Resumen de Evaluación de la sustitución de la estructura de protección de palas cargadoras mediante el análisis de elementos finitos
Francisco Javier de Cos Juez 
, Marcos Cueto Cuiñas, César Menéndez Fernández , Carlos Ugarte Tundidor
- español
Las grandes obras de minería y obra civil se apoyan en la existencia de elementos de arranque y transporte muy evolucionados que permiten grandes ratios de extracción y movimiento. En la actualidad, el uso de palas cargadoras está muy extendido en multitud de ámbitos laborales dada su adaptabilidad y versatilidad de uso. Existen modelos prácticamente para cada uso, pero desafortunadamente en ocasiones no se encuentra la opción adecuada. Concretamente, en la minería de interior de filones metálicos hidrotermales, la explotación se hace en ambientes no grisuosos y requiere la extracción de grandes cantidades de material, pero no en medio de cámaras masivas como en el caso de minas por ejemplo de caliza, sino en estrechas franjas. En este caso los viales por los que deben discurrir tienen grandes restricciones de gálibo, sobre todo en lo que se refiere a altura total, debido a la necesidad de optimizar y reducir los espacios que ocupan las galerías. La utilización de palas pequeñas provoca ratios de extracción tan bajos que hacen la explotación inviable. El desarrollo de modelos específicos es imposible dado el escaso número de unidades necesario. Por ello la única posibilidad es realizar modificaciones sobre modelos actuales que se adapten al entorno de trabajo.
Para minimizar la altura total de la máquina se suele recurrir a la modificación de la estructura de protección ó cabina, mediante la sustitución parcial o total de los elementos que la componen. Estas modificaciones exigen una serie de ensayos y comprobaciones, avalados por la normativa vigente, EN 13510: “Maquinaria para movimiento de tierras.
Estructuras de protección contra el vuelco. Ensayos de laboratorio y requisitos de comportamiento” (ISO 3471:1994, incluida la Modificación 1:1997, modificada) y la EN 13627 “Maquinaria para movimiento de tierras. Estructuras de protección contra la caída de objetos. Ensayos de laboratorio y características funcionales” (ISO 3449:1992 modificada), lo cual provoca costes enormes que complican la posibilidad de realizar ese cambio.
Una forma de abaratar costes para la realización de los ensayos, es la simulación matemática del comportamiento de la cabina modificada mediante un programa de elementos finitos.
El modelo de la cabina se constituye no sólo por las características geométricas de los elementos que conforman la nueva estructura, sino también por las propiedades físicas y mecánicas del material empleado en su fabricación.
A partir de la introducción del modelo matemático y de las condiciones de contorno, el programa permite obtener las tensiones y deformaciones en todos los elementos de la estructura. Comparando los resultados con las restricciones marcadas en la normativa correspondiente, el analista está capacitado para realizar un proyecto en el que se incluya la emisión de un juicio favorable o desfavorable sobre la modificación de la estructura de protección.
- English
The greatest works of mining and civil engineering are based on the existence of developed extracting and transport elements which reach high displacement and extraction ratios.
Nowadays, the use of load machinery is greatly extended in multitude of labour scopes due to its adaptability and versatility. Models for almost specific work exist, but unfortunately sometimes are not easy to find the appropriate option. Specifically, on underground hydrothermal metallic vein mining, the operation becomes in non firedamp atmospheres and requires the extraction of great amounts of material, but not in the middle of massive cameras as in the case of limestone mines, but in narrow galleries. In this case the roads used to move the loads have great restrictions on cross section, mainly in overall height, due to the necessity of optimizing and reducing the galleries’ occupied spaces. The use of small loaders make the operation non-viable because the so low extraction ratios. The development of specific models is not possible because small unit amounts are demanded.
Consequently it is only possible to make modifications on current models to adapt them to this particular working environment.
In order to diminish the overall height of the machine, owners usually make modifications on rollover protective structure, by means of the partial or total substitution of the cab elements.
These modifications demand tests series and verifications, guaranteed by the effective norm, EN 13510: “Earth-moving machinery–Roll over protective structures- Laboratory tests and performance requirements. (ISO 3471:1994 including amendment 1:1997 modified)” and EN 13627: “Earth-moving machinery–Falling object protective structures- Laboratory tests and performance requirements (ISO 3449:1992 modified)”, which causes enormous costs that make required changes so difficult to be developed.
One way to cut costs for the accomplishment of the tests series is the mathematical simulation of the modified cab behaviour by a finite element computer model.
The model is constituted not only by the geometric characteristics of the parts of the new cab, but also by the manufacturing physical and mechanical material properties.
Starting on the mathematical model and the contour conditions, the computer analysis allows obtaining stresses and deformations in all finite elements of the structure. Comparing the results with the norm restrictions, the analyst is capable of carrying out a project in which a favourable or unfavourable judgement on the changes of the protective structure is included.
