4.3.- Producción de la Excavadora y Pala.

4.3.1.- Producción de la Excavadora

Video: Excavadoras de Oruga Hyundai y camion Shacman

REcuperdo de: https://youtu.be/6_BCmgHpN0I

Video: Cálculo de la Producción de una Excavadora

Fuente: Juan De la Torre - TECSUP

El cálculo de productividad de una excavadora depende de varios factores como las dimensiones del cucharon, la profundidad de excavación, el tipo de suelo, entre otros. El resultado también es expresado en metros cúbicos sobre horas y a continuación describiré las maneras, que se dentrá en cuenta para el cálculo de la producción de la excavadora.

4.3.1.1.- Producción por ciclo (q).

Dónde:

q₁: Capacidad colmada, según SAE, de carga de cucharón, dada en las hojas de especificaciones de la máquina (m³).

f₁: Factor de llenado

f_h: Factor de altura y corte

El factor de llenado del cucharón se escoge de acuerdo con la siguiente tabla y al tipo de excavadora: retroexcavadora o pala (de carga frontal) como se denomina comúnmente.

Tabla N⁰ 4.4.38: FACTOR DE LLENADO PARA EXCAVADORA

Fuente: Komatsu, Caterpillar y Fiat

Tabla N⁰ 4.4.39: FACTOR DE ALTURA Y CORTE PARA LA EXCAVADORA

Fuente: Handbook CAT

Donde:

h_tr: Altura de trabajo

h₀: Altura óptima de trabajo (30 - 50 % de la máxima altura de trabajo)

4.3.1.2.- Tiempo de ciclos de trabajo (Cm).

El ciclo de trabajo de una excavadora depende de la dureza del suelo en que se va a trabajar, su profundidad, el tamaño del cucharón, el ángulo de giro y la ubicación del volquete o equipo en que va a transportar la carga.

El ciclo de excavación de una excavadora comprende cuatro fases, que son:

1. Carga.- Corte y carga del material (llenado del bote).
2. Giro con carga.- Elevación y giro de la máquina cargada.
3. Descarga.- Descarga del material.
4. Giro en vacio.- Giro de la máquina vacía al sitio de origen.

Para encontar en número de ciclos en minutos.

Condiciones:

• Fácil: Arcilla dura, arena y grava.
• Promedio: Arcilla dura y compacta, y roca bien framentada por voladura.
• Díficiles: Roca mal fragmentada por voladura.

Tabla N⁰ 4.4.40: TIEMPO DE CICLO PARA EXCAVADORA (seg)

Fuente: Juan Carlos Latorre - TECSUP

El tiempo total del ciclo depende de las condiciones de la obra y del tamaño de la máquina (las máquinas pequeñas tienen ciclos más rápidos que las máquinas grandes). Las condiciones de la obra generalmente van cambiando a medida que se avanza y se vuelven más difíciles, la excavación se dificulta, es más profunda, hay más obstáculos, el suelo puede ser más duro, el arrume se va haciendo más grande, etc., por lo tanto baja el rendimiento de la máquina pues tiene que hacer recorridos del cucharón más largos, la superestructura debe girar más y/o hacer más giros por ciclo de trabajo.

4.3.1.3.- Otras Maneras de Calcular la Producción de la Excavadora

Para determinar el tiempo total del ciclo de una excavadora se puede hacer por medio de tomas de tiempo directo sobre la obra, o haciendo el cálculo con base en las tablas del tiempo del ciclo estándar, de acuerdo al peso de la máquina, a la capacidad del cucharón, el ángulo de giro de la operación, y afectando este dato con el factor de conversión de la retroexcavadora, así:

Tiempo del ciclo (Cm) = tiempo estándar del ciclo * factor de conversión

Hay que tener en cuenta de que estos tiempos se dan bajo las siguientes condiciones:

• Un operador con habilidad normal.

• No hay obstáculos en la ruta de circulación del equipo.

• Las condiciones de trabajo son favorables.

Tabla N⁰ 4.4.41: TIEMPO DE CICLO ESTÁNDAR PARA EXCAVADORA (seg)

Fuente: Komatsu

Tabla N⁰ 4.4.42: TIEMPO DE CICLO ESTÁNDAR PARA PALA (seg)

Fuente: Komatsu

Nota.- En la columna de capacidad del cucharón se dice hasta una cierta capacidad, porque a la excavadora se le puede instalar diferentes tipos de cucharones de acuerdo al trabajo que se va a realizar. Esta gama de cucharones varía de acuerdo al fabricante, por ejemplo, se puede ensamblar una máquina de 20 toneladas con un cucharón de 0.60 m³, pero el dato del ciclo que debe tomarse es el correspondiente al del peso.

Una vez determinada el tiempo del ciclo, se escoge el factor de conversión (ver la tabla siguiente), que depende de la condición de excavación, relación entre la profundidad real de excavación y la profundidad de excavación máxima especificada, y las condiciones de la obra, que depende del material a excavar, condiciones del descargue, operador, y obstáculos en el sitio de trabajo, el factor puede clasificarse en fácil, normal, moderada y difícil.

Tabla N⁰ 4.4.43: FACTOR DE CONVERSIÓN DE LA EXCAVADORA

Fuente: Komatsu

• Fácil.- Material fácil de excavar como tierra suelta o arena, operador con buena habilidad, sin obstáculos en el área de la maniobra, descarga en pila o volquete en el área de excavación.

• Normal.- Material más difícil de excavar como tierra compacta, arcilla seca y dura; tierra con menos del 25% de roca; pocos obstáculos en el área de la maniobra; descarga en una pila.

• Moderado.- El material a excavar es más duro, con más contenido de roca o piedra, la descarga es más difícil, descarga en volquete pequeño.

• Difícil.- Material muy difícil de excavar, con bastante piedra, roca de voladura, caliza, arenisca, pizarra bituminosa, personal y obstáculos en el área de maniobra, se descarga en áreas pequeñas y se requiera el alcance máximo del equipo.

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

Sabemos que n = 60/Cm, Cm en minutos.

4.3.1.4.- Factores de corrección

Se recomienda tomar de la tabla N⁰ 4.3.5 ó la tabla N⁰ 4.4.25 para la eficiencia de trabajo y los otros factores recomendados al inicio del capítulo.

4.3.1.5.- Otra forma de cálculo de la producción.

Existen también tablas para encontrar directamente la producción de una excavadora, el dato que da la tabla es de una producción estándar y se averigua conociendo el tiempo de los ciclos o el número de ciclos por hora y este dato se cruza con la capacidad del cucharón. Para hallar una producción más real se debe multiplicar este valor por el factoes de corrección.

Tabla N⁰ 4.4.44: PRODUCCIÓN ESTÁNDAR DE CARGUE (m³/hr ó yd³/hr)

Tabla N⁰ 4.4.45: PRODUCCIÓN ESTÁNDAR DE CARGUE (m³/hr ó yd³/hr)

Tabla N⁰ 4.4.46: PRODUCCIÓN ESTÁNDAR DE CARGUE (m³/hr ó yd³/hr)

4.3.2.- Producción de una Pala

4.3.2.1.- Producción mediante fórmula

Depende de los siguientes factores.

• Clase de material
• Altura de corte
• Ángulo de giro
• Habilidad del operador
• Condiciones de obra
• Mantenimiento del equipo
• Tiempo del ciclo

Matemáticamente se define como:

Donde:

q₁: Capacidad del cucharón (m³), obtenidas en el Manual del fabricante

f₁: Factor de llenado

f_g: Factor de giro

f_c: Cactor de corte

4.3.2.2.- Factor de llenado

Tabla N⁰ 4.4.47: FACTOR DE LLENADO PARA PALAS ELÉCTRICAS Y PALA HIDRÁULICA

Fuente: Juan Carlos Latorre - TECSUP

4.3.2.3.- Factor de giro

Tabla N⁰ 4.4.48: FACTOR DE GIRO

Fuente: Juan Carlos Latorre - TECSUP

4.3.2.4.- Factor de corte

Tabla N⁰ 4.4.49: FACTOR DE GIRO

Fuente: Juan Carlos Latorre - TECSUP

Donde:

h_r: Altura real (m)

h_c: Altura de corte teórica (m)

4.3.2.5.- Duración del Ciclo

• El ciclo de trabajo promedio puede tomar aproximadamente de 25 a 45 segundos dependiendo de la máquina, carga, ángulo de giro, condiciones del banco y habilidad del operador.
• El ciclo de trabajo de una pala costa de cuatro fases;
  • Carga.
  • Giro hacia el camión.
  • Descarga.
  • Retorno al material en banco

4.3.3.- Producción de una retroexcavadora en apertura de zanjas

Una forma de calcularla es expresándola en metro lineal por hora o por día. Esta producción depende del rendimiento de la máquina en sí y de las dimensiones de la zanja, por lo tanto la producción de movimiento de tierra se puede expresar de la siguiente manera convertida a producción de zanjas.

Producción de zanja (m/hr) = (Producción de m³/hr excavados)/(m³/metro lineal de zanja)

ó si se quiere expresar en día, se tiene:

Producción de zanja (m/día) = (Producción de zanja en metros lineales/hr) *(horas de trabajo en zanja/día)

En la siguiente gráfica se pueden encontrar cualquiera de los tres valores expresados en la primera fórmula, en el eje horizontal los m³/m, en el eje vertical los metros lineales por hora y en las rectas inclinadas los valores de m³ lineal de zanja

Gráfico N⁰ 4.4.17

Fuente: Caterpillar