Tecnología de Excavadoras: Componentes, Tipos y Operación en Maquinaria Pesada

Excavadoras

Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas, capaz de girar 360 grados, que excava, carga, eleva, gira y descarga mediante una cuchara fijada a un conjunto de pluma y balancín, sin que el chasis se desplace.

Elementos Comunes

• Estructura superior o giratoria: Contiene los principales mecanismos de operación.
• Carro inferior o de traslación: Permite el desplazamiento de la máquina.
• Aditamento o equipo de trabajo: Es el elemento diferenciador que realiza la tarea específica (cuchara, martillo, etc.).

Elementos de la Estructura Giratoria

El chasis de acero, sobre el que van montadas la fuente de energía, la transmisión a la superestructura, el aparato de sujeción del pie de pluma, el caballete de la pluma, la cabina (donde están las palancas de mando y los contrapesos) y, en algunos casos, los grupos electrógenos para la iluminación. Todos estos elementos se ubican en la parte superior para conseguir una buena repartición de las cargas que aseguren un buen equilibrio. Se procura una buena visibilidad y accesibilidad de los elementos.

Motor

Colocado en el lado opuesto a la pluma para servir de contrapeso.

Transmisión

Generalmente hidrostática, lo que proporciona flexibilidad y elimina componentes como engranajes, embragues y frenos, utilizando solo mandos finales planetarios de alta reducción.

Mecanismo de Giro

Permite el giro de 360 grados en ambos sentidos. Algunas excavadoras solo permiten un giro parcial (180-270 grados), lo que las hace menos costosas y más manejables. Todo el peso se apoya en la corona central del cuerpo. Rodillos troncocónicos se encajan en ella o un gran rodamiento de bolas. Además, tiene un eje central que evita que se desplace o descentre la mesa y el carro inferior. El movimiento giratorio de la parte superior se obtiene mediante un piñón que engrana con una corona dentada del carro inferior.

Mecanismo de Traslación

Transmite el movimiento al chasis inferior, mediante un árbol vertical colocado en el interior y en el eje pivote central hueco.

Maniobra de la Pluma

La articulación es un par de soportes en el borde delantero conectados por pasadores horizontales que le permiten girar únicamente en el sentido vertical. Las plumas están sometidas a esfuerzos de compresión lateral a causa de la inercia de las aceleraciones.

Contrapeso y Equilibrio

Se colocan debajo del chasis y lo más lejos posible del centro de giro para aumentar el par estabilizador. Un contrapeso excesivo es contraproducente para la duración del pivote.

Puesto de Mando

El asiento puede ir en cualquier lado de la plataforma y la cabina está diseñada para una buena visibilidad y protección.

Carro Inferior y Dispositivo de Traslación

Las máquinas pequeñas pueden ser sobre orugas o ruedas, accionadas por el mismo motor que los elementos de trabajo. Las máquinas grandes, generalmente sobre orugas, llevan la corona sobre la que gira la plataforma superior.

Montaje sobre Orugas

No sirve para transporte de largas distancias; mueve decenas de toneladas a pequeñas distancias, siendo prohibitivo para largos recorridos. Es importante que las orugas se asienten en el suelo con un reparto uniforme. Las orugas suben pendientes del 30% en suelo firme y seco. El bastidor debe resistir los esfuerzos que impone el chasis giratorio y transmitirlos. Se le provee de una o varias velocidades de traslación, generalmente una hacia adelante y la misma hacia atrás. La traslación es posible en cualquier posición del chasis giratorio, pero no es posible girar mientras se traslada, porque ese movimiento simultáneo resulta inútil.

Montaje sobre Ruedas

Se fabrica en pequeños tamaños a causa de su centro de gravedad (CdG). Estas se usan en trabajos de poca importancia y cuando es necesaria una gran movilidad. Se pueden poner apoyos para aumentar la estabilidad, que son zapatas articuladas (2 o 4 apoyos).

Excavadora de Cables Clásica

Descripción: Estructura giratoria como el carro inferior y traslación igual que las palas giratorias.

Equipo de Trabajo

Pluma de Excavación Frontal

Robusta viga en cajón apoyada en su base por unas articulaciones sobre su mesa de giro y por el otro extremo sostenida por cables para elevar la pluma mediante poleas. En el centro, un dispositivo pivotante para deslizar el brazo portacazo.

Brazo Portacazo

Formado por una o dos vigas gemelas apoyadas en el dispositivo pivotante y sustentadas en el extremo, unido al cazo por medio de una polea, sobre el que corre el cable de excavación.

Cazo o Cuchara de Excavación

Sección cúbica con cara superior abierta y la contraria cerrada por una puerta pendular con un dispositivo para abrirla. El borde superior lleva unos dientes desmontables de acero al manganeso (Mn), que mejoran la excavación y reducen el desgaste. La cuchara está unida rígidamente al brazo portacazo, no pudiendo girar independientemente de este, aunque sí puede variar el ángulo de los dientes. El fondo se abre con un cable que saca el pasador: eléctrica, mecánica o hidráulicamente. El cierre por gravedad se fabrica con roblones o soldada.

Método de Trabajo

Aplicaciones Principales

Son buenas en terrenos malos por su superficie de apoyo y porque no se mueven. Son lentas al desplazarse y difíciles de transportar. Excavan terrenos consistentes (tierras compactas a areniscas no cementadas), también rocas voladas. El rendimiento óptimo es la altura que permita el llenado en un solo pase.

Procedimiento de Trabajo

1. Se excava desde abajo y se combina la elevación e hinca del brazo portacazo, recorriendo verticalmente el frente. El cable debe estar lo más paralelo posible a la dirección del esfuerzo; para frentes altos, se elevan las plumas.
2. Una vez cargada, gira la plataforma hasta la posición de descarga.
3. Descarga del fondo.
4. La posición ideal de descarga es la natural de equilibrio a plomo de la polea de la pluma.
5. El giro absorbe el 60% del ciclo de trabajo.

Factores de Producción

Carrera de ataque

Desde la penetración hasta acabar el corte.

Profundidad de ataque

Espesor de corte.

Pasada

Número de carreras sin movimiento de traslación.