Evaluar el valor real de una máquina más ligera

Defina la configuración completa de menor masa

Una tonelada retirada cerca de la rueda de cangilones tiene un momento gravitatorio distinto al de una tonelada retirada cerca del centro de giro. Sus contribuciones a la inercia de rotación también difieren. Empiece por un registro de masas añadidas y retiradas, incluyendo el centro de masa de cada elemento modificado. Un porcentaje de reducción del espesor de chapa no equivale a una reducción de masa de la máquina terminada.

Incluya los refuerzos, soportes, instalaciones auxiliares, resguardos y accesos añadidos por la configuración revisada. Reducir una plataforma de mantenimiento puede ser conveniente si sigue habiendo espacio suficiente para las tareas de mantenimiento y desmontaje. Al mejorar la geometría de una tolva de transferencia, deben conservarse el flujo de material requerido, las medidas frente al desgaste y el acceso. Defina esas funciones antes de contabilizar la reducción.

Trate la primera estimación de masa como una oportunidad de diseño. Solo se convierte en una opción respaldada cuando se han definido los elementos afectados, las uniones, las interfaces con los equipos y los requisitos de fabricación. De lo contrario, el proyecto podría presupuestar un concepto ligero y comprar una solución de detalle más pesada.

Determine qué requisito controla el espesor

El acero de mayor resistencia puede permitir utilizar menos material cuando gobierna la resistencia a la fluencia. Su módulo elástico apenas cambia. Reducir el espesor modifica las propiedades de la sección, la esbeltez de las chapas y la flexibilidad de las uniones, por lo que la deformación, el pandeo o la fatiga pueden impedir la reducción propuesta.

Considere un ejemplo hipotético de un cordón de sección cajón soldada con dimensiones exteriores sin cambios y una pared de menor espesor. El elemento revisado podría superar la comprobación de fluencia y, a la vez, ser más flexible donde una diagonal transmite carga a la cara del cordón. Determine la trayectoria local de las cargas y el rango de tensiones antes de aceptar la reducción. Puede ser útil conservar espesor localmente o revisar la unión; el acero añadido debe figurar en el registro de masas.

En los detalles soldados convencionales clasificados, una mayor resistencia del acero base no aumenta automáticamente la resistencia a fatiga. Las recomendaciones del IIW indican que sus curvas de fatiga de uniones soldadas son independientes de la resistencia a tracción del material, dentro de las limitaciones impuestas por la resistencia estática. [1, sección 3.2] Aun así, deben evaluarse el detalle aplicable, el rango de tensiones, los efectos del espesor y la calidad de fabricación. Un tratamiento de soldadura cualificado puede aportar una mejora útil, dentro de sus límites de detalle, carga y ejecución. Tratar el pie de la soldadura no demuestra la adecuación de una raíz sin tratar. [1, sección 3.5.3]

La Guía 8 de CIDECT distingue el análisis de fuerzas en los elementos de las concentraciones locales de tensiones en las uniones de perfiles huecos. [2, secciones 3.1 a 3.5] Aplique un método adecuado para la geometría real y respete sus límites de validez; no suponga que un cordón más delgado conserva el comportamiento original de la unión porque haya disminuido la fuerza global del elemento. Los extremos de los refuerzos también requieren evaluación a fatiga. Para uniones en T de perfiles huecos circulares, CIDECT recomienda situar los extremos de las chapas laterales en zonas de tensiones relativamente uniformes para limitar los efectos desfavorables de entalla. [2, sección 6.2.3(b)]

Una tonelada menos en la pluma podría significar tres menos en la máquina

Tome un ejemplo simplificado de una recuperadora nueva en la posición ilustrada. Suponga que todas las demás masas y posiciones permanecen sin cambios.

La reducción neta de una tonelada está centrada en la rueda de cangilones, a 50 metros horizontales del eje del rodamiento de giro. Los bloques de contrapeso están centrados a 25 metros horizontales del mismo eje, en el lado opuesto.

La reducción correspondiente del contrapeso es:

1 tonelada × 50 m ÷ 25 m = 2 toneladas.

Esto identifica una posible reducción de tres toneladas en la superestructura, sujeta a la evaluación de la máquina completa. En esta posición, las reducciones en lados opuestos mantienen sin cambios el momento gravitatorio neto existente en el rodamiento de giro.

La ubicación importa. Las reducciones distribuidas a lo largo de la pluma deben contabilizarse en sus posiciones reales. Retirar una tonelada más cerca del rodamiento de giro no produciría el mismo resultado.

Este cálculo no determina la fuerza en los cilindros de elevación ni en las bielas. Esas fuerzas dependen de las posiciones reales de los pivotes, las bielas y los cilindros. Compruebe la configuración completa antes de retirar contrapeso.

Evalúe la opción en toda la máquina

Evalúe el mecanismo real en las posiciones pertinentes de elevación y giro, estados de material, condiciones de viento y etapas de mantenimiento. Defina el objetivo del equilibrado: las demandas admisibles de los cilindros, las acciones sobre los rodamientos, las reacciones en las ruedas y la estabilidad frente al vuelco están relacionadas, pero requieren comprobaciones separadas. Un resultado favorable en un ángulo no demuestra la adecuación en todas las demás condiciones.

Cuando el diseño cuenta con un cilindro que sigue funcionando u otro elemento de retención después de un fallo, compruebe la respuesta requerida con la distribución de masa revisada. Incluya las acciones asimétricas asociadas. Modificar un ajuste de alivio o de control para adaptarse a una configuración más ligera requiere una evaluación hidráulica y estructural específica.

En el ejemplo, el rodamiento y la estructura inferior reciben tres toneladas menos de masa permanente de la superestructura. Las reacciones de cada rueda no tienen por qué disminuir por igual. Mantener el momento respecto al centro de giro mientras se reduce el peso puede disminuir la reacción máxima de apoyo y, al mismo tiempo, acercar otro apoyo al levantamiento. La geometría real de los apoyos, la compensación de cargas y el caso de carga determinan el resultado. Durst y Vogt analizan la estabilidad tanto en la superestructura como en los apoyos de traslación, y las consecuencias de añadir o retirar componentes pesados. [3]

Retirar masa alejada del eje de giro reduce el momento de inercia de masa respecto a ese eje. Con la misma aceleración angular prescrita, disminuye el par de inercia asociado. Los beneficios reales para el accionamiento, el frenado y la fatiga dependen del conjunto de acciones, la respuesta del control y el ciclo de operación. No convierta directamente un porcentaje de reducción de masa en un porcentaje de mejora de fatiga o mantenimiento.

Los cambios de espesor y distribución de masa también pueden alterar las frecuencias naturales y la respuesta dinámica. Examine la configuración revisada frente a las excitaciones de operación y las acciones de control, y realice análisis adicionales cuando se identifique un riesgo relevante. Unas reacciones menores en las ruedas motrices o frenadas pueden reducir la tracción o el frenado disponibles cuando gobierna la fricción entre rueda y riel.

Incluya los estados de instalación y mantenimiento en la evaluación

Una configuración puede funcionar cuando está completa y resultar inaceptable durante el desmontaje de un accionamiento, una tolva de transferencia o un contrapeso. Establezca la secuencia de desmontaje, los apoyos temporales y los requisitos de retención antes de afirmar que un componente más ligero es más sencillo de instalar. Confirme que la estructura conservada puede soportar cada configuración temporal.

El Boletín de Seguridad Minera 128 de Australia Occidental recomienda disponer de información actualizada de equilibrado al diseñar modificaciones y comprobar el equilibrio antes de trabajos que puedan afectar a la estabilidad. [4] Sus incidentes con apiladoras se refieren al aislamiento de energías y a movimientos incontrolados; no establecen un procedimiento universal de ajuste de lastre. Para una máquina existente, compare la configuración propuesta con registros verificados de masa, estado y modificaciones.

Valore únicamente los beneficios que el diseño puede ofrecer

Primero examine la reducción neta de masa, su efecto sobre el requisito determinante y el rango probable de costes. Si el beneficio es demasiado pequeño para justificar el desarrollo, deténgase o revise el concepto. Desarrolle las opciones preseleccionadas hasta resolver las comprobaciones determinantes y obtener presupuestos útiles.

Solicite presupuestos para los grados, espesores, tamaños de chapa y cantidades reales, con los requisitos de certificación y entrega. Las cantidades mínimas de compra, el aprovechamiento del corte, los procedimientos de soldadura, las cualificaciones, el control de deformaciones y la inspección pueden modificar el coste. Evite considerar el precio nominal del acero por tonelada como el coste de la pieza fabricada.

Incluya la ingeniería, el desarrollo de detalles, los planos revisados, las interfaces, las obras temporales, la instalación y la puesta en servicio. Contabilice un rodamiento, accionamiento o cimentación de menor tamaño solo cuando la opción cambie la selección requerida y su coste asociado. Hasta que ese trabajo esté definido, registre el beneficio como una oportunidad y no como un ahorro.

Para una máquina nueva, desarrollar una configuración más ligera antes de la compra puede aportar valor. Para una máquina existente, el acceso y los trabajos durante la parada pueden superar una reducción modesta de material. Compare las opciones técnicamente adecuadas con el servicio y la vida útil acordados, separando el coste de instalación, las consecuencias para la producción y las hipótesis de mantenimiento futuro.

El registro de la decisión debe indicar los cambios netos de masa y ubicación, el ajuste de lastre justificado, las comprobaciones determinantes, las interfaces afectadas y el alcance presupuestado. Identifique las incertidumbres que podrían cambiar el resultado. ACE puede evaluar conjuntamente esas consecuencias para que el fabricante original y el fabricante de estructuras presupuesten una configuración realizable, en lugar de un objetivo de masa que el detalle final no pueda cumplir.