El documento describe la historia y el desarrollo del cargador frontal a través de los años. Comenzó como un pequeño tractor agrícola equipado con una pala en la década de 1920. Desde entonces, los cargadores frontales han crecido en tamaño y capacidad, con el modelo más grande actualmente capaz de cargar 53 yardas cúbicas. El documento también explica las partes, tipos y usos principales del cargador frontal moderno.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINAS Y METALURGICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
Ing. Máximo V. Mayta Lino
CARGADOR FRONTAL

2. En los 1920, pequeños tractores para la agricultura fueron
equipados con un cucharón de carga para el manejo de
materiales livianos.
Este fue el primer prototipo del cargador frontal moderno
que tenemos hoy en día. Las primeras versiones del cargador
frontal no fueron más que un cargador simple con brazos de
elevación montados a un tractor de finca.
El cucharón fue implementado al tractor usando alambres
con un cabrestante operado por embragues.
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3. • En los 1930, un número de fabricantes fueron creando pequeños
cargadores frontales asegurando los cucharones a los tractores.
En Manchester, Inglaterra, E. Boydell & Co. fue uno de los
primeros fabricantes documentados del tractor con cucharón
montado, con la creación del cargador Muir-Hill, un tractor
Fordson de 28 caballos de fuerza con un 0.5 yardas cubicas
(0.4m3) de cucharón implementado y controlado por cable.
• En 1939, Pórtland, Oregon, Mixermobile Manufacturers empezó
en el mercado con los cargadores frontales modelo A de 3/4
yardas cubicas (0.6). Tenía una única rueda trasera que conducía
y una rueda frontal en dos grandes neumáticos.
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4. • En 1944, la compañía introdujo el cargador frontal Modelo C,
que tuvo una larga producción que duro hasta 1966. Este
modelo de alto alcance con un arreglo especial en el cual el
cucharon era jalado hacia arriba por la oruga vertical hasta una
altura de 24 pies (7.3 m), haciendo posible para el usuario
cargara grandes contenedores y silos.
• 1953 el Scoopmobile Modelo LD-5, la industria idea el cargador
frontal articulado. Sin embargo, el advenimiento de los
cargadores articulados permitió mayor maniobra reduciendo
los ciclos de tiempo.
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5. • A mediados de los 1960, un número de las principales empresas
Americanas fabricantes de equipo como Caterpillar, Internacional
Hough, Allis-Chalmers, y Trojan comenzaron a introducir en sus líneas
modelos articulados.
• En el año 1986, el récord en capacidad de carga útil fue sobrepasado
por Kawasaki Heavy Industries Ltd., cuando crearon el cargador
frontal más grande del mundo con una capacidad de 25-yardas cubicas
(19-m3) para Japan Surface Mining Equipment y para Coal Technology
Research Association.. Eventualmente, otros fabricantes incluyendo
Caterpillar, Komatsu, y LeTourneau se encaminaron en la tarea de
hacer cargadores con capacidad de 20 yardas cubicas (15.3 m3).
•
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6. • La compañía LETOURNEAU LeTourneau, fabricante que tiene
la reputación de batir récords en construcción de equipo
pesado; desarrolló y produce el cargador frontal más grande del
mundo conocido como el L-2350.
• Este cargador es primordialmente usado en minería de
superficial y posee 2300 caballos de fuerza, con un cucharón
roquero cuya capacidad alcanza a 53yardas cubicas (40.5-m3)
de 80 toneladas y una esplendida fuerza de 266,000 libras. Su
altura, hasta la parte superior de la cabina y el cucharon
totalmente elevado mide 43 pies con nueve pulgadas (13.23 m).
La maquina fue diseñada para cargar a los camiones de 300
hasta 400 toneladas de capacidad con cuatro a cinco cargas o
ciclos.
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7. • CARGADOR FRONTAL
• Es es un equipo tractor, montado en orugas o en ruedas, que
tiene un cuchara en su extremo frontal.
• Los cargadores son equipos de carga, acarreo y eventualmente
excavación en el caso de acarreo solo se recomienda realizarlo
en distancias cortas. El uso de cargadores da soluciones
modernas a un problema de acarreo y carga de materiales, con
la finalidad de reducir los costos y aumentar la producción.
• En el caso de excavaciones con explosivos, la buena movilidad
de este le permite moverse fuera de la voladura y con seguridad;
y antes de que el polvo de la explosión se disipe, el cargador
puede estar recogiendo la roca esparcida y preparándose para la
entrega.
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8. • El cucharón está instalado para excavar o cargar material
granular o tierra, levantarlo, acarrearlo cuando sea necesario, y
vaciarlo desde cierta altura.
• Los cucharones varían de tamaño de acuerdo a la marca y
modelo.
• El cargador frontal es una unidad mecánica que es capaz de
excavar, cargar y empujar el material, equipado con
implementos frontales especiales puede efectuar trabajos muy
versátiles.
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9. • Los cucharones del cargador frontal varían en tamaño, desde 0.19
m3 a 19.1 m3 o mas de capacidad, colmado.
• El tamaño del cucharón está estrictamente relacionado con el
tamaño de la máquina.
Las operaciones son:
- Excavar
- Cargar
- Descargar
- Acarrear o transportar.
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10. PARTES PRINCIPALES DE UN CARGADOR FRONTAL
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11. TIPOS DE CARGADORES FRONTALES
• 1.0.- De acuerdo a la forma de rodamiento
• Cargador sobre ruedas y orugas.
• Ambos están de acuerdo a las definiciones de la Sociedad de
Ingenieros Automotrices (SAE).
En los cargadores de ruedas se debe indicar la presión de inflado de
los neumáticos.
En los de cadenas u orugas se debe especificar el tipo de garras de las
zapatas.
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12. 2.0. - De acuerdo a la forma de efectuar la descarga:
• Descarga Frontal
• Descarga Lateral
• Descarga Trasera
• 3.- De acuerdo a la posición del motor:
• Motor delantero
• Motor trasero
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13. TIPOS DE CARGADORAS
• Cargadoras sobre cadenas
• Cargadoras sobre ruedas
DE ACUERDO A LA FORMA DE RODAMIENTO
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14. POSICIÓN DEL MOTOR
•
•
Motor delantero
Motor trasero
SISTEMA DE DIRECCIÓN
El sistema de dirección puede ser:
•
•
•
•
•
•
•
Dirección por medio de las ruedas delanteras
Dirección por medio de las ruedas traseras
Dirección por medio de todas las ruedas
Dirección por articulación de bastidores
Dirección por tracción de las ruedas de un lado
Dirección por tracción de una sola cadena
Dirección por tracción independiente de ambas cadenas
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15. EQUIPO DE TRABAJO
El equipo de trabajo consta de:
•Brazos de trabajo.
•Cuchara.
•Otros accesorios. El más importante en las cargadoras
de cadenas es el escarificador.
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16. BRAZOS DE TRABAJO
de
Existen dos sistemas:
– Geometría “Z”
– Geometría de brazos paralelos
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17. Cuanto más ancha es la cuchara menor es su fuerza de
arranque y cuanto más grande mayor capacidad de
carga. Al ser la cargadora una máquina que se desplaza
durante el ciclo de trabajo, las cucharas deben ser más
anchas que la pisada de la propia máquina y así poder
mantener el
desigualdades.
suelo llibre de piedras y posibles
La cuchara para materiales ligeros, que es la de mayor
capacidad, no suele llevar dientes en su borde de ataque
La cuchara de cantera generalmente es de menor
capacidad que la estándar (debido a la densidad del
material a manipular) y mucho más reforzada para evitar
desgastes prematuros.
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18. Cucharones Universales.
materiales sueltos
Diseñados para manipular
Cucharones de excavación general. Estos cucharones
son excelentes para las aplicaciones de excavación y carga
desde un frente de ataque
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19. PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS GEOMÉTRICOS.
Desde el punto de vista geométrico dos son los parámetros
a considerar para la selección de una cargadora, y éstos
son:
•Altura de descarga
• Alcance
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20. ALTURA DE DESCARGA
Es la altura máxima ("H8") que hay desde el terreno
hasta el borde de la cuchara, puesta en su posición más
baja, habiendo levantado previamente los brazos de
elevación hasta el máximo.
Cuanto mayor sea esta altura en una cargadora, mayor
altura de caja y, por tanto, mayor tonelaje podrán tener
los camiones.
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21. ALCANCE
Es la distancia máxima ("L6") que hay entre dos
verticales, una tangente al neumático o a la cadena (por
delante de ambos) y otra que pase por el extremo del
diente, estando la cuchara volcada y en su posición más
alta.
Cuanto mayor es la distancia de alcance, más
profundidad puede alcanzarse en la carga a un camión y
más completamente se podrá realizar el cargado.
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22. PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DINÁMICOS
•Carga de vuelco.
•Carga máxima de operación.
•Capacidad de elevación del sistema hidráulico.
•Fuerza de arranque.
CARGA DE VUELCO
Se define como la carga mínima actuando hacia abajo
en el centro de gravedad nominal de la cuchara, que
llevará
vuelco
la máquina hasta las condiciones límites de
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24. CARGA MÁXIMA DE OPERACIÓN
Es la carga de trabajo.
Las condiciones de trabajo de las cargadoras sobre
ruedas manejando una carga (generalmente voluminosa,
bloques u objetos) se basan en los siguientes criterios
(según ISO 14397-1:2007):
•Una velocidad de transporte menor que 2Km/h
•Un suelo firme y nivelado
•Mantener la carga próxima al suelo durante el transporte
•Usar el equipo de manipulación de cargas adecuado
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25. CAPACIDAD DE ELEVACION DEL SISTEMA HIDRAULICO
Es el mayor peso que los
cilindros pueden levantar a
una altura determinada por el
fabricante.
Este ensayo se realiza con la
máquina anclada en su
parte posterior, pues este valor
es superior a la carga de
vuelco.
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26. Factores de los que depende la fuerza de arranque
Tipo de cuchara: Cuanto más ancha menor es su fuerza de
arranque.
Geometría de los brazos: En “Z” o en paralelo, siendo la
primera la que proporciona una mayor fuerza de arranque
Capacidad del hidráulico: Si las fuerzas del hidráulico son
altas, también lo será la fuerza de arranque.
Fuerza de penetración: Depende de la potencia y peso de
la máquina, así como de la adherencia de los neumáticos y
cadenas.
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27. CICLO DE TRABAJO
Para la excavación de materiales a nivel de suelo, la
cargadora debe acercarse al frente de excavación con la
cuchara a ras de suelo y la cuchilla horizontal, con la
velocidad más baja de la caja de cambios.
La cargadora en su trabajo simultanea la maniobra
(avance, retroceso y giro), con los movimientos de la
cuchara (subida, bajada y basculación). El ciclo de
trabajo consta de 4 fases:
– CARGA
– ACARREO
– DESCARGA
– MANIOBRAS
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28. PROCEDIMIENTO DE TRABAJO
La carga en V es la que se utiliza normalmente. El
camión debe colocarse a la izquierda para que ambos
conductores se vean. Si hay otro camión esperando,
se sitúa a la derecha. La cargadora debe atacar
siempre con el eje de la máquina perpendicular al
frente, sin que la articulación forme ángulo, y sin
ninguna rueda en el aire. Para ello deberá despejar la
zona.
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29. PRODUCCIÓN
La producción de las cargadoras depende de varios
factores: capacidad, grado de llenado de la cuchara,
velocidades de maniobra, elevación y método de
carga.
CAPACIDAD DE LA CUCHARA
La cuchara normal posee un borde cortante en la parte
inferior, con o sin dientes de penetración.
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30. La duración del ciclo básico medio (carga, vaciado y
maniobra) para una cargadora, en buenas condiciones
de trabajo puede estimarse en:
•24 segundos para cargadora de ruedas
•36 segundos para cargadora de cadenas
Cuando aumenta la distancia entre los puntos de carga
y de vaciado, hay que añadir los tiempos de recorrido de
ida y regreso según la velocidad de la máquina.
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31. • SELECCIÓN DE UN CARGADOR FRONTAL
• Para seleccionar el tamaño del cucharon, se tiene en cuenta los
siguientes:
1. Determinar la producción requerida o deseada
2. Determinar el ciclo del cargador y el numero de ciclos por hora.
3. Determinar la carga útil requerida por ciclo en m³ o yd³
4. Determinar el tamaño requerido del cucharon
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32. USOS DEL CARGADOR FRONTAL
1. Carga de materiales en las unidades de acarreo.
2. Excavación para basamentos o cimentaciones, cuando el espacio
horizontal es por lo menos igual al ancho del cucharón y la
profundidad a excavar por lo menos el doble de la longitud del
cargador.
3. Carga de materiales de voladura a unidades de acarreo, en el
espacio, limitado para una excavación en roca, de un túnel o
rampa subterránea, de una cantera o una mina a tajo abierto.
4. Para excavar agregados o material de cantera, para cargarlos a la
parrilla de la tolva de alimentación de una planta trituradora.
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33. 5. Descarga de los materiales de recubrimiento en los yacimientos
aluviales.
6. Excavar material aurífero y alimentar a la parrilla de la tolva de
alimentación de una planta de recuperación en los yacimientos
auríferos.
7. Extracción de raíces de árboles talados.
8. Preparación de los trabajos de nivelación del terreno.
9. Relleno de una excavación para cimentaciones o de trincheras.
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35. 20 mts.
50 mts. 50 mts.
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36. Producción /hr = Capacidad del cucharón x Factor de llenado x No. ciclos /hr
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37. Carga
Acarreo,
Maniobras
y Retorno.
Descarga
TIEMPOS DE UN CICLO DE TRABAJO
1.- Carga del Cucharón
2.- Maniobras y Acarreo al punto de descarga
3.- Descarga del cucharón
4.- Maniobras y Retorno al punto de carga
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38. RENDIMIENTO DEL CARGADOR FRONTAL
• El rendimiento o productividad de un cargador frontal se calcula en m3/hr o
yd3/hr; estimando la carga real medida en banco y el tiempo que toma el ciclo de
cuchareo.
• El tiempo de ciclo de un cargador para manejar cada cucharón, debe separarse en
varios componentes claves.
• Esta subdivisión tiene por objeto separar los tiempos variables, los cuales
dependen de las distancias que recorre el cargador con cada cucharón lleno, de
los denominados tiempos fijos.
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39. • El tiempo fijo, comprende aquellas partes del ciclo del cargador que son constantes,
cualquiera que sea la operación de que se trate, así como los tiempos requeridos para
cargar el cucharón, para cambiar las velocidades, para girar y vaciar la carga.
• El tiempo variable, se basa en las velocidades de recorrido y en las distancias a
recorrer entre la carga y la descarga, y luego en el retorno para la siguiente carga.
• El cambio de velocidades, el giro y las maniobras, en general, se hacen entre los
puntos extremos de cada ciclo.
• El tiempo total (TT) del ciclo se estima mediante la siguiente relación:
• TT = TF + TV
• TF : tiempo fijo.
• TV : tiempo variable.
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40. El rendimiento máximo de un cargador frontal trabajando
sin atrasos a corta distancia (5 m) se determinan con las
siguientes fórmulas:
R = C x F x 60 ; m³/hr, yd³/hr
Fd TT
Fd = (1 + % de esponjamiento )
100 %
Donde:
C : capacidad nominal de la cuchara, m³, yd³
F : factor de llenado de la cuchara
Fd: factor de dilatación.
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41. • Cuando la operación del cargador acarrea de cucharones llenos a largas
distancias, mayores de 5 metros, la productividad máxima tendrá dos variables
principales
• (la capacidad del cucharón y el tiempo variable del ciclo) y se calcula mediante la
siguiente relación:
• R = C x F ÷ Fd x 60 ; m³/hr, yd³/hr
• TT+(0.1- 0.2)
• R = 3600 x C x F x E* x K ; m³/hr, yd³/hr
• Tc
E*: eficiencia combinada
K : factor de esponjamiento
Tc : ciclo del cargador, seg
0.1 a 0.2: tiempo de acomodo
o maniobras extras
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42. R = 60 x C x K x E , m³/hr
Tc x Fd
Donde:
E : rendimiento de trabajo
Tc: ciclo, min
R = C x F x TNO/hr ; m³/hr, yd³/hr
Tc
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43. UNSAAC-MINAS-MVML
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