Download - excavadora maquinaria pesada

Departamento de Energía y Mecánica

Carrera de Ingeniería Automotriz

Maquinaria y equipo pesado

EXCAVADORA

Autores: Correa A. Aarón I.

Chafuel Víctor.Fuentes A. José L.Ramírez Julio A.López B. René F.

Lozada P. Jonathan S.

Latacunga, 18 de agosto de 2015

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS.ESPE EXTENSION LATACUNGA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICACARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ

MAQUINARIA Y EQUIPO PESADOERAZO G. CORREA A. CHAFUEL V. FUENTES J. LOPEZ F. LOZADA J. RAMIREZ J.

CONTENIDO1. EXCAVADORA................................................................................................................................................4

1.1. INTRODUCCIÓN....................................................................................................................................4

1.2. CARACTERÍSTICAS.................................................................................................................................4

2. TIPOS DE EXCAVADORAS...............................................................................................................................5

2.1. EXCAVADORA NORMAL DE CUCHARA..................................................................................................5

2.2. EXCAVADORA Y PALA CARGADORA CON RUEDAS................................................................................6

2.3. EXCAVADORA DE MORDAZAS...............................................................................................................6

2.4. EXCAVADORAS DE ROSARIO.................................................................................................................6

2.5. GRAN EXCAVADORA DE MINERÍA.........................................................................................................7

3. COMPONENTES PRINCIPALES DE LA EXCAVADORA.......................................................................................7

3.1. BASTIDOR O CHASIS..............................................................................................................................8

3.2. PLUMAS Y BRAZO..................................................................................................................................8

3.3. BASE GIRATORIA...................................................................................................................................9

3.4. CILINDROS HIDRÁULICOS......................................................................................................................9

3.5. CUCHARA............................................................................................................................................10

3.6. COMPONENTE MOTOR.......................................................................................................................10

3.7. CONVERTIDOR DE PAR........................................................................................................................11

3.8. TRANSMISIÓN.....................................................................................................................................11

3.9. DIFERENCIAL.......................................................................................................................................12

3.10. MANDOS FINALES...........................................................................................................................12

3.11. TREN DE RODAMIENTO..................................................................................................................12

4. SISTEMA HIDRÁULICO.................................................................................................................................13

4.1. BOMBA HIDRÁULICA...........................................................................................................................13

4.1.1. Funcionamiento bomba hidráulica.............................................................................................14

4.2. VÁLVULAS HIDRÁULICAS DE FLUJO COMPARTIDO..............................................................................15

4.3. ABRAZADERAS Y BUJES.......................................................................................................................16

4.4. MANGUERAS.......................................................................................................................................16

4.5. CIRCUITO HIDRÁULICO........................................................................................................................17

5. Bibliografía..................................................................................................................................................20

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ÍNDICE DE FIGURASFigura 1: Excavadora komatsu 320........................................................................................................................4Figura 2: Retroexcavadora con cargadora frontal..................................................................................................4Figura 3: Cucharon de excavadora.........................................................................................................................5Figura 4: Excavadora y pala cargadora con ruedas................................................................................................6Figura 5: Excavadora tipo mordazas......................................................................................................................6Figura 6: Excavadora tipo rosario...........................................................................................................................7Figura 7: Excavadora para minería.........................................................................................................................7Figura 8: Esquema de los componentes básicos....................................................................................................8Figura 9: Bastidor excavadora................................................................................................................................8Figura 10: Pluma y brazo........................................................................................................................................8Figura 11: Base giratoria........................................................................................................................................9Figura 12: Cilindro Hidráulico.................................................................................................................................9Figura 13: Cucharon excavadora..........................................................................................................................10Figura 14: Motor Caterpillar.................................................................................................................................10Figura 15: Convertidor de par Caterpillar.............................................................................................................11Figura 16: Transmisión Caterpillar.......................................................................................................................11Figura 17: Diferencial...........................................................................................................................................12Figura 18: Mandos finales....................................................................................................................................12Figura 19: Tren de rodaje excavadora Caterpillar................................................................................................13Figura 20: Sistema hidráulico excavadora Caterpillar..........................................................................................13Figura 21: Bomba hidráulica................................................................................................................................14Figura 22: Válvula de control...............................................................................................................................14Figura 23: Válvula de control...............................................................................................................................14Figura 24: Válvula de control...............................................................................................................................15Figura 25: Válvula de control...............................................................................................................................15Figura 26: Válvulas de dirección...........................................................................................................................15Figura 27: Bomba hidráulica desarmada..............................................................................................................16Figura 28: Mangueras de alta presión..................................................................................................................16Figura 29: Circuito hidráulico...............................................................................................................................17Figura 30: Extender el brazo................................................................................................................................18Figura 31: Accionamiento cucharón.....................................................................................................................18

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Características general excavadora Komatsu...........................................................................................5Tabla 2: Características motor excavadora..........................................................................................................11Tabla 3: Periodo de mantenimiento por horas de trabajo de la excavadora 1....................................................19Tabla 4: Periodo de mantenimiento por horas de trabajo de la excavadora 2....................................................19

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1. EXCAVADORA1

1.1. INTRODUCCIÓN

Actualmente se cuenta con maquinaria destinada a realizar trabajos de excavación y movimiento de tierra que es autopropulsada sobre ruedas o cadenas con una superestructura capaz de efectuar una rotación de 360º, que excava, carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de una cuchara fijada a un conjunto de pluma y balancín, sin que el chasis o la estructura portante se desplace.

Figura 1: Excavadora komatsu 320Fuente: Propia.

En base a las necesidades agrícolas de la época, actualmente es una máquina que sirve para realizar trabajos principalmente de excavaciones para zonas urbanas, para la instalación de tubos o redes de agua y desagüe.

Figura 2: Retroexcavadora con cargadora frontal.Fuente: Propia.

1.2. CARACTERÍSTICAS2

Cabina de clase mundial El asiento estándar con suspensión neumática, la disposición ergonómica de los controles y la mayor visibilidad le ofrecerán comodidad para pasar un día de trabajo más seguro y productivo.

Sistema hidráulico de detección de carga

1 (Catota, 2015)2 (Ortiz-Cañavate, 2003)

4




La bomba de pistones de caudal variable y las válvulas hidráulicas de flujo compartido permiten lograr un control uniforme y optimizar la eficiencia del combustible.

Tren de fuerza mejorado La máxima velocidad de desplazamiento de 40 km/h / 25 millas/h hace posible llegar y salir del sitio con mayor rapidez.

Características optativas El Control de amortiguación y el sistema AccuGrade™ pueden aumentar la comodidad y la productividad del operador.

Tabla 1: Características general excavadora Komatsu.

Fuente: http://www.fierasdelaingenieria.com/las-excavadoras-mas-grandes-del-mundo

2. TIPOS DE EXCAVADORAS3

2.1. EXCAVADORA NORMAL DE CUCHARA

La excavadora normal de cuchara está equipada con cinta transportadora; su forma de trabajo es análoga, con la gran ventaja de reducir el tiempo necesario para el giro, la descarga de la cuchara y la nueva colocación al frente del ataque. Esta cinta transportadora no puede transportar el material en inclinaciones superiores al 15% o 20%.

Figura 3: Cucharon de excavadora.Fuente: Propia.

2.2. EXCAVADORA Y PALA CARGADORA CON RUEDAS

Este modelo de excavador es una de las máquinas con gran capacidad de carga y potencia, idónea para labores de extracción y movimiento de tierras. En este diseño con ruedas la hace apta e idónea para terrenos

3 (CATERPILLAR, 2015)5




uniformes. La falta de dientes en la pala cargadora nos indica en este caso que trabaja en zonas blandas con tierras ya movidas.

Figura 4: Excavadora y pala cargadora con ruedas.Fuente: Propia.

2.3. EXCAVADORA DE MORDAZAS

Este tipo de excavadoras tiene que utilizar un accesorio que trabaja a peso propio, con mecanismos que permiten excavar en un material apilado, la cuchara tiene mordazas que se abren y cierran. Este tipo de equipos tiene muy poca aplicación en movimiento de tierras, pero si se aplica en construcción de edificios, ya que transporta material suelto.

Figura 5: Excavadora tipo mordazas.Fuente: http://www.colmarequipment.com/es/equipment/recycling/industrial-tracked-scrap-processors/colmar-industrial-

tracked-scrap-processor-r650.

2.4. EXCAVADORAS DE ROSARIO

Este tipo de equipos se utiliza para la excavación de zanjas de gran magnitud. El sistema empleado para la excavación lo constituye una especie de cinta sin fin con numerosas cucharas de excavación.

Este equipo tiene bastante utilización en Europa, principalmente en Alemania.

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Figura 6: Excavadora tipo rosario.Fuente: http://www.foromaquinas.com/showthread.php?13309-Excavadoras-de-Cables-Cat-Serie-7000.

2.5. GRAN EXCAVADORA DE MINERÍA

Esta máquina está diseñada especialmente para extracción de áridos en excavaciones de minería a cielo abierto, aunque también puede emplearse en grandes movimientos de tierras durante la construcción de grandes obras de construcción. Es una máquina que aunque está dotada de cadenas no suele realizar desplazamientos continuos durante su actividad y su pala excavadora está diseñada con aleaciones especiales de acero e incluso dotada con dientes diamantados para la extracción de roca y áridos de gran dureza.

Figura 7: Excavadora para minería.Fuente: Propia

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3. COMPONENTES PRINCIPALES DE LA EXCAVADORA4

Los componentes principales son todas las partes principales que conforman a un equipo o máquina, tales como;

Tren de fuerza (motor). Tren de impulsión (convertidor). Transmisión, embragues y frenos. Mandos finales. Tren de rodaje (rueda de impulsión o motriz). Estructura a el bastidor principal de la maquina quien soporta y aloja a los componentes de la

retroexcavadora. Por último los implementos.

4 (KOMATSU, 2015)7




Figura 8: Esquema de los componentes básicos.Fuente: Propia.

3.1. BASTIDOR O CHASIS

Esta construido de acero de alta resistencia, especial para resistir torsión, deflexión y peso que mantiene un equilibrio de la máquina, donde se instalara los demás componentes y también todos los elementos de los diferentes sistemas (hidráulico, tren de rodamientos, etc.).

Figura 9: Bastidor excavadora.Fuente: Propia.

3.2. PLUMAS Y BRAZO

Las plumas y el brazo están conformados por planchas de acero que forman la estructura que va a servir para poder sostener la carga junto con la cuchara y los cilindros hidráulicos, además permiten un movimiento controlado de la carga.

Figura 10: Pluma y brazo.Fuente: Propia.

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3.3. BASE GIRATORIA5

Es utilizado como apoyo de la pluma y por lo tanto también de toda la estructura que está conformado el brazo excavador. Este consta de un diseño que le permite el movimiento amplio al brazo excavador para recoger y descargar, y se podrá fijarse de manera sencilla a una estructura que es utilizada de soporte mediante el uso de tornillos.

Figura 11: Base giratoria.Fuente: Propia.

3.4. CILINDROS HIDRÁULICOS6

Reciben el aceite a una determinada presión también son los encargados de originar el movimiento de los elementos que conforman el brazo excavador.

Su funcionamiento es sencillo el aceite a presión ingresa por medio de conductos hacia los cilindros, esta presión por el área del émbolo produce una fuerza que permite que el vástago ingrese o salga según el lado que ingrese o salga el aceite.

Este sistema es alimentado por un caudal de aceite que es generado por una bomba hidráulica la cual es movida por el motor de la excavadora, además de esta bomba se puede contar con las válvulas que permiten accionar cada uno de los movimientos del brazo excavador.

Figura 12: Cilindro Hidráulico.Fuente: Propia.

5 (KOMATSU, 2015)6 (CATERPILLAR, 2015)

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3.5. CUCHARA7

La capacidad del brazo excavador es designada por el tamaño de la cuchara la cual corresponde a la capacidad volumétrica del mismo elemento cuando está totalmente lleno, esta cuchara cuenta con un diseño aparte, por este motivo se cuenta con sujetadores los cuales permiten la unión del extremo del brazo excavador con la cuchara

Las medidas frecuentes que son utilizados en la industria según la capacidad de las cucharas van desde 0.01 m³ hasta 30 m³ según el tamaño de la excavadora.

Figura 13: Cucharon excavadora.Fuente: Propia.

3.6. COMPONENTE MOTOR

En él se encuentran todas las partes necesarias para poder transformar la energía calorífica en movimiento y está conformado de la siguiente manera.

En sus partes básicas se encuentra el cárter, mono block y culata y dentro de ellos una serie de partes que en su conjunto hacen transformar mediante la combustión interna o energías caloríficas a movimientos primero rectilíneos y estos mediante las bielas y el cigüeñal lo convierten en movimientos giratorios gracias a los cuatro tiempos.

Figura 14: Motor Caterpillar.Fuente: Propia.

7 (Catota, 2015)10




Tabla 2: Características motor excavadora.Modelo de motor Cat® C18 ACERT™ (ATAAC)

Potencia neta al volante 523 hpPotencia neta: ISO 9249 523 hp

Potencia neta: SAE J1349 523 hpPotencia neta: EEC 80/1269 523 hp

Calibre 5.71 pulgCarrera 7.2 pulg

Cilindrada 1104.5 pulg³Fuente: Propia.

3.7. CONVERTIDOR DE PAR

Es el encargado de multiplicar la fuerza que es proporcionada por el motor, brindando el mejor aprovechamiento del movimiento, su aplicación puede ser directa en relación a la necesidad de esfuerzo de la máquina.

Figura 15: Convertidor de par Caterpillar.Fuente: http://s7d2.scene7.com/is/image/Caterpillar/C021636?$Type2$.

3.8. TRANSMISIÓN

En las RETROEXCAVADORAS se utiliza en algunas de nuestro medio con cajas mecánicas y con embrague, pero la mayoría de estas máquinas modernas cuentan con cajas automáticas o semiautomáticas y llevan un selector de velocidades y ya no llevan embrague, adicionalmente cuentan con un bloqueador de transmisión para determinados momentos haciendo que la fuerza y movimiento que proporciona el motor solo sea aprovechado por el sistema hidráulico.

Figura 16: Transmisión Caterpillar.Fuente: http://s7d2.scene7.com/is/image/Caterpillar/C840868?$cc-g$.

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3.9. DIFERENCIAL

El diferencial tiene la facilidad de brindar giros creando la diferencia de rotación de las llantas posteriores, pero las RETROEXCAVADORAS tienen una particularidad que es la de trabajar con frenos independientes como en los tractores antiguos de cadena baja, proporcionando una gran facilidad para los estacionamientos difíciles haciendo frenar solo una de las ruedas posteriores mientras que la otra se arrastra.

Figura 17: Diferencial.Fuente: http://tucaterpillar.blogspot.com/.

3.10. MANDOS FINALES

Los mandos finales están ubicados en la parte posterior y en la parte delantera según los modelos de las maquinas, aquellas que cuentan con tracción delantera por ejemplo. Y en los tradicionales o sin tracción delantera solo sirven como dirección.

Figura 18: Mandos finales.Fuente: Propia.

3.11. TREN DE RODAMIENTO

El sistema del tren de impulsión o tren de rodamiento de las Retro excavadoras tiene la finalidad de impulsar mediante las ruedas posteriores que le proporciona a la maquina la fuerza y torsión que esta necesita para trasladarse o hacer trabajos con la cargadora o implemento delantero.

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Figura 19: Tren de rodaje excavadora Caterpillar.Fuente: Propia.

4. SISTEMA HIDRÁULICO8

La 416E posee un sistema hidráulico de centro cerrado con detección de carga que ajusta detenidamente la potencia y el flujo a la demanda de los implementos. Por lo tanto, independientemente de que se realicen grandes zanjas o excavaciones delicadas alrededor de servicios, se mantendrá el control. En aplicaciones como la excavación de zanjas para producción, la velocidad es un factor importante y el sistema ajustará el flujo necesario para hacer el trabajo con rapidez y eficiencia. El sistema hidráulico con detección de carga brinda también:

Un sistema hidráulico con menor temperatura Mayor eficiencia de combustible Operación más silenciosa Desgaste menor de los componentes

-

Figura 20: Sistema hidráulico excavadora Caterpillar.Fuente: Propia.

4.1. BOMBA HIDRÁULICA

La bomba de pistones de caudal variable aumenta la respuesta y la velocidad del implemento además de proporcionar mayores fuerzas a cualquier velocidad del motor.

8 (CATERPILLAR, 2015)13




Figura 21: Bomba hidráulica.Fuente: Propia.

4.1.1. Funcionamiento bomba hidráulica

- Cambiando el carrete a la derecha, el aceite desde el pistón de control va a tanque. - Entrega de bomba aumenta - Esto se balanceara cuando se mueve la palanca hacia la izquierda con el pistón de control y el aceite

presurizado pasa a través de C y D.

Figura 22: Válvula de control.Fuente: Propia.

- Presión de la bomba mueve el carrete (4) a la izquierda, abriendo C y D. - Esto mueve el pistón de control a la derecha disminuyendo la entrega de la bomba.


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- El equilibrio se establece cuando la presión PA aplicada en el carrete es igual a la fuerza del resorte.


- Solenoide ON, permite al aceite escapar a tanque, por lo tanto reduciendo la salida de la bomba. - En efecto, esto es el Modo Económico.


4.2. VÁLVULAS HIDRÁULICAS DE FLUJO COMPARTIDO

Las nuevas válvulas hidráulicas de flujo compartido distribuyen automáticamente el flujo para optimizar el rendimiento del implemento multifuncional. Las válvulas de centro cerrado del implemento envían una señal con información sobre la demanda del sistema hidráulico a una válvula de control ubicada en la bomba.

Figura 26: Válvulas de dirección.Fuente: Propia.

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4.3. ABRAZADERAS Y BUJES

Se usan abrazaderas metálicas con bujes de goma en los puntos de conexión de las mangueras para eliminar el contacto entre metales y prolongar la vida útil.

Figura 27: Bomba hidráulica desarmada.Fuente: Propia.

4.4. MANGUERAS

Combinadas con los acoplamientos y los sellos anulares de cara de Cat logran un sistema libre de fugas. La 416E posee también las nuevas válvulas hidráulicas de flujo compartido, lo que garantiza el flujo proporcional de aceite a todos los cilindros hidráulicos, proporcionando así más control y mejorando el rendimiento multifunción.

Entre los muchos beneficios los diseñadores de sistemas hidráulicos, utilizan combinaciones de diferentes válvulas proporcionales accionados con modernos joystick. Asimismo las transmisiones eficientes y flexibles permiten a los operadores de una retroexcavadora para seleccionar diferentes modos de conducción. Por último Usando control electrónico en las bombas, los motores y válvulas proporcionales, podemos satisfacer sus necesidades de rendimiento - incluso para las condiciones de operación más difíciles. Sus usuarios podrán disfrutar de un control preciso, facilidad de uso, excelente movilidad y maniobrabilidad, mayor vida útil de la máquina con menos tiempo de inactividad y un sentido de confiabilidad que es vital en cualquier sitio de trabajo.

Figura 28: Mangueras de alta presión.Fuente: Propia.

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4.5. CIRCUITO HIDRÁULICO

Figura 29: Circuito hidráulico.Fuente: Propia.

Esta máquina trabaja atacando el nivel del suelo hacia arriba con el brazo en la posición correcta cercana a la superficie vertical de la tierra que se va a excavar se baja el cucharon se le aplica una fuerza y una tensión para jalar el cucharon hacia arriba. Para la profundidad del corte se debe considerar el tipo de suelo y tamaño del cucharon esta estará lleno al llegar a la parte superior. Esta llegara a una capacidad optima de corte cuando se llena el cucharon de la maquina en el menor tiempo posible, los valores de las alturas para obtener esta relación dependen de cada máquina y dependen de su altura y capacidad mecánica.

En la parte hidráulica este funciona mediante el aceite antes de ingresar a la Bomba y ser lubricado por todo el circuito debe pasar primero por un Filtro de Succión el cual es indispensable para evitar daños en los componentes de todo el circuito, luego de ser expulsado por la Bomba de Engranajes hacia el sistema deberá pasar por una válvula limitadora de presión la cual será la encargada de reducir la presión del aceite hasta el nivel necesario para cada uno de los pistones.

La Válvula de Distribución que son accionadas por el operario de manera manual mediante de una palanca, que permitirá el paso del aceite hacia el cilindro para la salida del vástago, mientras que en la entrada del vástago permitirá el paso del aceite hacia el tanque de aceite. El aceite se dirigirá hacia estas Válvulas de Distribución luego de pasar por la válvula Limitadora de Presión.

Cada uno de los cuatro cilindros hidráulicos que conforman el brazo Excavador van a ir acompañados de una válvula de Distribución 4/3, cuando se requiera accionar un cilindro se seguirán las operaciones ya mencionadas y los cilindros no accionados no se moverán dejando pasar el aceite por la válvula de Distribución directamente hacia Tanque pasando antes por el Filtro de Descarga.

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Figura 30: Extender el brazo.Fuente: Propia.

Figura 31: Accionamiento cucharón.Fuente: Propia.

5. MANTENIMIENTO 18




Se mostraran tablas que contienen información sobre las frecuencias de mantenimiento y los elementos y sistemas del vehículo a los cuales se les deben aplicar, con el fin de mejorar el desempeño del vehículo e incrementar la vida útil de sus componentes.

Hay algunos elementos o sistemas que se resaltan con un asterisco (*), con el fin de clarificar que si el equipo no está sometido a condiciones normales sino a condiciones difíciles se debe tener cuidado especial y aumentar la frecuencia de mantenimiento.

Siempre que se realice una rutina, se debe registrar el kilometraje del equipo con el fin de llevar un control adecuado de su funcionamiento, operación y mantenimiento

En la siguiente tabla se encuentran las horas de mantenimiento que se debe realizar a la excavadora: Se debe considerar también las siguientes simbologías

(I): Inspección que puede incluir también limpieza y ajuste (R): reemplazo o cambio(T): torque, apriete y tensión (L): lubricación o engrase

Tabla 3: Periodo de mantenimiento por horas de trabajo de la excavadora 1.

Fuente: Manual de mantenimiento Caterpillar.

Tabla 4: Periodo de mantenimiento por horas de trabajo de la excavadora 2.

Fuente: Manual de mantenimiento Caterpillar.

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5. Bibliografía

Agricolablasco. (8 de Agosto de 2015). Agricolablasco. Obtenido de http://www.agricolablasco.com/Manuales%20Uso/Manual%20Desbrozadora%20Zomax%20ZMB260T%20ZMM2600T.pdf

CANCELA, T. (8 de Agosto de 2015). TMC CANCELA. Obtenido de http://www.tmccancela.com/es/maquinaria-en-detalle/desbrozadora-tractor-d3s

CATERPILLAR. (02 de Agosto de 2015). CAT. Obtenido de http://www.cat.com/es_MX/products/new/equipment/excavators/medium-excavators/14042644.html

Catota, I. (15 de Agosto de 2015). monografias.

forestal, I. N. (8 de Agosto de 20015). http://www.navarra.es/. Obtenido de http://www.navarra.es/NR/rdonlyres/D0BC5D5B-545F-4F6A-8F85-35595E34930C/0/13unidad13.pdf

Issac, C. (05 de Agosto de 2015). http://www.monografias.com. Obtenido de http://www.monografias.com/trabajos-pdf2/fichas-maquinarias/fichas-maquinarias.pdf

KOMATSU. (17 de Julio de 2015). Maquinaria Pesada. Obtenido de 3. http://www.maquinariaspesadas.org/blog/1854-curso-tren-potencia-retroexcavadora-wb146-5-komatsu

Montana, M. (8 de Agosto de 2015). bancayagro. Obtenido de https://bancayagro.files.wordpress.com/2008/06/desbrazadora-montana.pdf

Ortiz-Cañavate, J. (2003). Las máquinas agrícolas y su aplicación. Madrid: Mundi-Prensa Libros.

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