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  ANDRESSA ILANA S. GALDINO

SCRAPERS

Relatório apresentado comoexigência parcial de avaliação nadisciplina de Planejamento deLavra, no curso de Graduação emEngenharia de Minas.Orientador: Prof. Dr. Márcio Luiz

Barros.

RECIFE - 2015

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DEFINIÇÕES

Máquina: é todo o aparelho que pode produzir um movimento ou por em ação umaforma de energia;

Implemento: é qualquer conjunto que complete uma máquina para a execução deum serviço específico;

Equipamento: máquina ou agrupamento formado por duas ou mais máquinas oumáquina(s) e implemento(s) destinado(s) à execução de um determinado serviço;

Acessório: peça ou conjunto de peças, não essencial à operação do equipamento eque contribui para ao maior conforto segurança ou rendimento operacional do mesmo;

Peça: parte ou elemento unitário de máquina, de implemento, ferramenta de ataqueou acessório;

Instrumento: aparelho de medição e/ou controle;

Sistema: agrupamento de conjuntos para fins específicos, podendo ou não,Observação: as definições acima foram extraídas da terminologia brasileira TB -51.

SCRAPERS

Na lavra de minério são desenvolvidas importantes etapas com o uso de

equipamentos diversos. É sabido que elas ocorrem sistematicamente e, portanto, devem serusados equipamentos de forma a completar o ciclo no menor tempo possível. Sendo assim, odesmonte/escavação, o carregamento e o transporte devem estar sincronizados entre si.

Todavia, nem todos os equipamentos são, necessariamente, utilizados em uma únicaetapa. É o caso do Scraper, sendo um equipamento escavo-transportador. Mas, o que sãoesses equipamentos?

São equipamentos capazes de executar a escavação do material, recolhe-lo em umacaçamba, efetuar o transporte deste ao local conveniente e, promover a sua descarga. As maisantigas escavadoras transportadoras eram as rudimentares “pás de arrasto” de tração animal

que operavam em terrenos já desagregados através de arados (escarificadores). Fig. 1.

Figura 1 – Pá de arrasto

 A seguir foram utilizados os cilindros escavadores de tração motorizada, usados para

curtas distâncias, em torno de 35 metros e com capacidade de até 2 metros cúbicos.Os scrapers atuais podem ser rebocados ou autopropulsados e são constituídos poruma caçamba, em cujo fundo, são fixadas lâminas cortantes responsáveis pela escavação do

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O movimento da caçamba, avental e ejetor, dependendo do modelo do scraper e dosistema adotado pelo fabricante, poderão ser acionados através de cabos de aço, êmboloshidráulicos ou motores elétricos.

Principais elementos da caçamba:

Figura 3 – Elementos principais da caçamba

7 - Avental8 - Ejetor9 - Lâmina de Corte10 - Pistão Hidráulico

Como funciona o carregamento e descarga de material?

Os comandos de acionamento são executados por pistões hidráulicos de duplosentido e acionados por bomba hidráulica de alta pressão. A escavação é feita pelo movimentosincronizado da Lâmina de Corte que entra em contato com o terreno pelo abaixamento dacaçamba, ao mesmo tempo que o Avental é elevado com a movimentação gradual do Ejetor. Acarga se faz pelo arrastamento do scraper, com o qual a lâmina penetra no solo, empurrando-opara o interior da caçamba.

Carregamento: ejetor recuado, avental elevado, caçamba abaixada.

Figura 4 – Carregamento do Scraper  

Descarga: ejetor em movimento para a frente, caçamba elevada, avental elevado.

Figura 5 – Descarga do Scraper  

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Existem também equipamentos de pequeno porte, apelidados "caixotes", com osmesmos princípios de trabalho, cuja descarga é executada por um grande giro da caçamba,não existindo o ejetor. Um exemplo são scrapers com capacidade da caçamba da ordem de 3a 4 m3. Em geral são agrupados (dois) e rebocados por um trator agrícola, onde ficam oscontroles.

Figura 6 – Funcionamento da caçamba

TIPOS DE SCRAPER

Scraper convencional, rebocador de 1 eixo:

Figura 7 – Scraper rebocador de 1 eixo 

É o equipamento que, por inovações introduzidas pelos fabricantes, carrega acaçamba sem necessidade de um trator auxiliar.

Uso: Para distâncias médias e curtas, terrenos de compacidade média ou baixa,rampas < 15 %, terrenos com bom suporte e pouco afundamento (baixa resistência aorolamento).

Moto scraper convencional, rebocador de 2 eixos: 

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Figura 8 – Scraper rebocador de 2 eixos 

Possui dois motores tendo todas as suas quatro rodas motoras com força de traçãosuficiente para efetuar o seu próprio carregamento.

Uso: Distâncias médias e grandes, terreno compacidade média ou baixa, rampas até10 %, terrenos bom suporte e afundamento < 15% (baixa resistência ao rolamento).

Moto-scraper com esteira elevadora:

Figura 9 – Moto-scraper com esteira elevadora 

Nessas unidades a carga da caçamba é executada por uma esteira que eleva omaterial escavado lançando-o no interior da mesma.

Uso: Distâncias curtas e médias, terrenos pouco compactos, solo solto, rampaspequenas (

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insuficiente, usa-se trator de esteira ou de rodas para auxiliar no carregamento, denominando-se esta operação de Pusher.

1) Carga pela tração de um trator de esteiras: nesse caso o equipamento por si sóexecuta a escavação, a carga, o transporte e a descarga do material.

Figura 11 – Scraper rebocado por trator de esteiras

Uso: Distâncias curtas, terrenos compactos, fortes rampas (> 30 %), terrenos de baixacapacidade de suporte e alta resistência ao rolamento.

2) Aplica-se ao scraper que é tracionado pelo trator de rodas que não disponha de

suficiente força de tração.

Figura 12 – Scraper rebocado por trator de rodas

Moto Scraper com operação em “Push-Pull”:

Figura 13 – Scraper em arranjo push-pul l   

Na operação Pusher-Pull são utilizados motoscrapers com dois motores e tração nasquatro rodas. Como a força de tração nas quatro rodas ainda não é suficiente, criou-se umdispositivo em forma de gancho que acopla um motoscraper ao outro. Dessa forma o esforçodas 8 rodas dos dois motoscrapers acoplados é utilizado para carregar um dos scrapers e emseguida o outro. Os motoscrapers se acoplam e se ajudam mutuamente na operação decarregamento. Enquanto a máquina da frente carrega, é auxiliada pela outra que fornece oesforço trator adicional necessário. Posteriormente a máquina da frente traciona o outro

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motoscraper, para o seu carregamento. Completado o carregamento dos dois, se faz odesengate e as unidades se dirigem, isoladamente, ao local de descarga.

SELEÇÃO DE SCRAPER

CONV 1 scraper convencionalCONV 2 scraper convencional c / rebocador de 2 eixosEL scraper com esteira elevatóriaPP push-pullMT-TR motor traseiro , tração em todas as rodasSR scraper rebocado por trator de esteiras

Todos os equipamentos mencionados podem transportar argila, areia, pedregulhomiúdo e graúdo. Mas os scrapers EL e PP não são indicados para o uso com rochaescarificada ou dinamitada. (desgaste).

Seleção conforme o afundamento dos pneus e a resistência ao rolamento:

Causas de resistência ao rolamento: atrito interno, atrito roda x piso, 

afundamentocausa subida permanente.

Para afundamento de pneus na pista de trabalho até 10 cm, ou resistência aorolamento até 85 kg/ tonelada, qualquer dos equipamentos pode ser usado.

Se o afundamento for maior que 25 cm, ou a resistência a rolamento maior que 183kg/ t , apenas o SR apresenta rendimento. Até esse último limite, recomenda-se PP e MT-TR. Afundamentos entre 10 e 15 cm ou resistências ao rolamento de 85 a 117 kg/t indicam o uso

de scrapers convencionais (1 e 2). 

Capacidade de vencer rampas:

Scrapers de dois eixos com pouco peso nas rodas motrizes : até 10 %Scrapers de um eixo : até 15 %

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Scrapers TR e PP : aproximadamente até 30 %Scrapers SR ( rebocados por Trator de esteiras) : até 40 %

FORÇA DE TRAÇÃO

Para saber se um equipamento pode se locomover em um terreno em função dascondições de serviço, como são resistência ao rolamento, resistência de rampa, altitude dolocal e aderência ao terreno, devem ser conhecidas as forças opostas ao movimento e

comparadas estas, às forças de tração disponíveis nas diversas marchas do sistema de tração.

RESISTÊNCIA TOTAL AO MOVIMENTO DE UM EQUIPAMENTO

 A resistência total pode ser decomposta em:1. resistência ao rolamento;2. resistência de rampa;3. resistência de inércia; (pequena e difícil de dimensionar );4. resistência do ar – atrito e pressão frontal (desprezível).

 A resistência de inércia surge quando o veículo sofre variação na velocidade (freada

ou aceleração). Para reduzi-lo, o modo mais prático é reduzir as causas, suavizando o trajetodos equipamentos (principalmente veículos de transporte).Detalhando a resistência de rampa:

R rampa = P cos (α

) : simplificamos o cálculo expressandoα

 em porcentagem efazendoR (em Kg) = 10 x P (em toneladas) x ( aclive em porcentagem )

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P. exemplo: se α = ang tg( 15/100) , aclive % = 15/100 = 0,15R = 10 x P x 0,15 A resistência total ao movimento será expressa por

RT = R rolamento + R rampa (desprezamos os outros fatores, muito pequenos)

É costume calcular separadamente o peso P2  sobre o eixo trator, para facilitar ocálculo da aderência (semelhante ao atrito).

Conhecido o coeficiente de aderência A e o peso P2 do trator, calculamos a força deaderência Fa = P2 x A.

Se RT > Fa , as rodas tratoras patinam e o veículo não se move.

Facilidade de Escavação com scrapers em terreno natural:

Terrenos muito compactos: use scraper rebocado por trator de esteiras, ou motortraseiro com tração em todas as rodas.

Menos compactos: convencionais. Os "cavalos" (tratores) de pior desempenhoquando há pouca aderência são os de dois eixos.

Sobre os tratores de rodas puxando scraper:Como ambos se deslocam sobre rodas, há que considerar o peso do trator e o do

scraper, vazio ou carregado. Calcular resistência ao rolamento, resistência/assistência derampa, distribuição do peso , aderência.

 A resistência ao rolamento não afeta os tratores de esteiras ...

Resumo:

Motoscraper convencional , rebocador de 1 eixo: 

Para distâncias médias e curtas, terrenosde compacidade média ou baixa, rampas < 15 %, terrenos com bom suporte e poucoafundamento (baixa resistência ao rolamento). 

Motoscraper convencional , rebocador de 2 eixos:  Distâncias médias e grandes, terrenocompacidade média ou baixa, rampas até 10 %, terrenos bom suporte e afundamento < 15%(baixa resistência ao rolamento).

Motoscraper com elevatório:  Distâncias curtas e médias, terrenos pouco compactos, solosolto, rampas pequenas ( 30 %), terrenos de baixa capacidade de suporte e alta resistência ao rolamento.

 

COMPARAÇÕES ALTERNATIVAS

Os fatores que mais influem no desempenho de equipamentos escavo-transportadores são: distância de transporte e resistências ao movimento das máquinas. Ográfico a seguir orienta uma seleção baseada nesses fatores.

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(gráfico baseado em Ricardo e Catalani: Manual Prático de Escavação)

 Algumas vezes as máquinas são usadas em condições diferentes das maisfavoráveis segundo esse gráfico. Fatores teoricamente menos importantes podem predominarem condições especiais, conforme análise de produção e custo, não disponibilidademomentânea de um recurso, trabalhos de curta duração, etc.

 ADERÊNCIA

 A aderência é a capacidade que tem as rodas motrizes (ou esteiras) de umequipamento de aderirem ao terreno.

 A aderência varia de acordo com o peso aplicado pelas rodas motoras (ou esteiras),pelo desenho e da forma da banda de rodagem (ou forma e dimensões das garras da esteira),tipo e condições da superfície do terreno.

Quando as rodas ou esteiras giram em falso (patinam) a aderência é insuficiente.Maneiras usadas para aumentara a aderência:a) Aumentar o peso sobre as rodas de tração;b) Aumentar o número de rodas de tração;c) Melhorar as condições do terreno;

d) Colocar correntes nas rodas de tração.

Peso transmitido ao solo por alguns tipos de propulsores:

a) Scraper rebocado por trator de esteiras: Considera-se somente o peso total do tratorb) Scraper rebocado por trator de rodas: Somente é considerado o peso que é transmitido

pelas rodas de traçãoc) Scraper apoiado no trator de rodas: Aproximadamente 40 % do peso do trator +

Scraper +cargad) Moto Scraper com tração em duas rodas: Aproximadamente 60 % do peso do moto

Scraper + cargae) Moto Scraper com tração em quatro rodas: Considera-se o peso total do conjunto moto

Scraper + carga

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PRODUÇÃO HORÁRIA

 A produção horária do equipamento escavador transportador pode ser calculada pelaexpressão: 

Ph = 60.C.E. φ/T 

Sendo:Ph = Produção horária em m3, de material escavado;C = Capacidade nominal ou rasa do escreiper, em m3;E = Eficiência do trabalho. Usar:E = 0,8 (trator de esteiras);E = 0,7 (trator de rodas).φ = Fator corretivo para a obtenção do volume escavado obtido na Tabela VIII.

T = Tempo de ciclo.

O fator φ  leva em conta a compactação que o material escavado sofre ao sercolocado na caçamba. Esse valor multiplicado pelo volume interno da caçamba (ou nominal)

fornece o volume, realmente, escavado.

Outra forma de obter o volume escavado (menos exata, no caso) poderia ser obtidapelo produto do volume empolado da caçamba com o fator f, porém não se está, então,considerando a compressão do material na caçamba.

Tempo de ciclo: T = tf + tvO tempo fixo (tf) pode ser obtido como segue:tf = 2,5 minutos, para C≤ 11,7 m3;tf = 3,0 minutos, para C≥ 11,7 m

3;tv = Σ 0,06 (dn/vn) 

TABELA VIII Fator de enchimento da caçamba 

φ = 0,95 φ = 0,85 φ= 0,75

 Argila calcárea Argila Areia limpa

 Argila arenosa Terra vegetal Pedregulho fino e solto

Terra negra Rocha argilosa Argila úmidaTerra comum compacta Solo de dunas

Pedregulho com argila

TÉCNICAS DE MANUSEIO

CARREGAMENTO

OUTROS TIPOS DE CARREGAMENTO:

Carregamento com pusher : (do inglês pusher: que empurra)

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É o mais importante, pois os tempos gastos no transporte são os maiores do ciclo. . As pistas devem ter largura suficiente (três vezes a largura da maior máquina) e

serem bem conservadas (com motoniveladoras, e tratores, quando necessário) , semirregularidades e bem drenadas (fazer caimento de 1 a 2%). Senão, perde-se na velocidade, eo choques e impactos reduzem a vida útil das maquinas, pneus, etc., além de aumentar odesgaste dos operadores, que passam a produzir menos. As pistas devem também ter boa

capacidade de suporte e pequeno afundamento.

. Se a poeira começar a incomodar, "apagá-la" com caminhões pipa; além desegurança, é item de conservação do equipamento e evita perda de produção; água comcloreto de cálcio também ajuda, por reter a umidade natural;

. Evitar curvas fechadas e/ou de baixa visibilidade: provocam redução de velocidadee acidentes. Não sendo possível, alocar sinalizadores.

. Treinar operadores para utilizarem marcha mais elevada possível, dentro dasegurança (maior velocidade) , e acionar o retardador nos longos declives.

. Respeitar acima de tudo a segurança. .Projetar com cuidado as pistas e os ciclos,se possível combinando ciclos individuais para eliminar manobras e balões. 

COMBINAÇÃO DE CICLOS

Ciclos individuais : (Exemplo simples)

Ciclo combinado:

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DESCARGA: 

Não se admite qualquer atraso na descarga efetuada por moto-scrapers.. Na execução de um aterro, é obrigatório que as unidades de espalhamento, além

espalhar o material na espessura de projeto, mantenham a área de descarga em condiçõesexemplares de nivelamento e drenagem.

. A área de manobras deve ser ampla para que não haja perda de tempo para oinício do retorno.

. Deve ser providenciado número suficiente de praças de trabalho de forma quesempre haja onde descarregar, e encarregados de aterro indicam por sinais aos operadores,os locais onde deve ser feita a descarga.

. Mesmo no caso de "bota-fora", tratores devem manter todo o trajeto das unidadesde transporte em perfeitas condições.

VANTAGENS x DESVANTAGENS

Vantagens:a) Economia de tempo na execução dos serviços;b) Baixo custo de operação;c) Simplicidade de operação;d) Elevada produção.

Desvantagens:a) Equipamento de grande porte;b) Custo elevado de aquisição;c) Custo elevado de manutenção;d) Somente apresentam vantagens financeiras se usados de forma contínua.

BIBLIOGRAFIA

→Ricardo ,Hélio de Souza e Catalani , Guilherme - Manual Prático de Escavação, Pini Editora →Senso, Wlastermiler de - Terraplenagem – EP USP, 1975  →Silveira, Araken  – Terraplenagem – Universudade de S. Carlos , 1971 →Manual de Produção da Caterpillar (1995). Edição 26.→ Apostila do Prof. Luiz Cezar Duarte Pacheco, da Faculdade de Engenharia da Universidade Federal de Juiz de Fora.→ Apostila do Prof. Gil Carvalho Paulo de Almeida, da Faculdade de Engenharia daUniversidade Federal de Juiz de Fora.