Excavadora

Antecedentes

Popularizada en la década de 1920 y muy utilizada desde entonces, la topadora, comúnmente denominada topadora, es una clara descendencia del tractor de orugas. Utilizada junto con otros vehículos de movimiento de tierras, la topadora es una herramienta poderosa y necesaria que se utiliza en casi todos los sitios de construcción del mundo.

Fabricado principalmente en los Estados Unidos por Caterpillar, John Deere y Case Tractor Company, el bulldozer ofrece muchas aplicaciones industriales, como la construcción, la gestión de residuos y la agricultura.

Materias primas

Las topadoras y las orugas, que se caracterizan por su inmensa hoja y su pista versátil, se componen de muchos conjuntos estructurales, hidráulicos y de motor. El cuerpo central de la excavadora, que consta del bastidor principal y el tren de aterrizaje, está fabricado principalmente con placas de acero estructural con bajo contenido de carbono y una fundición gigante. La cabina contiene muchos componentes de vidrio, caucho y plástico que mejoran la sensación ergonómica de la máquina. El motor, que suministra la energía para la topadora y sus diversos sistemas, contiene muchas piezas de acero de alta resistencia, que soportan altas temperaturas de funcionamiento. Los otros componentes necesarios, la pala, el tren de potencia y varios componentes del sistema, están formados por acero estructural y con alto contenido de carbono. La pista, que está hecha de muchos eslabones de acero de grado estándar, se suma al ya tremendo peso de esta máquina principalmente de acero. Una vez que la topadora está llena de combustible, fluido hidráulico, refrigerante, aceite y otros tipos de fluidos, su peso aumenta en varios cientos de libras. Los adornos decorativos, las calcomanías y la pintura completan la estética de la topadora y añaden un atractivo distintivo.

Diseño

Dos características distintas caracterizan al bulldozer, la hoja de acero larga y vertical en la parte delantera del vehículo y las orugas gemelas giratorias, que facilitan el movimiento del bulldozer. La hoja, que puede pesar hasta 16.000 lb (7.264 kg), es útil para empujar material de un lugar a otro. Perpendicular al suelo, la hoja curva está unida al bastidor mediante un brazo de palanca largo que puede inclinarse y moverse hacia arriba y hacia abajo con energía hidráulica.

La conocida pista flexible de una excavadora se utiliza ampliamente en equipos de maquinaria industrial y tanques militares. De hecho, algunos tractores agrícolas se consideran primos del bulldozer, ya que también utilizan la oruga flexible en lugar de las ruedas estándar. Los eslabones de acero, a veces de más de 2 pies (61 cm) de longitud, están conectados con pasadores lubricados para proporcionar un movimiento fluido y estabilidad. Además, muchas excavadoras han incorporado un diseño de rueda dentada elevada que suspende el tren de fuerza y, por lo tanto, mejora su reactividad al terreno. El motor diesel de la excavadora puede generar entre 50 y 700 caballos de fuerza, por lo que los terrenos accidentados y las pendientes pronunciadas no son un problema para esta máquina.

Montada sobre la pista flexible, la cabina del operador contiene los complejos mecanismos hidráulicos, que impulsan la hoja en un rango vertical limitado. El diseño de la cabina ha experimentado muchas mejoras en la comodidad y ergonomía del operador y ha proporcionado muchas características automotrices mejoradas, como aire acondicionado, radio AM / FM, ajustes automáticos del asiento, controles electrónicos y equipos de monitoreo de sistemas. En estas áreas del diseño de topadoras, la ingeniería y la investigación que preceden a la fabricación imitan a la industria automotriz de muchas maneras.

El tren de fuerza incluye la transmisión, el diferencial y los engranajes que hacen girar la oruga. Acoplado al cigüeñal del motor, el tren de fuerza transmitirá potencia desde el motor a la rueda dentada elevada. Muchas topadoras nuevas tienen dirección independiente, lo que permite que cada rueda dentada gire a máxima potencia incluso cuando una gira más lentamente cuando la topadora gira. Otras innovaciones en los últimos años incluyen la dirección diferencial, la potencia hidráulica y las transmisiones de engranajes planetarios.

El
proceso de fabricación

La excavadora, una red aparentemente interminable de voluminosos componentes de acero, sistemas complejos y conjuntos intrincados, comienza su proceso de fabricación en una línea de montaje. Antes del ensamblaje final, debe realizarse mucho mecanizado, fabricación y subensamblaje. La fabricación comienza con impresiones de ingeniería y dibujos tomados de un programa de dibujo asistido por computadora (CAD) que describe el método de construcción para cada pieza. Algunos de estos programas se pueden utilizar para configurar máquinas para las que se llevará a cabo la mayor parte de la fabricación, es decir, en celdas de fabricación, grandes centros de mecanizado y líneas de submontaje. Esto se denomina fabricación asistida por computadora (CAM) y se utiliza para producir los componentes y ensamblajes que se unen en la línea principal. Algunos de estos componentes se someterán a un tratamiento térmico, recocido o pintado después de su respectiva celda de fabricación, línea de subconjunto o paso del centro de mecanizado. Luego, un sistema de transporte aéreo transportará las piezas a través de la operación de pintura en bruto o recubrimiento en polvo y las elevará a la línea de ensamblaje principal, donde llegan a tiempo para ser ensambladas. Estas piezas también pueden ser transportadas por carretilla elevadora, carro de mano o transportador de piso para llegar al área de preparación antes de ensamblarlas en la excavadora.

Núcleo de mainframe

• 1 El núcleo del bastidor principal, que forma el cuerpo interior rígido, está cortado a partir de una placa de acero y tiene una forma estructural, de modo que resista fácilmente las cargas de impacto de alto impacto y las fuerzas de torsión en las que normalmente incurre la hoja topadora. El esqueleto estructural principal, formado a través de la soldadura de placas de acero a la fundición mecanizada, se compone de dos secciones de riel encajadas conectadas a la carcasa principal. La fabricación normalmente se realiza en una celda de fabricación, donde la placa quemada llega lista para ser montada en accesorios y soldada manual o robóticamente a la pieza central estacionaria. Demasiado masivo para ser levantado a mano, los bastidores son transportados por una grúa aérea a diferentes estaciones, donde los bloques de montaje de acero y los muñones, o travesaños, se sueldan como soporte para los otros componentes de la excavadora. Una vez completado, el marco se lija rotativamente en todas las superficies plateadas y se envía a la cabina de pintura y a la línea de ensamblaje principal.

Motor diésel y transmisión

• 2 En la línea de montaje, el motor diesel y la transmisión de fabricación independiente se unen al bastidor principal. El motor generalmente se compra completamente ensamblado, ya que es un sistema complejo con componentes mecanizados que se pueden usar en muchas aplicaciones vehiculares diferentes. De hecho, el motor (que ha sido sometido a varias pruebas de rendimiento) está certificado para funcionar a su llegada. El motor se monta en la parte delantera de la excavadora; sin embargo, está conectado a la transmisión, que se encuentra en la parte trasera. Los dos están conectados por un eje largo y soportados por acoplamientos y cojinetes. Luego, la transmisión se conecta a una serie de engranajes y diferenciales para formar el resto del tren de potencia. Al montar en almohadillas previamente soldadas al bastidor, el conjunto de motor / transmisión se puede atornillar directamente a la base en la línea de ensamblaje principal.

Radiador y conjuntos adicionales

• 3 En la parte delantera de la excavadora, se monta una carcasa de motor para soportar el radiador y los cilindros de elevación hidráulicos. El radiador, otro conjunto terminado, se colocará entre la carcasa del motor y se montará en el eje de transmisión delantero. Luego se pueden hacer las conexiones para conectar las líneas de agua desde el motor al radiador. Los ensamblajes adicionales para los sistemas hidráulico, de lubricación, enfriamiento y combustible también se construyen en otras ubicaciones y se compran como ensamblaje terminado. Dos características distintivas caracterizan al bulldozer, la hoja de acero larga y vertical en la parte delantera del vehículo y el gemelo giratorio orugas, que facilitan el movimiento de la excavadora. La hoja, que puede pesar hasta 16.000 lb (7.264 kg), es útil para empujar material de un lugar a otro. listo para ser fijado directamente al motor o base. Estos incluyen líneas hidráulicas compuestas de tubos, mangueras y accesorios premontados y montados en el motor o bastidor y conectados a bombas, válvulas, tanques y cilindros, cada uno de los cuales puede llevarse a la línea de montaje principal como un componente terminado. Las líneas de combustible, escape, hidráulicas y refrigerante también llegan listas para ensamblar y se acoplan a otros componentes terminados. Muchos de estos componentes y subconjuntos deben ser inspeccionados y aprobados para cumplir con las dimensiones en una estación de inspección entrante antes del ensamblaje.

Ensamblaje de componentes grandes

A medida que todo el conjunto del bastidor, el motor, la transmisión y los grupos de líneas se mueven a lo largo de la línea de producción principal, los conjuntos y componentes más grandes son traídos por grúas puente, transportadores aéreos, vehículos de guiado automático (AGV) o carretillas elevadoras. Estos componentes incluyen la cabina, cilindros hidráulicos más grandes, componentes del tren de rodaje y la hoja delantera.

• 4 La cabina, que también se puede comprar como ensamblaje terminado, generalmente se fabrica en una instalación diferente y se envía para ensamblar. Por lo general, completa en su variedad de componentes electrónicos y controles, la cabina se montará sobre bloques de acero o almohadillas ubicadas en el bastidor de la hoja topadora. Después del montaje, se realizarán las conexiones a los distintos controles y se podrá suministrar energía a la cabina en pleno funcionamiento.
• 5 Simultáneamente con el montaje del motor / transmisión, el tren de aterrizaje, compuesto por bastidores de rodillos tubulares, ruedas dentadas de transmisión y rodillos de suspensión independientes del tipo bogey, se montará en el bastidor y se ensamblará en el tren de transmisión. El conjunto del eje hará girar las ruedas dentadas exteriores que giran la pista, permitiendo que el vehículo maniobre. Las ruedas dentadas, típicamente de 2 pies (61 cm) de diámetro, encajarán en la pista con dientes endurecidos, que mueven la pista a medida que giran. En muchas operaciones de fabricación, el tren de aterrizaje se puede mecanizar, ensamblar y pintar en la misma instalación que la línea de ensamblaje principal, pero varios componentes más pequeños como cojinetes y bujes de lubricación deben subcontratarse a otras instalaciones o contratistas externos. La pista, que a menudo se ensambla previamente a partir de eslabones de acero mecanizados, se puede colocar alrededor de las ruedas dentadas, los rodillos y los engranajes guía delanteros / traseros solo después de que los componentes del motor / transmisión y del tren de rodaje estén en su lugar. El tubo de escape, unido directamente al motor, está sostenido por soportes y bridas en su base.
• 6 Una vez que los controles de la cabina están conectados al motor y los sistemas hidráulicos, los capós o paneles de la carrocería prefabricados se montan directamente en el bastidor base para cubrir el motor, la transmisión, el radiador y las líneas de fluido. Los paneles de la carrocería están diseñados para plegarse hacia atrás, haciendo que el interior de la topadora sea fácilmente accesible para un mantenimiento regular. Se ensamblan en bisagras ya fijadas a soportes estructurales. También se pueden construir compartimentos para herramientas y almacenamiento en la hoja topadora una vez que se hayan conectado todas las líneas. Las placas de la cubierta se encuentran alrededor de la cabina y están soldadas a los soportes.
• 7 La hoja delantera está unida a cilindros hidráulicos, que pueden colocar la hoja en diferentes ángulos de inclinación. Los cilindros, cada uno compuesto por un pistón de acero endurecido dentro de un cilindro pulido, están unidos en un extremo a la carcasa del motor en la parte delantera de la excavadora para mover la hoja verticalmente. Inicialmente, en el proceso de ensamblaje, los cilindros se dejan sueltos en un extremo hasta que se ensambla la hoja de acero laminada, y luego se pueden instalar y apretar las líneas hidráulicas. El extremo inferior de la hoja está unido a dos juntas con grandes pasadores de acero que giran e inclinan la hoja con dos cilindros más. Los brazos que se extienden desde el tren de aterrizaje se unen a la hoja y luego se ensamblan junto con los otros componentes del tren de aterrizaje.

Montajes finales

• 8 Una vez que la hoja topadora ha sido equipada con sus componentes primarios, se conectan más mangueras, líneas eléctricas y líneas de fluido en las conexiones instaladas. Elementos como las baterías, que están conectadas al arranque del motor, se encuentran debajo de una capota en un compartimiento ubicado cerca del motor. Las luces, uno de los últimos elementos instalados en la topadora, se colocarán en varias áreas diferentes y se conectarán a su fuente de alimentación. Además, los pasamanos o barandillas y las estriberas para los pies están atornillados al bastidor, lo que completa el montaje de la línea principal.

Pintar

• 9 En la división de tractores de cadenas (TTT) de Caterpillar ubicada en Peoria, Illinois, las excavadoras y las orugas de Caterpillar utilizan la misma pintura y líneas de preparación final que muchos otros vehículos de orugas. Aplicada manualmente con pistolas rociadoras, la cabina de pintura final entregará pintura a cualquier área que no esté bloqueada con papel o envoltura de plástico. La pintura se seca rápidamente y la excavadora se moverá a la siguiente estación donde las calcomanías y los adornos se aplican a mano con plantillas.

Fluidos

• 10 Se agregan varios fluidos y luego el vehículo se envía a una estación de prueba donde se verifica y registra mecánicamente el funcionamiento de todos los sistemas. El vehículo se transporta desde el sitio de fabricación a un área de preparación para su personalización y envío. La excavadora completa se envía en un remolque de plataforma plana y está lista para operar en el campo a su llegada.

Subproductos / Residuos

Los desechos producidos por las operaciones de fabricación pueden incluir refrigerantes de maquinado, aceites, detergentes para limpieza de piezas, pintura y combustible diesel. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) impone regulaciones estrictas a los fabricantes para exigir que estos líquidos potencialmente dañinos se eliminen de manera adecuada. Las empresas contratan una empresa de eliminación de residuos para reciclar la mayor parte de los residuos líquidos. Las virutas y virutas de metal se reciclan y se venden a los comerciantes de chatarra en un esfuerzo por reducir el desperdicio.

El futuro

Las topadoras se someten constantemente a esfuerzos de modernización del diseño de componentes y las innovaciones parecen inevitables. Las mejoras en la comodidad de la cabina y la eficiencia del motor diésel probablemente serán la fuerza impulsora de muchos de estos cambios, mientras que los cambios de diseño y funcionamiento se limitarán a los componentes individuales. A pesar del hecho de que estas mejoras tanto en el proceso de fabricación como en la racionalización del flujo de material probablemente no cambiarán la cara de las excavadoras, los costos pueden mejorar. Por lo tanto, como miembro útil de cualquier equipo de movimiento de tierras, la topadora seguirá cumpliendo un propósito único en la construcción de edificios, la gestión de desechos y muchas industrias.