INTRODUCCIN La excavadora hidrulica es frecuentemente usada para la excavacin de rocas y tierra, sin embargo, gracias a sus numerosos accesorios tambin puede ser usada para el corte de acero, el rompimiento de concreto, el taladro de hoyos en la tierra, el cimiento de gravilla antes del pavimento, el destrozo de rocas, acero, y concreto, y hasta para acribillar lugares. La invencin de la excavadora hidrulica, con su fcil operacin y barata produccin, reemplaz a la excavadora de cable. (RITCHIE WIKI)La excavadora hidrulica es un equipo de excavacin y carga ampliamente utilizado en carreteras, canteras y todo tipo de obras pblicas y privadas. Puede ser de arranque frontal o retro. Esta ltima es la ms empleada en explotaciones de canteras, estn compuestas por tres elementos: el montaje (neumticos u orugas), la cabina, el brazo y el cucharn. En general se clasifican por el movimiento que les proporcionan los controles hidrulicos del brazo en el cual se apoya el cucharn. Una unidad con un giro hacia abajo se clasifica como un azadn, llamado tambin retroexcavadora oretro. Este equipo ejerce una fuerza de excavacin hacia la mquina, levantando la carga de abajo haciaarriba. Una unidad con un movimiento hacia delante se conoce como una pala frontal. La pala frontaldesarrolla la fuerza de carga moviendo la cuchara hacia adelante de la mquina. El giro hacia abajo dictamina un mejor uso del equipo para excavaciones por debajo del nivel de la mquina. El giro hacia delante de una pala frontal la hace ms til para las operaciones de carga; por lo tanto, la mquina requerir una cara de material por encima del nivel de apoyo del equipo. Las retroexcavadoras son ideales para la excavacin de zanjas o taludes y la carga tambin de unidades de transporte. Por su configuracin la longitud del brazo es mayor, proporcionndole una mayor versatilidad por su alcance en cuanto a profundidad y altura.

EXCAVADORAS Las excavadoras son equipos diseados principalmente para realizar trabajos abajo del nivel del terreno en que se sustenta, vienen montadas sobre llantas las pequeas y sobre orugas las de gran tamao, esto debido principalmente a su propio peso, pero tambin al tipo de terreno en el que vayan a trabajar. CONCEPTO Se denomina pala excavadora a una mquina autopropulsada, con una estructura capaz de girar al menos 360 (en un sentido y en otro, y de forma ininterrumpida) que excava terrenos, o carga, eleva, gira y descarga materiales por la accin de la cuchara, fijada a un conjunto formada por pluma y brazo o balancn, sin que la estructura portante o chasis se desplace. TIPOS DE EXCAVADORAS Debido a la gran versatilidad que esta maquinaria presenta, existen diversos tipos de excavadoras diferentes en el mercado. Algunos ejemplos de empresas de prestigio que producen excavadoras son John Deere, Caterpillar, Kubota, Komatsu o Hitachi, entre otras. En la clasificacin ms general que existe, stas se subdividen en dos grandes categoras:

Las excavadoras con cuchara

Las retroexcavadoras. A las excavadoras con cuchara se las denomina tambin palas excavadoras o palas mecnicas. Se usan para excavaciones de tipo vertical, siendo especialmente tiles en la produccin de pozos y en el campo de la minera. Pueden ir montadas sobre neumticos o sobre orugas, pudiendo girar sobre s mismas con la ayuda de un eje de hasta 360. Un equipo mvil de construccin que deba trabajar sobre superficies de material tosco o suelto, que aportan un apoyo deficiente, debe estar montado sobre carriles de oruga. Se recomienda lo anterior, en particular cuando el equipo despus de ser instalado en el lugar de las obras, no necesita ser movido frecuentemente, usualmente este es el caso de las excavadoras. El montaje de oruga aporta el mximo de rea de apoyo para los trabajos en tierra suelta, a la vez que puede soportar el mayor abuso de la superficie de soporte en trminos speros y distribuye el propio peso de las grandes mquinas que llega a ser de 190 toneladas aproximadamente. Son de gran variedad de tamaos, desde las que pesan 13Ton. Y con una capacidad de cucharon de 0.4m (1/2 Yd) hasta las que pesan 190 Ton. Con capacidad del cucharon de 13m (17 Yd)

Las retroexcavadoras son conocidas tambin como excavadoras hidrulicas. Estos equipos son populares por ser de precio ms ajustado sin sacrificar por ello la potencia. Adems al contrario que las palas mecnicas, inciden sobre el terreno desde arriba hacia abajo y son ms rpidas a la hora de cargar material. La pala de empuje tiene la cuchara hacia arriba, es capaz de descargar desde mayor altura y se usa sobre todo en el campo de la minera. La diferencia principal entre las excavadoras con cuchara y las retroexcavadoras es que las retroexcavadoras suelen desplazarse sobre neumticos, y al momento de iniciar una excavacin tienen que elevarse para apoyarse sobre gatos hidrulicos integrados, siendo ms rpida en la carga y descarga de material que la excavadora convencional. Las excavadoras de cuchara no necesitan estabilizacin mientras realizan su trabajo y adems, cuentan con un cucharn ms grande, lo que permite una mayor potencia.

PARTES DE UNA EXCAVADORA

1. Punto de unin entre el brazo y la pluma. 2. Cilindro hidrulico del cucharon 3. Brazo 4. Eslabn de articulacin 5. Cucharon 6. Trenes de rodaje 7. Chasis o bastidor 8. Compartimiento del motor 9. Cabina del operador 10. Cilindros hidrulicos de la pluma o aguiln 11. Pluma o aguiln 12. Cilindro hidrulico del brazo

1

2

3

4

12

5

11

10

9

8

7 6

APLICACION DE LAS EXCAVADORAS Los trabajos que pueden desempear estas mquinas con su equipo convencional y con la mayor eficiencia son:

Alimentacin de equipos de trituracin y cribado. Carga a camiones u otro equipo de acarreo. Colocacin de tubos. Desmonte y demolicin. Excavacin de zanjas. Excavacin y afinamiento de canales. Trabajos de cantera. Excavaciones bajo el agua y dragados.

TABLA PARA CALCULAR EL TIEMPO DE CICLO El ciclo de excavacin de la excavadora consta de cuatro partes: 1. Carga del cucharn 2. Giro con carga 3. Descarga del cucharn 4. Giro sin carga El tiempo total del ciclo de la excavadora depende del tamao de la mquina (las mquinas pequeas tienen ciclos ms rpidos que las mquinas grandes) y de las condiciones de la obra. A medida que stas se hacen ms difciles (se dificulta ms la excavacin, la zanja es ms profunda, hay ms obstculos, etc.), baja el rendimiento de la excavadora. A medida que se endurece el suelo y se dificulta su excavacin, se tarda ms en llenar el cucharn. A medida que la zanja se hace ms profunda y la pila del material que se saca crece, el cucharn tiene que viajar ms lejos y la superestructura tiene que hacer mayores giros con cada ciclo de trabajo.

COMO AUMENTAR AL MAXIMO LA PRODUCCIN CON UNA EXCAVADORA DE GRAN VOLUMEN

Altura del banco y distancia al camin ideales. 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 posicin ideal del camin es con la pared cercana de la caja del camin situada debajo del pasador de articulacin de la pluma con el brazo.

Zona de trabajo y ngulo de giro ptimos Para obtener la mxima produccin, la zona de trabajo debe estar limitada a 15 a cada lado del centro de la mquina o aproximadamente igual al ancho del tren de rodaje. Los camiones deben colocarse tan cerca como sea posible de la lnea central de la mquina. La ilustracin muestra dos alternativas posibles.

Distancia ideal del borde La mquina debe colocarse de forma que el brazo est vertical cuando el cucharn alcanza su carga mxima. Si la mquina se encuentra a una distancia mayor, se reduce la fuerza de desprendimiento vertical. Si se encuentra ms cerca del borde, se perder tiempo al sacar el brazo. El operador debe comenzar a levantar la pluma cuando el cucharn haya recorrido el 75% de su arco de plegado. En ese momento el brazo estar muy cerca de la vertical.

CONSUMO DE COMBUSTIBLE SELECCIN DE EXCAVADORAS PARA TRABAJOS Escoger la excavadora correcta para un trabajo especfico de remocin de tierras es tanto una ciencia como un arte una mezcla de prctica, evaluacin sistemtica y sentido comn. En seguida se mencionan algunas reglas que pueden ser de gran utilidad para determinar que mquina conviene ms a sus necesidades.

ZONA DE TRABAJO Cada tipo de mquina para mover tierras tiene un rea limitada donde puede excavar y cargar material de manera econmica y eficiente. Los parmetros que determinan la zona de trabajo de una excavadora son la profundidad de excavacin, el alcance y la altura de descarga.

PROFUNDIDAD Y ALCANCE La extensin de la pluma, el brazo excavador y el cucharon, determinan el alcance de excavacin y profundidad de la misma. La distancia a la cual una excavadora puede vaciar su carga desde el lugar donde trabaja, sin mover sus carriles o ruedas (girando 360 completos) define el alcance de descarga de la mquina.

CAPACIDAD DEL CUCHARON La seleccin del cucharon depende de muchos factores: el tamao (volumen) y lo ancho del cubo que se requiere para una aplicacin especfica, ms el tipo y el peso del material con que se va a trabajar.

ALTURA DE DESCARGA La altura necesaria para la descarga del cubo depende: El espacio libre bajo el cubo mientras el brazo del cucharn gira en su radio de alcance cuando est extendido.

RENDIMIENTOS En esta parte del presente estudio nos interesa saber la forma de determinar la cantidad de material que maneja este equipo en cierto periodo. La determinacin usual, consiste en conocer el nmero de metros cbicos (yardas cubicas) movidos por hora, a esto ltimo se le denomina rendimiento de produccin. Para conocer el rendimiento necesitamos principalmente de dos valores: el tiempo de ciclo y la capacidad til del cucharn. La capacidad til del cucharon depende del tamao de la mquina (a una mquina grande se le puede adaptar un cucharn mayor que a una pequea), del tipo de terreno (del ngulo de reposo) y de la facilidad de llenar el cucharn.

CALCULO DEL RENDIMIENTO DE UNA EXCAVADORA POR OBSERVACIN DIRECTA Esta forma de clculo consiste en la medicin de los volmenes de material movidos por la

excavadora durante las horas de trabajo, cronmetro en mano.

Este mtodo nos proporciona los rendimientos reales, sin embargo requerira contar la

mquina en el frente de trabajo, por lo tanto no es posible utilizar este mtodo para tomar

una decisin de compra o renta.

Debemos por otro lado hacer notar que una sola observacin no es representativa del rendimiento por lo que es recomendable llevar a cabo varias observaciones cuyo promedio nos dar el rendimiento por observacin directa.

CALCULO DEL RENDIMIENTO DE UNA EXCAVADORA POR MEDIO DE REGLAS Y FORMULAS El rendimiento aproximado del equipo en estudio por medio de este mtodo puede

estimarse de la forma siguiente:

1.- Se calcula el tiempo de ciclo y los ciclos por hora, que es igual al cociente del tiempo

que dura un ciclo, es decir:

CICLOS/HORA =TIEMPO EFECTIVO EN UNA HORA

TIEMPO DE DURACIN DEL CICLO

2.- Se calcula la cantidad de material que mueve el cucharn en cada ciclo.

3.- Con los datos anteriores se calcula el rendimiento: M/HORA = M/CICLO X CICLOS/HORA

(RENDIMIENTO = PASO 2 X PASO 1)

EFICIENCIAMIN. TRABAJADOS

POR HORA

EFICIENCIA 1

DE 60 MIN (%)FACTOR

EXCELENTE 55 92 1.1

PROMEDIO 50 83 1

ABAJO DEL

PROMEDIO45 75 0.9

DESFAVORABLE 40 67 0.807

FACTOR POR EFICIENCIA DE TRABAJO (I)

PIES METROS PIES METROS

5 1.5 2.5 0.75 0.97

10 3 5 1.5 1.15

15 4.5 7.5 2.25 1

20 6 10 3 0.95

25 7.5 12.5 3.75 0.85

30 9 15 4.5 0.75

FACTOR POR PROFUNDIDAD DE CORTE (II)

PROF. MAXIMA PROF. PROM.FACTOR

GIRO EN GRADOS FACTOR

45 1.05

60 1

75 0.93

90 0.86

120 0.76

180 0.61

FACTOR POR ANGULO DE GIRO (III)

CARGA DEL CUCHARON FACTOR

CARGA FACIL 0.9 - 1.00

CARGA MEDIA 0.80 - 0.90

CARGA DIFICIL 0.65 - 0.80

CARGA MUY DIFICIL 0.4 - 0.65

CARGABILIDAD DE MATERIAL (IV)

Para ilustra lo antes expuesto es conveniente hacerlo mediante la solucin de un ejemplo prctico, que consiste en obtener el rendimiento de una excavadora por medio delos tres mtodos expuestos y comparar los resultados. Las caractersticas son las siguientes: EXCAVADORA MARCA CATERPILLAR Modelo 330D Capacidad del cucharn 1.43 m (1 7/8 Yd) Profundidad Medio de Excavacin 1.5 m Angulo de Giro 60 Material de Excavacin grava-are Ciclo 20 segundos

PRIMER MTODO. (Observacin Directa) El rendimiento que se obtuvo fue de 208 m/hr.

SEGUNDO MTODO. (Reglas y Formulas) Con los datos que tenemos y viendo la carta de estimacin de tiempos de ciclos tenemos que se puede tomar un ciclo de 20 segundos. La capacidad til del cucharn es de: 1.43 m ya que se trata de grava arena

Entonces obtenemos el = 3600 Seg/hr. = 180 ciclos /hora

nmero de ciclos por hora 20 Seg/Ciclo

Produccin: 180 Ciclos/hr. X 1.43 m/ciclo = 257.4 m/hr.

Este ltimo resultado hay que efectuarlo por un factor de eficiencia de trabajo; supongamos

que se trabajan 50 min. c/hora sea 83%.

Produccin Corregida = 257.4 m/hr x 0.83 = 213.6 m/hr.

TERCER MTODO. Tablas proporcionadas por el fabricante Usando la tabla del fabricante presentada anteriormente, entrando con la capacidad del cucharn y el tipo de material vemos que: Produccin horaria aproximada = 180 m Ajustando la produccin por medio de los 4 factores tenemos: Eficiencia del trabajo Factor = 1.00 Profundidad de corte = 1.15 Angulo de giro = 1.00 Cargabilidad del material = 1.00 Produccin horaria ajustada = 180 m x 1 x 1.15 x 1 x 1= 207 m/hr.

METODO RENDIMIENTO M/HR.

Observacin directa 208

Reglas y frmulas 213.6

Tablas del fabricante 207

Se puede observar que son sumamente parecidos por lo que podemos concluir que estimar el rendimiento de una excavadora por medio de reglas y frmulas o de acuerdo a las tablas de fabricantes nos da una buena idea del rendimiento real que se obtendr en campo.

CONCLUSIONES Luego de haber investigado sobre la excavadora hidrulica, primero, tomando la informacin de los catlogos tcnicos en donde se especifican las caractersticas fundamentales del equipo, las nuevas tecnologas aplicadas a estos y el desarrollo de la industria para lograrlos mximos rendimientos. Tener en cuenta el tipo y dimensiones de la maquina requerida para una operacin eficiente, variara depende del rea del proyecto y de la cantidad de material por moverse. Conociendo la clase y el volumen del trabajo a realizarse se escoge el tipo de mquina ms apropiada. Se escoger la clase de motor (disel, gasolinero, etc). Si la pala debe ser a orugas o montada sobre neumticos, las clases de implementos (cucharones y plumas) y las dimensiones del cucharon que como hemos dicho, es lo que en el fondo manda todo el resto de las dimensiones de la mquina y accesorios.