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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFACULTAD DE
INGENIERIA ELCTRICA, ELETRNICA, MECANICA Y MINAS
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINASMAQUINARIA MINERA
IEXCAVADORA HIDRAULICADocente: Ing. Mximo V. Mayta Lino
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ESTA EXCAVADORA APARECIO EN ALEMANIA EN LOS AOS DE 1950 COMO
EQUIPO DE MOVIMIENTO DE TIERRAS PARA LA APERTURA DE ZANJAS.
ESTAS MAQUINAS CONSTABAN EN SU ORIGEN DE UN CHASIS CON DOS EJES
PROVISTOS DE NEUMATICOS, UN EJE DE GIRO Y LA SUPERESTRUCTURA, DONDE
IBAN COLOCADOS EL MOTOR DIESEL, LAS BOMBAS HIDRAULICAS Y EL ANCLAJE
EN LA PLUMA. LA CINEMATICA DEL EQUIPO TRATABA DE SER SIMILAR A LAS
EXCAVADORAS DE CABLE
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ESTE TIPO DE EQUIPO ALCANZO UNA GRAN ACEPTACION EN LOS AOS DE
1960, DISPONIENDOSE EN EL MERCADO UNIDADES DE 14 TN SOBRE RUEDAS Y
DE 44 TN SOBRE ORUGAS.
LAS EXCAVADORAS HIDRAULICAS CONSTITUYEN EN LA ACTUALIDAD, UN
EQUIPO ALTERNATIVO DE EXCAVACION Y CARGA, TANTO EN LAS
EXPLOTACIONES MINERAS COMO EN LAS OBRAS PUBLICAS.
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EVOLUCIN DE LAS VENTAS DE LAS MQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS.
Desde la dcada de los 70 hasta nuestros das, en los movimientos de
tierras, en obras pblicas y en minera, las palas cargadoras y las
excavadoras hidrulicas han estado sustituyendo a las excavadoras de
cables, dejndolas relegadas al sector de las grandes explotaciones
a cielo abierto. Esta tendencia se vio acrecentada en el ao 1980,
debido a la evolucin y desarrollo de las excavadoras
hidrulicas.
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Evolucin de las ventas de las mquinas de movimiento de
tierras.
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TIPOS DE EXCAVADORAS HIDRAULICAS
FRONTALES,RETROS
LA DIFERENCIA DE DISEO ENTRE ELLOS ES EL SENTIDO DE MOVIMIENTO
DE LA CUCHARA Y EN LA GEOMETRIA DE LOS EQUIPOS DE TRABAJO.
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EXCAVADORAS FRONTALESCAPACIDAD DESDE 2 A 30 m3 POTENCIA DESDE
300 A 2,400 HPPESO EN SERVICIO DESDE 52 A 425 TN
EXCAVADORAS RETROCAPACIDADES DE 2 A 25 m 3POTENCIAS DESDE 300 A
2,400 HPPESOS EN OPERACIN DESDE 50 A 425 TN
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CARACTERISTICAS BASICAS DE DISEODISEOS COMPACTOS Y PESOS
RELATIVAMENTE REDUCIDOS EN RELACIN A LA CAPACIDAD DE LA
CUCHARA.GRAN MOVILIDAD Y FLEXIBILIDAD EN LA OPERACIN, ESPECIALMENTE
EN LA S DIESEL, CON VELOCIDADES DE DESPLAZAMIENTO HASTA 2.4
Km/hr.REDUCIDAS PRESIONES ESPECFICAS SOBRE EL TERRENO DE 0.09 A 0.2
MPA.EXCELENTE POSICIONAMIENTO DE LAS MQUINAS GRACIAS AL
ACCIONAMIENTO INDEPENDIENTE DE LAS CADENAS U ORUGAS.
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CAPACIDAD PARA REMONTAR PENDIENTES HASTA EL 80 % Y POSIBILIDAD
DE REALIZAR LA OPERACIN CONTINUADA EN 60 %.
VELOCIDAD DE ROTACIN ELEVADAS DE 2.5 A 5 RPM, Y POR
CONSIGUIENTE, CICLOS DE CARGA PEQUEAS.
FUERZAS DE PENETRACIN Y DE EXCAVACIN ELEVADAS PERMITIENDO EL
ARRANQUE DIRECTO DE MATERIALES COMPACTOS Y UN MEJOR COMPORTAMIENTO
QUE LAS EXCAVADORAS DE CABLES ANTE LA PRESENCIA DE REPIS.
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VERSATILIDAD PARA ORIENTAR A LA CUCHARA EN EL FRENTE DE
EXCAVACIN, POR LO QUE SON MUY ADECUADAS PARA EFECTUAR UNA
EXPLOTACIN SELECTIVA.BUENA PENETRACIN Y FACTOR DE LLENADO DE LA
CUCHARA DEBIDO A LA CONTINUA EVOLUCIN DEL DISEO DE STOS.REDUCCIN DE
LOS DAOS CAUSADOS EN LA CAJA DE LOS VOLQUETES, POR EL MAYOR CONTROL
EN LA DESCARGA DE LA CUCHARA, ALCANZNDOSE UNA BUENA DISTRIBUCIN Y
REPARTO DEL MATERIAL.EXIGE POCO ESPACIO PARA OPERAR, CONSTITUYENDO
EL EQUIPO IDEAL EN LA EXCAVACIN EN TRINCHERA DE CARRETERAS, FONDOS
DE CORTES, ALIMENTACIN DE EQUIPOS MVILES.
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MENOR NECESIDAD DE EMPLEO DE MQUINAS AUXILIARES EN TAJO,
COMPARADO CON LAS EXCAVADORAS DE CABLE.VIDA TIL MEDIA DE 25,000 A
35,000 HORAS, POR LO QUE SU USO RESULTA MUY ATRACTIVO EN PROYECTOS
MINEROS DE TIPO MEDIO Y PEQUEO.LOS COSTOS DE OPERACIN E INVERSIN
SON MEDIOS.FACILIDAD DE DESPLAZAMIENTO E INSTALACIN DEL EQUIPO EN
OBRA.
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PARTES PRINCIPALES
CHASIS Y TREN DE RODAJE.SUPERESTRUCTURA, PLANTA MOTRIZ Y SISTEMA
HIDRULICO.EQUIPO DE TRABAJO.
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COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA EXCAVADORA HIDRAULICA
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1.- CHASIS Y TREN DE RODAJE
1.1. CHASISTIENE POR MISION TRANSMITIR LAS CARGAS DE LA
SUPERESTRUCTURA AL TREN DE RODAJE.
LOS CHASIS PARA TRENES DE RODAJE DE ORUGAS ESTAN CONSTITUIDOS
POR UNA ESTRUCTURA EN FORMA DE H QUE ALOJA EN SU PARTE CENTRAL LA
CORONA DE GIRO Y VA APOYADA Y ANCLADA EN LOS CARROS DE ORUGAS
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TREN DE RODAJEEL SISTEMA DE TRASLACION RESPONDE A TRES FUNCIONES
BASICAS:CONSTITUYE UNA PLATAFORMA DE TRABAJO ESTABLE.SOPORTA LOS
MOVIMIENTOS DE LA MAQUINA PERMITIENDO GIRAR DURANTE LA
TRASLACION.APORTA AL CONJUNTO MOVILIDAD Y CAPACIDAD PARA REMONTAR
PENDIENTE.
LOS SISTEMAS EXISTENTES SON: ORUGAS Y NEUMATICOS.
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A. ORUGASEL TREN DE RODAJE ESTA COMPUESTO POR LOS SIGUIENTES
COMPONENTES:CADENA DE TEJAS ENSAMBLADAS POR BULONES Y CASQUILLOS
SELLADOS.TENSORES DE CADENARODILLOS GUIARUEDA MOTRIZ
EXISTEN TRES TIPOS BASICOS DE ORUGAS:STANDARDDE BAJA PRESION,
YREFORZADOS
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LA PRESION TRANSMITIDA AL TERRENO, SE DETERMINA POR LA SIGUIENTE
RELACION:
P = ______ ___W_________ 2 x N x [L + 0.35 x (M-L)]
W :Peso en operacin de la mquinaL : Longitud entre las ruedas
gua.M : Longitud de las ruedasN : Ancho de las orugas.
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B.- NEUMATICOSLAS UNIDADES CON PESO INFERIOR A LAS 30 TN PUEDEN
MONTARSE CON NEUMATICOS, UTILIZANDOSE ESTOS EQUIPOS EN LOS TRABAJOS
AUXILIARES DEBIDO A SU GRAN MOVILIDAD.
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2.- SUPERESTRUCTURAES UN CONJUNTO FORMADO POR DOS VIGAS CAJON Y
UN CONJUNTO DE MODULOS ADOSADOS QUE DEBEN ABSORBER LOS ESFUERZOS
TRANSMITIDOS POR EL EQUIPO DE TRABAJO EN LA EXCAVACION Y LA
ACELERACION PRODUCIDA POR EL GIRO, ESTANDO UNIDA AL CHASIS MEDIANTE
LA CORONA DE GIRO.
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3.- EQUIPO DE TRABAJOEL EQUIPO DE TRABAJO ESTA CONSTITUIDO POR
LOS SIGUIENTES ELEMENTOS:
LA PLUMAEL BRAZOLA CUCHARA
LA PLUMA Y EL BRAZO ESTAN CONSTITUIDOS POR ELEMENTOS
ESTRUCTURALES DE TIPO CAJON, PARA RESISTIR LAS TENSIONES Y
TORSIONES QUE SE ORIGINAN DURANTE LA EXCAVACION.
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LOS EQUIPOS BASICOS DE TRABAJO SON LOS SIGUIENTES:
FRONTALES,RETROS yBIVALVA
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EQUIPO FRONTALSE COMPONE DE LA PLUMA, Y EL BRAZO CON LA CUCHARA
EN SU EXTREMO.LA FUERZA DE PENETRACION SE CONSIGUE MEDIANTE UNO O
DOS CILINDROS HIDRAULICOS DEL BRAZO Y LA FUERZA DE EXCAVACION POR
MEDIO DE OTROS CILINDROS EN LA CUCHARA. EL MOVIMIENTO VERTICAL SE
REALIZA GRACIAS AL ACCIONAMIENTO HIDRAULICO DE LA PLUMA.LA CUCHARA
PUEDE SER DE DOS CLASES:DE DESCARGA POR VOLTEO, yDE DESCARGA POR EL
FONDO
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LA CUCHARA POR DESCARGA POR VOLTEO SE UTILIZAN EN:
CASOS ESPECIALES, COMO EL CARGUIO DE ESCORIAS CALIENTES,
MATERIALES MUY ABRASIVOS,
MATERIALES DESCARGADOS A UN COSTADO DE ZANJAS.
CAMIONES DE BAJO TONELAJE.
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CUCHARAS DE DESCARGA POR EL FONDOVENTAJAS:- MEJOR CONTROL DE LA
CARGA, DEBIDO A:LA CUCHARA DEPOSITA LA CARGA MAS CERCA DE LA CAJA
DEL VOLQUETE, DEJANDO CAER EL MATERIAL FINO QUE AMORTIGUA EL
IMPACTO DE LOS TAMAOS MAYORES.LA ULTIMA CUCHARADA PUEDE EXTENDERSE
SOBRE LA CARGA.MEJOR POSICIONAMIENTO DE LA CARGA, ESPECIALMENTE EN
CAMIONES PEQUEOS.MENOR PERDIDA DE MATERIAL SOBRE LOS LATERALES DE
LA CAJA.
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- CICLOS DE TRABAJO MAS REDUCIDOS:LA UBICACIN DE LA CUCHARA Y SU
DESCARGA SON MAS RAPIDOS, CON UNOS TIEMPOS DE CICLO UN 15 % MAS
CORTOS.CON MATERIALES HUMEDOS Y PEGAJOSOS SE PRODUCE UNA MEJOR
SALIDA DEL MATERIALSE REQUIERE UNA MENOR ELEVACION DE LA PLUMA.
MAYORES FUERZAS DE PENETRACION Y EXCAVACION.
- MAYOR VERSATILIDAD. PUEDE MANIPULAR GRANDES BOLONES DE
MATERIAL Y LIMPIAR EL TAJO DE CARGA.
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EXCAVADORA HIDRAULICA CON CUCHARA DE VOLTEO
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EXCAVADORA HIDRAULICA CON CUCHARA DE DESCARGA POR EL FONDO
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PARMETROS CARACTERSTICOS A TENER EN CUENTA:Relacin
anchura/volumen del cazo.Distancia entre la punta de los dientes y
la articulacin.ngulos de vuelco y de apertura.Peso del
cazo.CUCHARAS
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CAPACIDAD DEL CUCHARON, para un ngulo de reposo de 2:1,
SiendoA = Anchura del cucharon.B = Altura del corte.b = Anchura
del cucharon.b1 = Anchura interior delantera.b2 = Anchura interior
trasera.F = rea lateral del cucharon.
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TAMAO Y DISEO DE LA CUCHARAEL TAMAO Y DISEO DE LAS CUCHARA DE
LAS EXCAVADORAS ESTAN ACONDICIONADAS A LOS SIGUIENTES
PARAMETROS:RELACION ANCHURA/VOLUMEN DE LA CUCHARA.
DISTANCIA ENTRE LA PUNTA DE LOS DIENTES Y LA ARTICULACION.
ANGULO DE VUELCO Y DE APERTURA, y
PESO DE LA CUCHARA.
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ALTURA DEL BANCO Y DISTANCIA AL CAMION.CUANDO EL MATERIAL ES
ESTABLE, LA ALTURA DEL BANCO DEBE SER APROXIMADAMENTE IGUAL A LA
LONGITUD DEL BRAZO.SI EL MATERIAL ES INESTABLE, LA ALTURA DEL BANCO
DEBE SER MENOR.LA POSICION IDEAL DEL CAMION ES CON LA PARED CERCANA
DE LA CAJA DEL CAMION SITUADA DEBAJO DEL PASADOR DE ARTICULACION DE
LA PLUMA CON EL BRAZO
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ZONA DE TRABAJO Y ANGULO DE GIRO OPTIMO
PARA OBTENER LA MAXIMA PRODUCCION, LA ZONA DE TRABAJO DEBE ESTAR
LIMITADA A 15 A CADA LADO DEL CENTRO DE LA MAQUINA O
APROXIMADAMENTE IGUAL AL ANCHO DEL TREN DE RODAJE.LOS CAMIONES
DEBEN COLOCARSE TAN CERCA COMO SEA POSIBLE DE LA LINEA CENTRAL DE
LA MAQUINA.
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DISTANCIA IDEAL DEL BORDELA MAQUINA DEBE COLOCARSE DE FORMA QUE
EL BRAZO ESTE VERTICAL CUANDO EL CUCHARON ALCANZA SU CARGA
MAXIMA.
SI LA MAQUINA SE ENCUENTRA A UNA DISTANCIA MAYOR, SE REDUCE LA
FUERZA DE DESPRENDIMIENTO.SI SE ENCUENTRA MAS CERCA DEL BORDE, SE
PERDERA TIEMPO AL SACAR EL BRAZO.
EL OPERADOR DEBE ALCANZAR A LEVANTAR LA PLUMA CUANDO EL CUCHARON
HAYA RECORRIDO EL 75 % DE SU ARCO DE PLEGADO
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DISPOSICION DE ARRANQUE Y CARGA DE UNA EXCAVADORA HIDRAULICA
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EQUIPO AUXILIARTRACTORMOTONIVELADORACAMION DE
RIEGOCOMPACTADORAEQUIPO PORTATIL DE ILUMINACIONATACADORA DE
TALADROSEQUIPO DE TAQUEO
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TRABAJO DE EMPUJE CON LA HOJA
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TRABAJOS QUE REALIZAN LOS TRACTORESEjecucin de rampas y
caminosArreglo de la zona de cargaArreglo previo del caminoArreglo
de los vacesEmpuje de materialesArrastre de vehculosEmpuje de las
mototraillasEjecucin de bordes o bordillos de proteccinVarias; como
apertura y relleno de zanjas, ejecucin de explanaciones sobre
rellenos, limpieza de broza y rboles, quita nieves, apilado del
mineral, etc.
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SELECCIN DE UN TRACCTOREn la seleccin de un tractor deben
considerarse los siguientes puntos:1. Caractersticas del trabajo a
realizar.2. Nmero de unidades requeridas.3. Tamao de las
unidades.4. Tipo de unidad, sobre cadenas o sobre neumticos.
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LA PRODUCCION DE UN TRACTOR ES EL ARRASTRE O EMPUJE DEL MATERIAL
Y SE DETERMINA POR LA RELACION:
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20 mts.10 mts.TRACTORES DE ORUGA
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20 mts.40 mts. 40 mts. TRACTORES CON LLANTAS( TORITO )
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CAMION DE RIEGO
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20,000 GALONES20,000 GALONES16,000 GALONES
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LA MOTONIVELADORAESTA MQUINA AUTOMOTORA TIENE POR MISIN
PRINCIPAL LA NIVELACIN Y AFINADO DEL TERRENO, PUDIENDO PARA ELLO
RIPAR, EXCAVAR Y TRANSPORTAR EL MATERIAL, EN PEQUEAS
CANTIDADES.
EL ELEMENTO PRINCIPAL DE TRABAJO ES UNA HOJA RECTA DE PERFIL
CURVO, CUYA LONGITUD DETERMINA EL MODELO Y POTENCIA DE LA
MQUINA
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PRODUCCION
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40 mts.40 mts.20 mts.MOTONIVELADORAS
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TRABAJO DE EMPUJE CON LA HOJA
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Entre los equipos disponibles en el mercado para la fragmentacin
de bolos, esto es bloques conun tamao mayor al admitido por los
equipos de carga, podemos destacar:- Bola dinmica suspendida (2-6
t).- Los martillos hidrulicos de percusin (Energa de impacto de
hasta 4000 Julios por golpe).- Las perforadoras de pequeo dimetro
para la aplicacin posterior de explosivos.- El can de agua.Todos
estos equipos suelen ir montados sobre pequeos tractores de
neumticos de tipo agrcolaEQUIPO DE TAQUEO
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RENDIMIENTO DE LA EXCAVADORA
ES LA CANTIDAD DE MATERIAL QUE UNA PALA CARGA A UN VOLQUETE O
VAGN DEL TREN, EN LA UNIDAD DEL TIEMPO. PUEDE SER EXPRESADO EN
TONELADAS POR HORA, YARDAS CBICAS POR HORA O METROS CBICOS POR
HORA.El rendimiento de una excavadora depende de los siguientes
factores:Caractersticas del
material.Administrativos.Operativos.Angulo de oscilacin.Tamao de
las unidades de acarreo.Humanos.Mecnicos.
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FACTORES ADMINISTRATIVOSEste factor trata sobre la organizacin y
control del equipo y personal que opera, tratando que exista la
coordinacin entre estos; como factores administrativos se
tiene:
La disponibilidad y distribucin del equipo y
personal.Supervisin.Condiciones de trabajo.Demoras adicionales.
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FACTORES OPERATIVOSSon factores que estn relacionados con las
operaciones que realiza la pala mecnica:Preparacin y/o acomodo del
material.Movimiento de bolones (bancos o trozos de
material)Desquinche del talud.Cambio de posicin de la pala.Limpieza
del piso por el tractor.Relleno o corte del piso.
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EL RENDIIENTO EN FUNCION DEL ANGULO DE GIRO DE LA EXCAVADORA
ANGULO DE GIRO () RENDIMIENTO MXIMO (%)
45126601167510790100120881507918071
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RENDIMIENTO DE LA EXCAVADORA DE ACUERDO AL ANGULO DE GIRO CON
RESPECTO AL CAMION
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TAMAO DE LA UNIDADEl tamao de la unidad de acarreo (capacidad)
debe estar en relacin con la capacidad de la pala mecnica, y debe
efectuarse un balanceo de unidades con el tamao de las
excavadoras.FACTORES HUMANOSSe considera la habilidad del operador
de la excavadora y el estado de nimo del mismo.
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FACTORES MECNICOSAl efectuarse los trabajos de carguo a veces
ocurren fallas mecnicas y/o elctricas que originan demoras en el
trabajo normal de la excavadora, demoras que van desde los 10
minutos hasta 420 minutos o ms.
Los tiempos muertos ocasionados por estos factores son tambin
llamados "tiempos muertos extraordinarios", salvo las de engrase y
mantenimiento rutinario.
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EFICIENCIA DE OPERACIN:
Eff. = TNO/TTC x 100 %TNO = TOA TMETm = Ti + ToTo = Tev + ToxTi
= Tam +Tdq + Tcp + Tlp + Tix
Eff = Tci x 100% Tci + Tm TNO : tiempo neto de operacin
productiva TTC : tiempo total cronometrado. TOA : tiempo de
operacin asignada TME : tiempo muerto extraordinario. Tam : tiempo
de operacin y acomodo del material ms el tiempo que se pierde en el
movimiento y recoleccin de bolones. Tm : tiempo muerto en general.
Ti : tiempo improductivo. To : tiempo ocioso. Tdq :tiempo ocupado
en realizar el desquinche del talud. Tcp :tiempo ocupado al cambiar
de posicin la pala. Tlp :tiempo que demora al esperar que el
tractor limpie el piso. Tix :tiempo ocioso involuntario del
operador de la pala, que se produce al esperar que venga el
siguiente volquete. Tev : tiempo ocioso involuntario del operador
de la pala, que se produce al esperar que venga el siguiente
volquete. Tox : otros tiempos ociosos.
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Eff = Tci x 100 % Tci + Tm - Tev
Nvt = TOA TME TcvN = TOA TME x 100 % Tcv
N = TOA TME x 100 % Tcv
N volq = Tcv + Ttrv Tcv
Ttrv : tiempo de transporte de los volquetes:
Ttrv = Tida + Tdescarga + Tretorno
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