Carregamento, Notas de estudo de Engenharia de Minas

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS

FACULDADE DE ENGENHARIA

JOÃO MONLEVADE – MG

ELESSANDRO GONÇALVES

ELIZARDO PEDROSO

PAULO MARCOS CASTRO

THOMÁS CLARA ARAÚJO

TIAGO AUGUSTO D. PORTO

CARREGAMENTO

JOÃO MONLEVADE

ELESSANDRO GONÇALVES

ELIZARDO PEDROSO JÚNIOR

PAULO MARCOS CASTRO

THOMÁS CLARA ARAÚJO

TIAGO AUGUSTO D. PORTO

CARREGAMENTO

Monografia apresentada como requisito parcial, para a aprovação na disciplina de Lavra a Céu Aberto do 6° período do curso de Engenharia de Minas, da Universidade do Estado de Minas Gerais, Campus João Monlevade.

Prof: Aldrin Gustavo Martins

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João Monlevade, ____de____________________ ___

Prof: Aldrin Gustavo Martins

SUMÁRIO

Introdução........................... ............................................ ....................... 2 – Carregamento..................... ............................................ .......................

3 – Equipamentos de Carregamento em Lavra a Céu Aberto....................

3.1 – Escavadeira..................................................................................... 3.1.1 – Tipos de Escavadeira.............................................................. 3.1.1.1 – Escavadeira Shovel...................................................... 3.1.1.2 – Escavadeira de Arrasto (DRAGLINE).......................... 3.1.1.3 – Retroescavadeiras....................................................... 3.1.1.4 – Bucket Whell................................................................ 3.1.1.5 – Produção das escavadeiras......................................... 3.2 – Pá-carregadeira............................................................................... 3.2.1 - Carregadeira sobre pneus........................................................ 3.2.2 – Carregadeiras sobre Esteiras.................................................. 3.2.3 – Operação das Pá-carregadeiras.............................................

3.2.4 – Capacidade da caçamba......................................................... 3.2.5 – Produção da Pá-carregadeira.................................................

3.3 – Minerador de Superfície Wirtgen.....................................................

3.3.1 – Métodos de Carregamento...................................................... 4 – Carregamento versus Produtividade...................... ............................... 5 – Critérios para Seleção dos Equipamentos..................... ....................... 6 – Principais Fabricantes......................... ............................................ ...... 7 – Conclusão........................... ............................................ ....................... 8 – Referências Bibliográficas....................... ............................................ ..

aquisição do que os similares importados, os cabos nacionais nem sempre estão disponíveis, obrigando a aquisição de similares importados. Será necessário ainda que, no planejamento de nossas minas, se faça maior opção pelas escavadeiras hidráulicas que poderiam em muitas situações ser mais aplicadas, permitindo a renovação de máquinas a cabo de menor porte, muitas vezes inadequadas, com menor investimento. Por serem mais leves, podem trabalhar em terrenos de menor resistência à compressão, sendo também de mais fácil locomoção. Felizmente, é crescente o número dessas máquinas nas minas do Quadrilátero. As Retroescavadeiras são especialmente indicadas nas operações de pedreiras, por terem suas caçambas mais compatíveis com as aberturas dos britadores primários instalados, e serem mais baratas. Em algumas pedreiras, a retroescavadeira trabalha sobre a pilha desmontada, carregando os caminhões com ciclo menor. Nas operações contratadas, a utilização de Retroescavadeiras e pás carregadeiras é mais freqüente por se adequarem melhor aos caminhões menores. Uma aplicação também adequada delas é feita na minas de fatias do Pará e Rio Grande do Sul. Somente em Carajás e Itabira está sendo seguida uma tendência muito moderna de instalação de GPS e pesagem nas escavadeiras, o que permite um controle em tempo real da quantidade e qualidade lavrada. Carajás é também a única mina que utiliza escavadeira PH 2800, a de maior porte no Brasil. As pás carregadeiras L1800 existentes em Itabira e Carajás já possuem também os recursos de pesagem. Um novo projeto de cobre está sendo implantado em Carajás, onde está sendo prevista a aquisição de escavadeira tipo PH 4100 de 42jc, para movimentação do estéril. Na mina da Fosfértil, em Tapira, como aconteceu em muitas situações, desde o início foram utilizadas as escavadeiras Marion 151M, caçambas fabricadas em aço especial, que permitiram aumentar o volume para 13jc. Recentemente, também nessa mina, a troca das caçambas de aço fundido das escavadeiras PH 1900 adquiridas, por outras fabricadas em chapa especial permitiu passar a caçamba original de 12jc para 18 jc, melhorando a produtividade por exigir menor número de passes para carregar o caminhão de 190t. Como os caminhões cresceram mais rapidamente do que as escavadeiras em termos de capacidade, muitas minas ainda convivem com uma combinação inadequada escavadeira x caminhão, resultando num ciclo de carregamento maior (mais passes por carga). A componente econômica é a principal determinante desta prática.

2 - CARREGAMENTO

O carregamento de material é conduzido pelo equipamento de escavação. Para material em blocos duros usualmente se usa a “shovel” elétrica para grandes capacidades de caçamba, carregando grandes caminhões fora de

estrada. “Shovels” de 17,6 m 3 de caçamba podem carregar caminhões de 200

ton em 4 ou 5 passadas (ciclos). Outras escavadeiras cíclicas incluem “shovels” a diesel, elétrica-diesel e hidráulicas. As “shovels” hidráulicas podem ser usadas como se fossem Retroescavadeiras. As pás carregadeiras oferecem muitas vantagens, especialmente mobilidade, e possuem aplicação para operações de curto prazo onde as condições da pilha de rocha fragmentada são favoráveis. Escavadoras contínuas (BWE) tem aplicação para materiais que não requerem fragmentação, especialmente para remoção de coberturas moles. É boa prática na mina assegurar, sempre que possível 2 ou mais bancadas simultâneas para ter-se:

• áreas alternativas para trabalho (estoques de minério fragmentado)
• flexibilidade no planejamento de controle de teor (blendagem).

Escavadeira Frontal de Cabo carregando caminhão com minério de ferro.

3 - EQUIPAMENTOS DE CARREGAMENTO EM LAVRA A CÉU ABERTO

A escavação e carga é feito por escavadeiras a cabo, escavadeiras hidráulicas, Retroescavadeiras hidráulicas, carregadeiras sobre pneus ou esteira, moto scrapers, dragas e monitores hidráulicos, equipamentos também utilizados nas minas do exterior. Nas minas externas, equipamentos de maior porte são encontrados com maior freqüência, existindo, assim, um número superior de escavadeiras a cabo de grande porte.

Carregamento em Carajás

3.1 - Escavadeira

È um equipamento que trabalha estacionado, com sua estrutura destinada apenas para lhe permitir seu deslocamento, sem, contudo participar do ciclo de trabalho. Pode ser montada sobre esteiras, sobre pneumáticos e sobre trilhos, sendo que a montagem sobre a

1. Lança: é sustentada por cabos, havendo possibilidade de variar seu

ângulo de inclinação de 35° a 65°, aproximadamente.

2. Braço Móvel: fica na parte intermediaria da lança e pode girar em torno

de uma articulação, executando em um movimento de baixo para cima o corte do talude.

3. Caçamba: fica acoplada ao braço móvel e é provida de dentes que

facilitam o corte da rocha. A descarga do material é feita em sua parte inferior, através de uma abertura móvel. Sua capacidade é dada pelo volume de sua caçamba (jardas cúbicas), podendo a máquina trabalhar com diferentes caçambas, dependendo da densidade do material em que se está trabalhando.

Movimentos básicos efetuados pela máquina são:

• Deslocamento para frente ou para ré, pelas esteiras;

• Levantamento da caçamba;

• Avanço ou recuo do braço móvel

• ;Giro da superestrutura;

• Variação do ângulo da lança;

• Abertura da tampa de fundo da caçamba.

Altura ótima de corte:

É a altura ideal do banco no qual trabalhará a máquina. É uma função da capacidade da caçamba, sendo determinada por tabelas, O ideal seria que após o giro do braço móvel para permitir o carregamento do material, a caçamba tenha sido completamente enchida. Se o banco é muito baixo, o enchimento da caçamba não será completo, diminuindo a produção da maquina. Se a altura for excessiva, haverá problemas, para a escavação do material situado ao topo do banco.

Rendimento:

Para otimização do rendimento da escavadeira, o ideal seria que ela trabalhe tendo sempre ao seu lado dois caminhões

estacionados e prontos para serem carregados.

Caminhões posicionados para maior rendimento

3.1.1.2 – Escavadeira de Arrasto (DRAGLINE)

Destina-se a escavar em níveis abaixo do terreno em que a máquina se apóia. Sua lança é constituída por uma estrutura em treliça metálica, em cuja extremidade passa o cabo de elevação da caçamba. É sustentada por cabos que permite variação do ângulo de 25° a 40°. A escavação é feita pelo arrastamento da caçamba através da utilização de um cabo de arrasto. É um equipamento aplicado em escavações de material pouco compacto, podendo escavar material dentro da água e o que possui maior raio de alcance. Todavia, se o alcance é muito grande, as condições de balanceamento são ruins, o que limita a capacidade da caçamba da máquina.

Escavadeira de Arrasto (Dragline)

Como a caçamba deste equipamento não é fixa, a operação de descarga em caminhões torna-se difícil refletindo pelo aumento do tempo de ciclo uma redução considerável na produção. Neste caso, é recomendável a descarga em montes com carregamento dos caminhões sendo feito com o emprego de carregadeiras frontais.

Retroescavadeira Volvo 360B

3.1.1.4 – Bucket Whell

As BWE foram desenvolvidas para a mineração de linhito na Europa e tem como característica principal operarem em ciclo contínuo ou seja escava e despeja o material na correia transportadora. Algumas características da BWE são:

• deve ser operada sobre condições de engenharia muito rígidas,
• alto custo de investimento inicial,
• limitada a escavações de rochas muito brandas, (inconsolidadas);
• capacidade de altas taxas de produção, operando em ciclo contínuo;
• necessita de sistema auxiliar de deposição de estéril.
• Deve ser operado sob condições de engenharia extremamente rígidas;

Escavadeira Bucket Whell

Conjunto de esteiras da Bucket Whell

3.1.1.5 – Produção das escavadeiras

A capacidade instantânea de produção das escavadeiras é dada por:

Onde: Q = produção horária [t/h]; c = capacidade da caçamba [m^3 ]; d = densidade do material [t/m^3 ]; fe = fator de enchimento; fp = fator de empolamento; T = ciclo da caçamba [seg].

Das variáveis acima algumas dependem do tipo e porte do equipamento (c), outras do material a ser manuseado (d, f (^) e , fp ) e outras de ambos e das condições operacionais da frente de lavra (T). A variável mais importante, pala sua influencia sobre a produção e por ser mais administrável, é o ciclo (T). O ciclo de carregamento é composto pelos tempos necessários as seguintes operações:

_ escavação (ou carga da caçamba); _ giro com carga; _ descarga; _ giro sem carga; _ posicionamento; _ esperas.

O tempo de escavação direta depende da escavabilidade do material e da altura da bancada, enquanto o de carregamento

ao giro, sem termos adicionais, e carrega a caçamba num movimento ao longo da frente da bancada ou da pilha de material desmontado. O tempo de ciclo total, inclui carga, giro carregado até o ponto de descarga, descarga e retorno em carga, sendo que o ciclo básico das escavadeiras é referido a um ângulo de giro de 90°, aumentando-se o ângulo de giro o tempo de ciclo cresce diminuindo em caso invertido. As características das maquinas tais como a capacidade de carga, velocidade de giro e velocidade de deslocamento são dados que podem ser obtidos através dos fabricantes, entretanto, somente estes elementos não nos permite estabelecer a duração do ciclo da máquina. Variáveis como o tipo de material a ser escavado, ângulo de giro para descarga, profundidade de corte, o posicionamento da unidade transportadora em relação à escavadeira e habilidade do operador influem na produtividade do equipamento. A profundidade a ser escavada também contribui para uma melhor produtividade, se a espessura de corte é reduzida o operador terá mais dificuldade em encher a caçamba em uma única passada, neste caso, terá que optar em dar mais de uma passada para encher a caçamba ou trabalhar com sua capacidade reduzida. Em ambos os casos, haverá uma redução na produção do equipamento, pelo aumento no tempo de ciclo ou pelo aproveitamento apenas parcial do volume da caçamba. Quando a espessura de corte é maior que a necessária para o enchimento da caçamba,

sobrará no corte, determinada quantidade de material que será removido mais tarde, com a mesma perda de rendimento do caso anterior.

Figura representando a manobra do caminhões

Desta maneira é sempre conveniente trabalhar em bancadas com profundidades de corte que sejam múltiplas da profundidade ótimo de corte.

3.1.1.5.1 - Procedimentos de escavação e carregamento para garantir uma maior produtividade:

1. Sobre o Banco

Este procedimento é utilizado quando é impossível o caminhão locomover no banco inferior. Nestes métodos, os caminhões não tem rampas a transpor, consequentemente resultam distâncias de transporte mais curtas.

Escavadeira retro e caminhão trabalhando no mesmo banco

descarga de material em veículos de transporte, usinas de solos, executando ainda inúmeras outras tarefas.Sobre um trator convencional, ligeiramente modificado, são adaptados dois braços laterais de levantamento da caçamba, acionado por pistões hidráulicos de duplo efeito. A caçamba é articulada em relação aos braços, podendo ocupar diversas posições (de escavação, de carga ou qualquer outra posição intermediaria). Para o carregamento das unidades de transporte, as carregadeiras é que se deslocam, movimentando-se entre o talude de rocha e o veículo, sendo intensa a sua movimentação em seu trabalho. Este tipo de equipamento é usado para pequenos cortes de materiais com pouca resistência, carregamento de material solto, limpeza de praças de trabalho e pequenos nivelamentos e espalhamentos. Sua locomoção poderá ser feita sobre esteiras ou sobre pneus.

3.2.1 - Carregadeira sobre pneus

As carregadeiras sobre pneus são utilizadas em serviços de grandes volumes, permitindo também o transporte do material escavado a pequenas e medias distancias. Tendo em vista melhorar esta capacidade, é construída com tração nas quatros rodas. Alguns modelos possuem uma articulação entre eixos dianteiros e traseiro, por meio de sistema hidráulico, que confere a maquina excelentes condições de manobrabilidade.

Montada sobre pneus de grande diâmetro, à pá- carregadeira exerce uma baixa pressão sobre o solo permitindo- lhe executar uma grande variedade de trabalhos. Deslocando-se à velocidade de até 45km/h, pode mover-se rapidamente de uma frente de trabalho para outra, sendo ainda capaz de manter uma velocidade de até 32Km/h quando carregada.

Pá Mecânica L330D Volvo

3.2.2 – Carregadeiras sobre Esteiras

As carregadeiras de esteiras são empregadas nos serviços de pequenos e médios volumes ou quando as condições do terreno não permitem um maior esforço a tração. Montada sobre esteiras, a carregadeira transmite uma baixa pressão sobre o terreno, possibilitando a operação em solos com baixa capacidade de suporte e trabalhando em áreas que seriam inacessíveis aos equipamentos montados sobre rodas. A pá carregadeira de esteiras normalmente é montada sobre sapatas com pequena altura de ressalto, que permitem o seu trabalho sobre superfícies duras, pavimentadas, sem provocar maiores danos à superfície. O equipamento de esteiras opera à baixa velocidade. O que reduz sua capacidade de locomoção entre as frentes de serviço. O sistema hidráulico possibilita um controle eficiente e sensível sobre a caçamba.