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Una excavadora dragalina es una excavadora de servicio pesado utilizada en ingeniería civil y minería a cielo abierto . Fue inventada en 1904 y representó un desafío inmediato para la pala a vapor (y su descendiente alimentada por diésel y electricidad, la pala eléctrica ). Mucho más eficiente que incluso la más grande de estas últimas, disfrutó de su apogeo en tamaño extremo durante la mayor parte del tiempo. siglo XX, primero fueron desafiadas por las excavadoras rotativas, más eficientes pero en la década de 1950, y luego reemplazadas por ellas en el extremo superior a partir de la década de 1970.
La dragalina móvil más grande jamás creada fue Big Muskie , una Bucyrus-Erie 4250-W puesta en funcionamiento en 1969 que movía un cucharón de 220 yardas cúbicas (170 m 3 ), 325 toneladas de capacidad, tenía una pluma de 310 pies (94 m) y pesaba 13.500 libras. montones.
La dragalina andante más grande producida en 2014 fue el control de accionamiento de CA digital P&H 9020XPC de Joy Global , que tiene una capacidad de cucharón de 110 a 160 yardas cúbicas (84 a 122 m 3 ) y longitudes de pluma que oscilan entre 325 y 425 pies (99 a 110 pies cúbicos). 130 metros); Los pesos de trabajo varían entre 7.539 y 8.002 toneladas. [1]
Las dragalinas se dividen en dos categorías amplias: las que se basan en grúas de elevación estándar y las unidades pesadas que deben construirse en el sitio. La mayoría de las grúas sobre orugas, con un tambor de cabrestante adicional en la parte delantera, pueden actuar como dragalina. Estas unidades (como otras grúas) están diseñadas para ser desmanteladas temporalmente y transportadas por carretera en remolques de plataforma. Las dragalinas utilizadas en ingeniería civil son de este tipo de grúa más pequeña. Se utilizan para la construcción de carreteras , puertos, dragado de estanques y canales, y como plataformas de hinca de pilotes . Estos tipos son construidos por fabricantes de grúas como Link-Belt y Hyster .
El tipo mucho más grande que se erige en el sitio se usa comúnmente en operaciones de minería a cielo abierto para eliminar la sobrecarga sobre el carbón y, más recientemente, para la extracción de arenas bituminosas . Las dragalinas pesadas más grandes se encuentran entre las máquinas terrestres móviles más grandes jamás construidas, con un peso de hasta 13.500 toneladas, mientras que las más pequeñas y comunes del tipo montado en el sitio pesan alrededor de 8.000 toneladas.
Un sistema de cuchara de dragalina consiste en una cuchara grande que está suspendida de una gran pluma (o mástil) en forma de armadura con cables de acero . La cuchara se maniobra mediante varias cuerdas y cadenas. El cable de elevación, impulsado por grandes motores diésel o eléctricos , sostiene el conjunto del cucharón y el acoplador de elevación desde la pluma. La cuerda de arrastre se utiliza para arrastrar el conjunto del cucharón horizontalmente. Mediante hábiles maniobras del polipasto y las cuerdas de arrastre, se controla el cucharón para realizar diversas operaciones. A continuación se muestra un esquema de un sistema de cuchara de dragalina grande.
La dragalina fue inventada en 1904 por John W. Page (como socio de la firma Page & Schnable Contracting) para utilizarla en la excavación del Canal de Chicago . En 1912, Page se dio cuenta de que construir dragalinas era más lucrativo que contratar, por lo que creó Page Engineering Company para construir dragalinas. Page construyó su primera draga móvil tosca en 1923. Estas usaban patas operadas por piñón y cremallera en un marco separado que levantaba la grúa. A continuación, el cuerpo fue arrastrado hacia adelante mediante una cadena sobre una pista de rodillos y luego bajado nuevamente. [2] Page desarrolló los primeros motores diésel exclusivamente para aplicaciones de dragalinas en 1924. Page también inventó el cucharón de dragalina arqueado, un diseño que todavía se utiliza comúnmente en la actualidad por dragalinas de muchos otros fabricantes, y en la década de 1960 fue pionero en un diseño de cucharón sin arco. Con su mecanismo de marcha muy por detrás del de su competidor Monighan (ver más abajo), Page actualizó su mecanismo a un accionamiento excéntrico en 1935. Este mecanismo muy mejorado proporcionó un movimiento elíptico adecuado y se utilizó hasta 1988. Page modernizó aún más sus dragalinas con la serie 700. en 1954. La draga más grande de Page fue el Modelo 757 entregado a la mina Obed cerca de Hinton, Alberta en 1983. Presentaba un cucharón de 75 yardas sobre una pluma de 298 pies y un peso operativo de 4500 toneladas. En 1988, Harnischfeger Corporation ( P&H Mining Equipment ) compró Page Engineering Company.
Harnischfeger Corporation fue fundada como P&H Mining en 1884 por Alonzo Pawling y Henry Harnischfeger . En 1914, P&H introdujo la primera dragalina del mundo impulsada por un motor de gasolina. En 1988, Page fue adquirida por Harnischfeger, que fabrica la línea P&H de palas , dragalinas y grúas . La dragalina más grande de P&H es la 9030C con un cucharón de 160 yardas y una pluma de hasta 425 pies.
En 1907, Machine Works de Monighan de Chicago se interesó en la fabricación de dragalinas cuando el contratista local John W. Page realizó un pedido de maquinaria de elevación para instalar una. En 1908, Monighan cambió su nombre por el de Monighan Machine Company. En 1913, un ingeniero de Monighan llamado Oscar Martinson inventó el primer mecanismo de marcha para una dragalina. [3] [4] [5] El dispositivo, conocido como Tractor Martinson, se instaló en una draga de Monighan, creando la primera draga móvil. Esto le dio a Monighan una ventaja significativa sobre otras dragas y la empresa prosperó. El mecanismo de leva se mejoró aún más en 1925 eliminando las cadenas de arrastre de las zapatas y cambiando a una rueda de leva que giraba sobre una pista ovalada. Esto le dio al zapato un movimiento elíptico adecuado. [6] [7] La primera dragalina que utilizó el nuevo mecanismo fue la 3-W disponible en 1926. Estas máquinas eran tan populares que el nombre Monighan se convirtió en un término genérico para dragalina. A principios de la década de 1930, Bucyrus-Erie comenzó a comprar acciones de Monighan con la aprobación de Monighan. Bucyrus compró una participación mayoritaria y la empresa conjunta pasó a ser conocida como Bucyrus-Monighan hasta la fusión formal en 1946. La primera excavadora dragalina andante del Reino Unido se utilizó en la cantera de hierro de Wellingborough en 1940. [8]
Ransomes & Rapier fue fundada en 1869 por cuatro ingenieros para construir equipos ferroviarios y otras obras pesadas. En 1914 comenzaron a construir dos pequeñas palas de vapor a raíz de un pedido de un cliente. El sistema de multitud operado por cuerda que construyeron para esto fue patentado [9] y luego vendido a Bucyrus. Después de la Primera Guerra Mundial, la demanda de excavadoras aumentó y en 1924 llegaron a un acuerdo para construir dragalinas Marion de 1 a 8 yardas cúbicas de capacidad. En 1927, construyeron los modelos Type-7 de 1 yarda y Type-460 de 1,5 yardas. El acuerdo para construir máquinas Marion finalizó en 1936. R&R comenzó a construir sus propios diseños con el Tipo-4120 seguido del 4140 de 3,5 yardas cúbicas. En 1958, la división Ramsomes & Rapier se vendió a Newton, Chambers & Co. Ltd de Sheffield, que se combinó con su división NCK Crane & Excavator. Esto se convirtió en NCK-Rapier. Bucyrus adquirió la división de dragalinas móviles de NCK-Rapier en 1988.
Marion Power Shovel Company (establecida en 1880) construyó su primera dragalina andante con un mecanismo simple de manivela en 1939. Su dragalina más grande fue la 8950 vendida a Amax Coal Company en 1973. Presentaba un cucharón de 150 yardas cúbicas sobre un 310 -pie de pluma y pesaba 7.300 toneladas. Marion fue adquirida por Bucyrus en 1997.
Bucyrus Foundry and Manufacturing Company ingresó al mercado de dragalinas en 1910 con la compra de los derechos de fabricación de la excavadora dragalina Heyworth-Newman. Su dragalina "Clase 14" se introdujo en 1911 como la primera dragalina montada sobre orugas. En 1912, Bucyrus fue pionero en el uso de la electricidad como fuente de energía para grandes palas decapadoras y dragas utilizadas en la minería. Una empresa italiana, Fiorentini , fabricaba excavadoras dragalinas a partir de 1919 con licencia de Bucyrus. Después de la fusión con Monighan en 1946, Bucyrus comenzó a producir máquinas mucho más grandes utilizando el mecanismo de desplazamiento de Monighan, como la 650-B de 800 toneladas que utilizaba un cucharón de 15 yardas. La draga más grande de Bucyrus fue Big Muskie, construida para Ohio Coal Company en 1969. Esta máquina presentaba un cucharón de 220 yardas sobre una pluma de 450 pies y pesaba 14,500 toneladas. Bucyrus fue adquirida por el fabricante de equipos pesados y motores diésel Caterpillar en 2011. La dragalina más grande de Caterpillar es la 8750 con un cucharón de 169 yardas, una pluma de 435 pies y un peso de 8350 toneladas.
El mercado de dragalinas comenzó a contraerse rápidamente después del auge de los años 1960 y 1970, lo que dio lugar a más fusiones. La adquisición de Page por parte de P&H en 1988, junto con la adquisición de Ransomes & Rapier por parte de Bucyrus en 1988 y de Marion en 1997, redujeron el número de proveedores mundiales de dragalinas pesadas a más de la mitad. Hoy en día, P&H y Caterpillar son los únicos fabricantes de dragalinas grandes que quedan.
Otros fabricantes
Heavy Engineering Corporation Limited fue la primera empresa india en fabricar una draga móvil con un cucharón de 31 yardas de capacidad. HEC equivale a un cucharón de 44 yardas. A modo de comparación, esto sería comparable a la serie Small Draglines 8000 de Caterpillar con un cucharón de 42 yardas. HEC ha suministrado quince dragalinas a la industria minera india. [10]
En un ciclo típico de excavación, el cucharón se coloca encima del material a excavar. Mirabediny, H.; Baafi, E. (1 de enero de 1998). "Métodos de excavación con dragalinas en minas a cielo abierto australianas: una encuesta". Conferencia de operadores de carbón .</ref> Luego se baja el cucharón y luego se tira de la cuerda de arrastre para que el cucharón se arrastre a lo largo de la superficie del material. Luego se levanta el cucharón utilizando el cable de elevación . Luego se realiza una operación de giro para mover el cucharón hasta el lugar donde se va a descargar el material. Luego se suelta la cuerda de arrastre, lo que hace que el cubo se incline y se vacíe. Esto se llama operación de volcado.
En las dragas tipo grúa, el cucharón también se puede "lanzar" enrollándolo hasta el foque y luego soltando un embrague en el cable de arrastre. Esto entonces haría oscilar el cubo como un péndulo . Una vez que la cuchara hubiera pasado la vertical, el cable de elevación se soltaría arrojando así la cuchara. En dragalinas más pequeñas, un operador experto podría hacer que el cucharón aterrice aproximadamente a la mitad de la longitud del foque, más lejos que si se hubiera dejado caer. En dragalinas más grandes, esta no es una práctica común.
Un gran sistema de dragalina utilizado en la industria minera a cielo abierto cuesta aproximadamente entre 50 y 100 millones de dólares . Un cucharón típico tiene un volumen que oscila entre 40 y 80 yardas cúbicas (30 a 60 metros cúbicos), aunque los cucharones extremadamente grandes pueden alcanzar hasta 220 yardas cúbicas (168 metros cúbicos). [11] La longitud de la pluma varía de 45 a 100 metros (148 a 328 pies). En un solo ciclo puede mover hasta 450 toneladas de material.
La mayoría de las dragalinas mineras no funcionan con diésel como la mayoría de los demás equipos mineros. Su consumo de energía, del orden de varios megavatios, es tan grande [ cuantificar ] que tienen una conexión directa a la red de alta tensión con tensiones de entre 6,6 y 22 kV. Una dragalina típica [ se necesita más explicación ] que pesa entre 4.000 y 6.000 toneladas, con un cucharón de 55 metros cúbicos, puede consumir hasta 6 megavatios durante las operaciones de excavación normales. Debido a esto, se han contado muchas historias (posiblemente apócrifas ) [ se necesita ejemplo ] sobre los efectos de las dragalinas mineras que causan apagones. Por ejemplo, hay una historia de larga duración [ ¿ según quién? ] que, allá por la década de 1970, si las siete dragalinas de la mina Peak Downs (una mina de carbón muy grande de BHP en el centro de Queensland , Australia) giraran simultáneamente, dejarían sin luz todo el norte de Queensland . Sin embargo, incluso ahora, [ ¿cuándo? ] si se han apagado, siempre se reinician uno a la vez debido a los inmensos requisitos de energía del inicio. [ cita necesaria ]
En todas las dragalinas, excepto en las más pequeñas, el movimiento se logra "caminando" usando pies o pontones , ya que las orugas ejercen demasiada presión sobre el suelo y tienen grandes dificultades bajo el inmenso peso de la dragalina. La velocidad máxima es de sólo unos pocos metros por minuto como máximo [12] , ya que los pies deben reposicionarse en cada paso. [13] Si se viajan distancias medias (alrededor de 30 a 100 km), se puede traer un transportador de dragalina especial para transportar la dragalina. Por encima de esa distancia, generalmente es necesario el desmontaje. Pero las dragas mineras, debido a su alcance, pueden trabajar un área grande desde una posición y no necesitan moverse constantemente a lo largo del frente como las máquinas más pequeñas.
Las principales limitaciones de las dragalinas son la altura y la longitud de la pluma, lo que limita dónde la dragalina puede descargar el material de desecho. Otra limitación principal es la profundidad de excavación, que está limitada por la longitud de la cuerda que puede utilizar la draga. Inherente a su construcción, una draga es la herramienta más eficiente para excavar material por debajo del nivel de su base. Si bien una dragalina puede excavar por encima de sí misma, lo hace de manera ineficiente y no es adecuada para cargar material apilado (como puede hacerlo una pala de cuerda o una cargadora de ruedas ).
A pesar de sus limitaciones y su costo de capital extremadamente alto, las dragas siguen siendo populares en muchas minas debido a su confiabilidad y su costo extremadamente bajo de eliminación de desechos.
La dragalina para minería de carbón conocida como Big Muskie , propiedad de Central Ohio Coal Company (una división de American Electric Power ), era la máquina móvil de movimiento de tierras más grande del mundo, pesaba 13.500 toneladas y medía casi 22 pisos de altura. [14] Funcionó en el condado de Muskingum , en el estado estadounidense de Ohio , de 1969 a 1991, y obtuvo energía de un suministro eléctrico de 13.800 voltios. Fue desmantelado con metal reciclado por valor de 700.000 dólares en 1999.
La empresa británica Ransomes & Rapier produjo algunas excavadoras diésel-eléctricas de un tamaño de una décima parte de su tamaño, las más grandes de Europa en los años 1960 con 1.400-1.800 toneladas. Uno, llamado SUNDEW , se utilizó en una cantera de 1957 a 1974. Después de su vida útil en el primer sitio en Rutland , caminó 13 millas (21 km) en 9 semanas hasta Corby , donde continuó hasta ser desguazado de enero a Junio de 1987.
Las dragas más pequeñas también se usaban comúnmente antes de que las excavadoras hidráulicas se hicieran comunes; las dragas más pequeñas ahora rara vez se usan excepto en trabajos de ríos y gravas. Las máquinas pequeñas eran de accionamiento mecánico con embragues. Empresas como Ruston y Bucyrus fabricaron modelos como el RB10, que eran populares para pequeñas obras de construcción y drenaje. Varios de estos todavía se pueden ver en los pantanos ingleses de Cambridgeshire , Lincolnshire y partes de Norfolk . Ruston's es una empresa también asociada a motores de bombeo de drenaje. Los sistemas de accionamiento eléctrico sólo se utilizaban en las máquinas mineras más grandes; la mayoría de las máquinas modernas utilizan un accionamiento diésel-hidráulico, ya que las máquinas rara vez permanecen en un lugar el tiempo suficiente para justificar el coste de instalación de una subestación y cables de suministro.
La tecnología mecánica básica de las dragalinas, a diferencia de la de la mayoría de los equipos utilizados en el movimiento de tierras, se ha mantenido relativamente sin cambios en cuanto a diseño y funciones de control durante casi 100 años. Sin embargo, se han logrado algunos avances (como los controles hidráulicos, luego electrohidráulicos (incluidos los joysticks ) y el uso de software de simulación para capacitar a nuevos operadores), se están llevando a cabo (como sistemas de automatización mejorados) o son discutibles como un paso adelante. adelante (al igual que "universal dig-dump" (UDD)):
Los investigadores de CSIRO en Australia tienen un proyecto de investigación a largo plazo [15] sobre la automatización de dragalinas. Equipos de automatización minera en QCAT, una división de CSIRO; han estado desarrollando la tecnología de automatización desde 1994. Los sistemas automatizados incluyen control de crucero y mapeo digital del terreno . Las soluciones de trabajo incluyen la prueba de concepto del control de crucero de giro de dragalina en un Tarong BE1370. [dieciséis]
Dado que las dragas suelen ser grandes, complicadas y muy costosas, capacitar a nuevos operadores puede ser un proceso complicado. De la misma manera que se han desarrollado simuladores de vuelo para capacitar a pilotos, se ha desarrollado software de simulador de minería para ayudar a los nuevos operadores a aprender a controlar las máquinas.
UDD significa volcado de excavación universal . Representa el primer cambio fundamental en las dragalinas en casi un siglo, desde la invención del "enganche milagroso". En lugar de utilizar dos cables (el cable de elevación y el cable de arrastre) para manipular el cucharón, una máquina UDD utiliza cuatro cables, dos de elevación y dos de arrastre. Esto permite que el operador de la draga tenga mucha mayor selectividad en cuanto a cuándo recoger el cucharón y cómo se puede descargar. Las máquinas UDD generalmente tienen mayor productividad que una dragalina estándar, pero a menudo tienen mayores problemas mecánicos. Dentro de la industria minera, todavía hay mucho debate sobre si las mejoras del UDD justifican sus costos.
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