4.2.- Producción del Cargador Frontal sobre orugas o llantas.

Para el cálculo de producción de los cargadores también se encuentra en gráficas y tablas de los fabricantes que ayudan a aplicar la fórmula general de producción. Estas tablas están hechas con base en numerosas pruebas y bajo ciertas condiciones ideales de operación, para cargue o cargue y acarreo, pues los cargadores también pueden efectuar trabajos de acarreo.

4.2.1.- Selección de un cargador en función de una producción requerida, como transportador de carga, utlizando el manual de rendimiento CCAT:

Video: Cálculo de la procucción de un Cargador transportsndo carga utilizando el Manual de rendimiento del CAT (Recuperado de: https://youtu.be/94d5XUIMJTE)

Fuente: Gustavo Manuel Livisi Mogollon

4.2.2.-La producción por hora, como cargador de camiones, aplicando la fórmula general:

Video: Cálculo de la producción de un Cargador Frontal 950H.

Fuente: Juan Carlos Latorre - TECSUP

a).- Producción por ciclo (q).- Es igual a la capacidad colmada del cucharón. Este dato se obtiene de los manuales de los fabricantes o directamente de las dimensiones del cucharón.

Donde:

q₁: Capacidad colmada dada en las hojas de especificaciones de la máquina.

K: Factor de carga o llenado del cucharón

Selección de condiciones de cargue, para utilizar las tablas:

Tabla N⁰ 4.4.11: FACTOR DE CARGA

Condiciones de cargue	Condiciones de operación	Factor
Fácil	Material en pila o material chancado por otras excavadoras como arena, suelo arenosos o contenido moderado de humedad, arcilla arenosa.	1.0 - 0.8
Promedio	Material en pila o materiales dificltosos de penetrar y carga pero que pueden llegar a colmar el cucharón. Arena seca , suelos arenosos. Suelos barrosos o arcillosos, grava, arena dura, materiales de banco. Caljza quebrada.	0.8 - 0.6
Medio dificultoso	Roca fina Chancada, arcilla dura, arena gravosa. Suelos pegajosos con alta humedad apilados por excavadoras o materiales que dificultan llenar en cucharón.	0.6 - 0.5
Dificultosos	Rocas de formas irregulares. Rocas de rodado, suelos arenosos, arcilla. Materiales que no pueden ser llenados por el cucharón.	0.5 - 0.4

Fuente: Juan Carlos Latorre - TECSUP

 

Volvo L180D cargando volqueta

Recuperado de: https://youtu.be/EgGsTbXgS-E

b).- Capacidad "SAE" del cucharón.

Fig. N⁰ 4.4.4: Medidas para el cálculo de rendimiento

c).- Tiempo de ciclos (Cm).

Tabla N⁰ 4.4.12: C_m EN FORMA DIRECTA

Condición de la carga	Forma de Cargado y Tamaño de cucharón
	Cargado en V			Cargado Transversal
	< 3 m3	3.1 a 5 m3	> 5 m3	< 3 m3	3.1 a 5 m3	> 5 m3
Fácil	0.5	0.60	0.70	0.45	0.55	0.65
Promedio	0.60	0.70	0.75	0.55	0.65	0.70
Medio Dificultosa	0.75	0.75	0.80	0.70	0.70	0.75
Difícultosa	0.80	0.80	0.85	0.75	0.80	0.80

Fuente: Juan Carlos Latorre - TECSUP

Utilizando Fómulas:

Este tiempo es la suma de tiempo de carga, mas tiempo de maniobras, más tiempo de descarga.

Hay dos sistemas de realizar el cargue de volquetes: cargue transversal (o en cruz) o cargue en V.

En carga en cruz: En carga en "V": En carga y traslado: Donde: D: Distancia de acarreo (m). F: Velocidad de marcha adelante (m/min).   R: Velocidad de marcha atrás (m/min). Z: Tiempo fijo (min).

Fig. N0 4.4.5: Sistemas de cargue en V Su mayor rendimiento se obtiene en el cargado de materiales previamente acopiados, para lo cual el equipo de transporte debe ubicarse a la menor distancia posible del cargador frontal (5 metros) y de tal forma que su ángulo de giro no sea mayor a 90o.

Fig. N⁰ 4.4.6: Sistemas de cargue en "V" y en "Transversal"

i).- Velocidades de desplazamiento.

Tabla N⁰ 4.4.13: VELOCIDAD DE ACARREO EN CONDICIONES PROMEDIO

Condiciones de operación		Velocidad: km/hr (m/min)
		Cargado	Vacio
Buenas	El acarreo es sobre camino llano, bien compacto, pocas protuberancias en la superficie del camino, sin encontrarse con otras máquinas y condiciones para concentrarse en su carga y acarreo.	10 a 23 (167 -383)	11 a 24 (183 - 400)
Promedio	Camino con pocas protuberancias en la superficie, parejo, algún trabajo auxiliar de cargue de gran cantidad de rocas	10 a 28 (167 -300)	11 a 19 (183 - 317)
Moderadas	Protuberancias en la superficie del camino, mucho trabajo auxiliar	10 a 15 (167 -250)	10 a 16 (167 - 267)
Difíciles	Camino con grandes protuberancias, encuentro con otras máquinas, trabajo difícil de realizar, gran cantidad de trabajo auxiliar	9 a 12 (150 -200)	9 a 14 (150 - 233)

Fuente: Komatsu

ii).- Velocidad de marcha adelante/atrás (F/R).

Segunda y tercera marcha son usadas para F y R. Para power shift, la velocidad dada en las especificaciones multiplicar por 0.8 para los cálculos.

iii).- Tiempo fijo.

Donde:

t₁: tiempo de cargue (0.20 a 0.35 min)

t₂: tiempo de giro (0.15 a 0.35 min)

t₃: tiempo de vuelco (0.10 a 0.35 min)

Por lo tanto:

Z = 0.45 a 1.05 min

Tabla N⁰ 4.4.13b: Tiempo fijo de cargue(minutos)

	Cargando en "V"	Carga transversal	Carga y traslado
Marcha directa	0.25	0.35	-
Marcha automática	0.20	0.30	-
Power shift	0.20	0.30	0.35

Muchas veces se utiliza tablas de los manuales para encontrar el tiempo promedio del ciclo de trabajo, que a continuación presentamos:

Tiempo promedio del ciclo de trabajo, de acuerdo al tamaño del cucharón.- Los tiempos se pueden acortar disminuyendo la distancia de movimiento D, o suceder lo contrario.

Tabla N⁰ 4.4.14: CARGA EN "V" (seg)

Condición de la carga	Tamaño del cucharón
	Hasta 3 m3		De 3.1 a 5 m3		5.1 m3
	Llantas	Orugas	Llantas	Orugas	en adelante
Fácil	27	33	33	36	39
Promedio	33	36	39	42	42
Moderado	42	45	42	45	45
Difícil	45	48	45	48	48

Fuente: Komatsu

Los cargadores sobre orugas tienen menor capacidad de carga que los de llantas, por eso no se consideran en la última columna.

Tabla N⁰ 4.4.15: CARGA EN CRUZ (seg)

Condición de la carga	Tamaño del cucharón
	Hasta 3 m3		De 3.1 a 5 m3		5.1 m3
	Llantas	Orugas	Llantas	Orugas	en adelante
Fácil	24	33	30	36	36
Promedio	30	36	36	42	39
Moderado	39	45	39	45	42
Difícil	42	48	45	48	45

Fuente: Komatsu

Para el cálculo de la producción se pueden utilizar estos valores o tomarse valores de tiempo reales en obra; de todas maneras es muy buena práctica hacer los cálculos teóricos para tener un punto de comparación y determinar si el rendimiento real es eficiente o no y tomar las medidas correctivas que sean necesarias

d).- Carga útil requerida por ciclo.

Para determinar la carga útil que se necesita por ciclo, divida la producción requerida en una hora por el número de ciclos por hora.

4.2.3.- Eficiencia de trabajo (ver Tabla N^o 4.2.3).

4.2.4.- Método más rápido de cálculo de producción utilizando tablas de los manuales.

Una vez determinado el tiempo de ciclo, con este dato se va a las tablas de producción estándar y se cruzan con la capacidad del cucharón, así se encuentra la producción estándar.

Para encontrar una producción más real se multiplica el dato de la tabla por el factor del cucharón y por el factor de eficiencia.

Tabla N⁰ 4.4.16: PRODUCCIÓN ESTÁNDAR DE CARGUE (m³/hr)

Fuente: Komatsu                                       

Notas:
- Los datos que están en negrita indican la producción promedio
- La capacidad del cucharón es colmada.

Tabla N⁰ 4.4.17: PRODUCCIÓN ESTÁNDAR DE CARGUE (m³/hr)

Fuente: Komatsu                                       

Notas:
- Los datos que están en negrita indican la producción promedio
- La capacidad del cucharón es colmada.

Tabla N⁰ 4.4.18: PRODUCCIÓN ESTÁNDAR DE CARGUE (m³/hr)

Tabla N⁰ 4.4.19: PRODUCCIÓN ESTÁNDAR DE CARGUE Y ACARREO (m³/hr)

Tabla N⁰ 4.4.20: PRODUCCIÓN ESTÁNDAR DE CARGUE Y ACARREO (m³/hr)

Las condiciones que se tuvieron en cuenta para las tablas anteriores fueron:

1. Tiempo del ciclo: Tiempo de acarreo + tiempo fijo + tiempo de retorno.

2. Tiempo fijo: Tiempo de carga + tiempo de giro + tiempo de descargue.

3. El tiempo fijo se tomó de 0.60 min.

4. Los cambios o marchas del acarreo son en segunda (F2) y el retorno en tercera (F3).

Los valores de los factores del cucharón y eficiencia se pueden tomar de los datos anteriores.

Existen gráficas específicas de referencia sobre los tiempos de viaje de cada máquina, suministrada por los fabricantes. La gráfica relaciona la distancia del acarreo que puede ser vacío o cargado, el tiempo gastado y la resistencia total.

En las gráficas para los cargadores sobre llantas las condiciones supuestas son tales que la velocidad máxima de operación se distribuye así: Cuarta marcha, cuando la resistencia total está entre el 2% y el 6%, tercera marcha para una resistencia total del 8% al 10%, segunda para una resistencia total del 15% y primera marcha para una resistencia del 20%.

Ejemplo de este tipo de gráfica

Gráfico N⁰ 4.4.6

Para los cargadores sobre orugas, las gráficas son muy similares pero no están relacionadas con la resistencia total.

Consideraciones:

Para estimar la producción de un cargador hay que tener en cuenta lo siguiente:

1. El material contenido en el cucharón que se ha apilado o retirado de su estado natural, se debe estimar como material suelto. La capacidad útil del cucharón se determina así:

   Capacidad útil del cucharón m³S = (Capacidad nominal del cucharón)*(Factor del cucharón)

   Esta carga útil o real en volumen debe convertirse a carga útil en peso, para compararla con la carga límite estático de la máquina respectiva y asegurarnos que la carga real no presenta riesgo. Según la norma SAE una carga segura no debe exceder del 50% de la carga límite de equilibrio estático para cargadores sobre llanta, y del 35% para cargadores sobre orugas.

2. Si se va a trabajar con material en banco, es decir, cuando se efectúa excavación, el cálculo de la capacidad de carga del cucharón se calcula así:

   Capacidad útil del cucharón (m³B) = (Capacidad nominal del cucharón)*(Factor de carga)*(Factor del cucharón)

4.2.7.- Determinar la producción y selección de máquina, mediante Monogramas del fabricante.

Gráfico N⁰ 4.4.7

Fuente: CAT

Gráfico N⁰ 4.4.8

Fuente: CAT