DIVISO DE ENGENHARIA

CURSO DE ENGENHARIA DE MINAS

DISCIPLINA DE MAQUINARIA

TEMA: MQUINAS ESCAVADEIRAS

PROF. ISMAEL MOMADE RACIA

Tete, 2012

MQUINAS ESCAVADEIRAS ESTACIONRIAS As escavadeiras so mquinas habitualmente utilizadas para efectuar mecanicamente as operaes de arranque e ou de carga, tanto dos terrenos estreis como do minrio. So mquinas estacionrias, porque muito embora possuam orgos prprios de locomoo, estes praticamente no participam no ciclo operatrio. So pois equipamentos destinados: ou ao arranque e carga de produtos provenientes de macios virgens constituindos por rochas brandas; ou carga de produtos desmontados pela prvia aco dos explosivos, no caso dos macios formados por rochas duras. Podem ser subdivididos em dois tipos fundamentais: de balde nico e de balde mltiplo, conforme o quadro a seguir: MQUINAS ESCAVADORAS ESTACIONRIA P mecnica de balde frontal (Shovel, figura 39) Balde de arrasto (Dragline figura, 42) Balde casca de ostra (Clamshell, figura 44) Retroescavadoras (Backhoe, figura 47) De balde mltiplos: Cadeia de baldes (Chain diggers, figura 55) Roda de baldes (Bucket wheel, figura 58) De balde nico:

A

B

DRAGAS ESCAVADORAS Existem dois tipos principais de dragas escavadoras: draga escavadora de mandbulas (cleam shell) e draga escavadora de balde (dragline). Uma draga sempre trabalha em cima do banco, trabalha por gravidade e desmonta o minrio que se encontra a sua frente. So mquinas tpicas para a soluo de problemas de desmonte de grandes massas elevadas e carregamento com auxlio de outras mquinas menores. So adequadas ao desmonte de rochas brandas e material no muito duro (carvo mole). As cleam shell servem para material muito frouxo e as dragline para materiais um pouco mais duros. Para materiais mais resistentes e em zonas acidentadas a shovel mais indicada. Mquinas escavadoras do tipo Dragline As escavadoras deste tipo so constituido por um balde ou cesta que se desloca, por meio de cabos, de um lado para o outro, raspando as frentes em explorao e enchendo-se dos produtos

(minrio ou estril), que so transportados e descarregados sobre veculos de transporte, silos ou em locais destinados sua deposio (constituindo geralmente escombreiras).

Ilustrao da Dragline em actividade Partes constituintes As draglines so geralmente constituidas pelos seguintes elementos: a lana, o cabo de suporte da lana, o guincho de elevao da cesta, o guincho de arrasto, cabo de arrasto, cabo de elevao da cesta, articulao da lana, exteno intermediria da lana e cesto.

Modo operatrio das Dragline Este diferente do ds mecnica e fundamental por elas operarem em frentes situadas abaixo do degrau em que se posicionam. A p de arrasto constitui mesmo um dos nicos equipamentos deste tipo cujo balde pode operar debaixo de gua e o que possui o maior raio de alcance. O sistema de suspenso do balde, que lhe permite posicionamentos diferentes e possibilita o desmonte, a carga e a descarga atravs do cabo e do suporte articulado. Para efectuar a descarga basta soltar o cabo de arrasto, mantendo-se a cesta ou balde na posio vertical. Todo o sistema de suspenso e o prprio balde so de construo muito aligerada, podendo a lana atingir comprimentos duplos dos das ps mecnicas de igual capacidade. Esta caracterstica permite-lhes alcances obviamente duplos dos conseguidos pelas ps mecnicas, o que aliado a maiores simplicidades do balde, lhes posiblita manobras mais rpidas. O seu modo operatrio baseia-se na queda livre do balde sobre o terreno a desmontar, o que lhe confere a necessria fora de penetrao ou de arramque. Este procedimento pode ser complementado atravs de um movimento provocado e controlado de arremesso do balde, cuja eficincia depender da percia do operador. Modo de locomoo Quanto ao modo de locomoo pode ser feito sobre e por meio dos equipamentos normais de transporte (vages, camio e similares), sobre lagartas para as de pequena ou mdia dimenso, ou sobre sapatas prprias e mveis accionadas por intermdio de excntricos para as escavadeiras de grandes dimenses (assentando elas no seu prprio chassis inferior durante o perodo de trabalho). Este ultimo sistema denominado por walking na literatura anglo-saxnico, permite o emprego de lanas de grande dimenses (70, 80 m e at mais). Campo de emprego O campo de emprego das Dragline no difere muito do das ps mecnicas, com os quais alis competem. O seu rendimento varia entre 50 a 80% do de uma p mecnica de igual capacidade. Tem particuar aplicao naqueles casos em que convem manter a mquina fora da escavao por razes de maus terrenos, de acesso, ou de invaso de guas.

Nas lavras mineiras o seu campo de aplicao ideal, principalmente no caso das grandes mquinas, o da remoo dos terrenos de cobertura estreis pouco espessos e constantes dos jazigos cuka morfologia aponta para o mtodo de explorao das escombreiras no interior dos contornos da explorao. Devido sua concepo, estas mquinas permitem alcances superiores aos das ps mecnicas, mas a sua utilizao como equipamento de carga em camies ou outro equipamento de transporte no permite manobras to precisas.

MQUINAS ESCAVADORAS DE BALDE NICO (PS MECNICAS) Existem trs tipos principais de ps mecnicas: p mecnica giratria (shovel), roda frontal giratria (BWE) e retroescavadeira. As ps mecnicas pertencem ao grupo de escavadeiras cclicas (shovel e retroescavadeira) ou de ciclo contnuo (BWE). Escavadeira mecnica do tipo Shovel A p mecnica giratria ou shovel pertence ao grupo das escavadoras cclicas. A shovel colocada no piso da bancada que explorada por cortes sucessivos cujas frentes se dispem no extremo do corte em operao A shovel escava a rocha com o corte de baixo para cima e avana em direo a bancada a medida que avana o trabalho.

Ilustrao dos dois tipos de Shovel: Hidrulico o primeiro e a cabo o segundo

Accionamento da mquina O accionamento destas unidades tanto pode ser feito custa de energia elctrica (corrente alternada, contnua ou mista do yipo ward leonard) produzida exteriormente mquina, como mecnico (como motores de combusto interna, geralmente do tipo diesel) como do tipo misto (grupos geradores diesel/elctricos). A electricidade constitui a forma de energia mas aplicada, principalmente nas ps mecnicas de grande capacidade. Esta forma de energia produzida no exterior, em grandes instalaes e no geral fixas, de grande produo e distribuio vria, normalmente de menor custo do que a fornecida por unidades mais pequenas, como a dos grupos diesel/elctricos auto-transportados. O accionamento pelo simples sistema diesel, com comando leo-hidrulico, est naturalmente indicado e aplicado com vantagem nas unidades pequenas ou mdias e sendo estas escavadeiras geralmente o lugar das que usam os cabos e guinchos na movimentao do balde, particularmente nas de pequena capacidade, mas mantendo-se aquele accionamento ainda, nas de mdia ou grandes capacidades. Modo operatrio Estas mquinas so fundamentalmente projectadas para realizarem o desmonte mecnico em terrenos incoerentes ou brandos, podendo no entanto, ser tambm utilizados em terrenos duros, quando estes sejam previamente fragmentados por intermdio de explosivos, trabalhando ento como carregadeiras. Pelo facto de praticamente poderem executar trabalhos de desmonte e ou de carga em todo os tipos de classes de terreno, elas so de uso comum em quase todos os mtodos de explorao a cu aberto, podendo realizar operaes tanto no estril como no minrio, mas sempre em frente situadas acima do nvel do degrau em que se situam. Constituio das mquinas Nestas mquinas poder destinguir-se uma infraestrutura e uma superestrutura. A infraestrutura inclui uma base que se apoia sobre o sistema de locomoo e sobre o qual se apoia a superestrutura mvel em torno de um eixo vertica. O mecanismo que permite a rotao de 360 constituido por uma roda de coroa e pinho. A superestrutura est intimamente ligado roda de coroa de modo que o accionamento do pinho provoca a rotao de toda a superestrutura. Nesta,

alm da cabine de comando, encontra-se localizado o elemento motor e as transmisses necessrias para accionar os diversos elementos mveis. Identificao dos elementos de uma p mecnica

Faixa de trabalho de uma P Carregaavadeira

RETROESCAVADORAS (BACK-SHOVEL OU BACK HOE) Estes tipos de mquinas, apresentam uma lana semelhante ao da p mecnica, apenas apresentando a diferena no posicionamento do balde que, contrariamente ao daquela, voltado para baixo.

Ilustrao de Retroescavadoras

Estas so mquinas concebidas para executarem essencialmente trabalhos de escavao. Com efeito, o seu raio de alcance limitado e o balde de pequena capacidade, afectando uma forma peculiar (Hoe) o que lhe confere boas caractersticas de penetrao, pois os dentes dos seus baldes podem exercer grandes presses sobre os terrenos. O seu funcionamento, embora semelhante ao das p mecnicas, apresenta no entanto, duas caractersticas que as distinguem: A posio invertida do balde; Uma maior estabilidade, pois medida que se processa o seu enchimento ele aproxima-se da mquina, contrariamente ao que sucede nas ps mecnicas. As mquinas retroescavadeiras permitem escavar ou desmontar terrenos um pouco mais duros que os normalmentes escavados pelas ps mecnicas. Estes tipos de escavadora pode trabalhar segundo trs modos operatrios destintos, conforme est siyuado: No nvel inferior do degrau Numa plataforma formada pelos prprios produtos desmontados; Ou no nvel superior do degrau.

Modo operatrio da rectroescavadora O modo operacional destas mquinas oferece ceratas vantagens, como: Uma boa estabilidade da mquina durante o trabalho, por um apoio total das superfcies que compe as lagartas, donde resulta uma excelente degradao das cargas de apoio; Menores esforos solicitados aos aparelhos de locomoo; Deslocamentos praticamente nulos; Cargas mais suaves e devidamente controladas devido a excelente visibilidade proporcionada ao manobrador (o plano das superfcie inferior da caixa dos camies coincide com a de apoio das retroescavadeira).

Faixa de trabalho de uma Retroscavadeira

ESTIMATIVA ESCAVADORA

DA

CAPACIDADE

PRODUTIVA

TERICA

DAS

MQUINAS

A determinao da capacidade produtiva ou rendimento destas mquinas fundamental, pois ela exprime uma das caractersticas mais importantes dos equipamentos.

P C f1 ; ondeP: capacidade produtiva; C: capacidade do balde e f: frequncia do ciclo. Como se sabe: f = 1/tc` sendo tc o tempo dispendido na execuo de um ciclo. No que diz respeito a este importante relembrar que o tempo de ciclo mnimo o somatrio de todos os tempos elementares (fixos: tf e variveis: tv) relativos ao menor dos tempos em que seja possvel executar um ciclo (tcmin = tf + tv), e o tempo de ciclo real (tcr = tcmin + ti), so somatrios de todos os tempos improdutivos.

Capacidade produtiva mxima e terica do equipamento ser:Pmax C max 1 t c min

;e

A capacidade terica real (Pr)Pr C max 1 t cr

Rendimento global ou factor de eficincia (R)R

t Pr , verfca-se que ele poder ser tambm expresso por: R c min t cr Pc min

1

t

1

i

t c min

A expresso geral da capacidade produtiva real em termos de rochas in situ.Pr C 1 t c min Ri ; onde o coeficiente de empolamento dos produtos.

Capacidade produtiva terica real de uma escavadeiraP C Ce 1 t c min R , onde:

C: capacidade do balde; Ce: coeficiente de enchimento; : empolamento, e R: o rendimento.

BIBLIOGRAFIA COUTO, Rui Torres da Silva (1990), Dissertao de Doutoramento, Lavras a cu aberto e equipamentos principais,Faculdade de Engenharia Universidade do Porto, Instituto Nacional de Investigao Cientfica, Porto. SR Upadhyay, `Superfcie Tecnologia Miner em Coalfields Mahanadi Limitada", Journal of Mines, metais e combustveis, edio especial sobre a melhoria da produtividade em minas de superfcie, 2009, pp 55-57. MP Dikshit, OP Singh, `Superfcie Operao Miner - um custo eficaz, minerao de carvo ecofriendly para produo em massa em minas de carvo a cu aberto na ndia", Journal of Mines, metais e combustveis, edio especial sobre a melhoria da produtividade em minas de superfcie, de 2009, pp 58-61.