frente largo.
Las partes más importantes de una rotopala se reflejan en la Fig. 3.
El sistema es poco operativo en mina �. co n mal terreno y alta pluviometría, debido a la d1flcu1tad de s conseguir en los ripados o desplazamientos late rale buenas alineacio i;ies.
3.
166
Características diseño
generales
y
-�
TABLA IV RENDIMIENTO TEORICO (m3/h)
MINAS DE LIGNITO
DESMONTE DE
CONSTRUCCIONES CIVILES
TERRENOS TERCIARIOS
MINERIA
400 800 1.250 2.000 1 1
3.150 4.000 5.000 6.300
1
1 1 1 1
1
10.000
!
1 1 1 1
1
1
i
1 1
1 1
20.000
1
Compactas Semicompactas Convencionales
En general, este sistema de traslación sólo se utiliza en las rotopalas tipo "combi", aplicadas a los parques de homogeneización, y en las excavadoras de rosario de cangilones.
3.1.2.
Orugas
En este diseño los esfuerzos producidos por la máquina se transmiten por medio de los rodillos a las cadenas y de éstas al terreno, a través de las placas del tren de rodaje. Es el sistema de traslación más utilizado en minería a cielo abierto, debido a las siguientes ventajas: La superficie de las placas de las cadenas puede ser suficientemente grande para ejercer una presión adecuada a la capacidad portante de los terrenos. Ofrecen una gran maniobrabilidad y capacidad para adaptarse a las condiciones de operación. Pueden superar pendientes importantes, mayores del 1 5%, aunque normalmente operan sobre bancos prácticamente horizontales (< 1 %) . La traslación d e l a máquina e s independiente de la posición del brazo del rodete.
La traslación de la rotopala en el tajo puede variarse de acuerdo con las necesidades o puede mantenerse fija durante una fase de la operación. La velocidad de traslación puede diseñarse en función del tipo de operación, pero es fija. Cuando la máquina no está en movimiento, ésta se mantiene parada debido simplemente a la fricción entre las placas y la superficie de apoyo. En todos los casos las cargas verticales transmiten estáticamente al terreno.
se
Hasta un cierto nivel las orugas se adaptan a las irregularidades de la superficie. Es posible cambiar rápidamente de dirección. El sistema es funcional, incluso en malas condiciones meteorológicas y bajas capacidades portantes de las plataformas de trabajo. El diseño y configuración del tren de rodaje dependen fundamentalmente de la capacidad portante de los materiales y del peso en operación de la máquina, que determinarán el número de orugas necesario. En la Fig. 4 puede verse la relación entre dichos parámetros. Existen las siguientes configuraciones básicas: A) De dos orugas Pueden construirse con los siguientes diseños: 167
A
800
=
Conexión rígida entre las orugas y el chasis.
AREA DE LAS ORUGAS
Una oruga rígida y otra pivotante con respecto al chasis. Dos orugas pivotantes en relación al chasis. -P
400
Orugas disimétricas; una rígida y otra pivotante. B) De tres orugas
º·'
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
PESO EN OPERACION
12
13
(xl03t)
Figura 4.- Relación entre el peso en operación y la capacidad portante de los terrenos.
Este diseño puede emplearse con máquinas de hasta 1.500 t de peso en servicio. Tal como se indica en la Fig. 5, el chasis se apoya en tres puntos, cada uno correspondiente a una oruga. C) Cuatro orugas D) Tres orugas dobles E) Seis orugas dobles Los trenes de orugas dobles pueden adaptarse por parejas a las pendientes transversales del terreno, ya que oscilan en los puntos de anclaje al chasis de las máquinas. Cada oruga está constituida por un bastidor formado por uno o tres módulos a los que se fijan los rodillos de sustentación. Los situados en la parte superior del bastidor soportan el peso de la oruga y los de la parte inferior, que van unidos por parejas a unos soportes oscilantes, son los que aguantan el peso de la máquina. Estos soportes oscilantes, junto al juego que permiten los bastidores de tipo modular, facilitan la adaptación de las orugas a las superficies irregulares del terreno.
2
3
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\: -'º-
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.
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�-- -
·-
-- ---.
-----.. ----1:10
r
iguientes: Con dos pasadas al frente a distinto nivel.
CINTA RIPABLE
con
rotopala y carro cinta.
CINTA
OE TAJO - - -- - - --.o ::-¡ - ...., , �---
- - 1 -:: - ¡'
Con una pasada por detrás de la cinta del tajo, con la rotopala en el nivel inferior.
Método de paralelos
terrazas
por
bloques
En este método las rotopalas dan una pasada en avance y otra en retroceso, ambas de igual anchura. Fig. 32. Los ripados de las cintas de tajo son paralelos. consiguiéndose mejores rendimientos que con otros tipos, como son los polares o mixtos.
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-
-
-
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-.--- CINTA DE TAJO -
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