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INDAGINI SUPPLEMENTARIINDAGINI SUPPLEMENTARI

S i A A tti li i d ti lSezione A – Aspetti generali riguardanti la progettazione

ing. Diego Sivilotti – CranEng S.r.l.

CranEngCranEng S.r.l.S.r.l.Crane Engineering and Safety

INDAGINI SUPPLEMENTARIing. Diego Sivilotti

A – Aspetti generali riguardanti la progettazione

La progettazione di un apparecchio di pp

sollevamento in genere deve rispettare le

indicazioni fornite dalla norme tecniche di

settore (FEM ISO UNI)settore (FEM, ISO, UNI)Tali norme hanno subito

negli anni delle gmodifiche, in ragione

dell’evoluzione l i d lltecnologica e della

maggiore attenzione verso i vari aspetti legativerso i vari aspetti legati

alla sicurezza




LA SCELTA DI UN APPARECCHIO DI SOLLEVAMENTO

Viene effettuata dall’utilizzatore tenendo conto di alcuni parametri di riferimento:

‐ condizioni ambientali generiche e specifiche (interno, g p ( ,esterno, ambiente aggressivo, umidità, ecc.)

‐ intensità dei carichi da sollevarefrequenza dei cicli di lavoro‐ frequenza dei cicli di lavoro

- esigenze particolari di movimentazione




LA NORMA UNI ISO 4301 – Parte 1aFORNISCE ALCUNE INDICAZIONI UTILI PER LA SCELTA DELL’APPARECCHIO DI SOLLEVAMENTO ADATTODELL APPARECCHIO DI SOLLEVAMENTO ADATTO

Si d i f i l ifi i d liSi adotta infatti una classificazione degli apparecchi basata sul numero di cicli operativi che devono essere eseguiti durante la vita previstadevono essere eseguiti durante la vita prevista dell’apparecchio e su un fattore di spettro di carico che tiene conto della diversa, ipotetica composizione dei carichi che saranno sollevati

durante l’utilizzo




La classificazione è utilizzata dall’acquirente e dal costruttore per definireLa classificazione è utilizzata dall acquirente e dal costruttore per definire un accordo sulle condizioni di servizio dell’apparecchio

Si tratta quindi di una classificazione di massima dell’apparecchio nel suo complesso e s’intende come

riferimento contrattuale e tecnicoLa classificazione serve anche al progettista per condurreLa classificazione serve anche al progettista per condurre un’analisi del progetto della macchina e per verificare che essa è in grado di raggiungere la vita desiderata nelle di i i di i i ti t ifi t l ti lcondizioni di servizio stimate, specificate per la particolare

applicazione

Si deve poi distinguere la classificazione relativa aglielementi di carpenteria metallica rispetto a quella dei

meccanismi




Per quanto riguarda gli elementi di carpenteria metallica il primo fattore da prendere in considerazione è quello datoprimo fattore da prendere in considerazione è quello dato

dalle condizioni d’impiego

L’utilizzatore si aspetta diaspetta di eseguire un

certo numero di cicli operativi durante il

previsto periodo di utilizzazione dell’apparecchiodell apparecchio




E’ molto importante la definizione di “ciclo operativo” così come viene considerato dalla Norma e nell’ambito di tutte lecome viene considerato dalla Norma e nell ambito di tutte le elaborazioni successive (vedi, ad esempio, la valutazione del

periodo residuo d’esercizio)




Il secondo parametro base per la classificazione è dato dalregime di carico

Ogni regime diOgni regime di carico è

caratterizzato da un fattore di

spettro che tiene t d i di iconto dei diversi

valori dei carichi sollevatisollevati




Il fattore di spettro si calcola con la seguente formula:

Lo sviluppo della formula porta alla seguente formulazione:Lo sviluppo della formula porta alla seguente formulazione:




Dalla combinazione dei due fattori descritti si deduce la matrice che permette di attribuire la classe dell’apparecchio nel suo

insieme

L’appartenenza a una classe o all’altra comporta l’assunzione di ipotesi progettuali più o meno gravose




In via generale si tenga conto dei seguenti aspetti:

‐ a parità di numero massimo di cicli previsti, il parametro che influenza notevolmente la classificazione di un apparecchio diinfluenza notevolmente la classificazione di un apparecchio di

sollevamento è quello dell’incidenza in percentuale del numero di cicli effettuati con carichi prossimi a quello massimo (nella

formula il rapporto è governato da una potenza di 3)‐ la diversa classificazione comporta valori diversi del

coefficiente M di amplificazione del carico, compresi tra un valore minimo di 1 e quello massimo di 1,20

ciò si traduce poi come conseguenza sul piano delle verifiche‐ ciò si traduce poi come conseguenza sul piano delle verifiche statiche nelle varie sezioni strutturali e della previsione di danneggiamento dovuta al fenomeno della fatica deldanneggiamento dovuta al fenomeno della fatica del

materiale




Una diversa classificazione riguarda poi i meccanismiUna diversa classificazione riguarda poi i meccanismi

Le condizioni d’impiego non

iùsono più definite in base al numero dial numero di cicli. Si tiene conto, infatti, della durata totale di uso

ipresunto in ore




A h i i i i i d l i di iAnche per i meccanismi si tiene conto del regime di carico




Fino a giungere alla matrice finale che permette di attribuire la classe del meccanismo nel suo complesso

Tenendo ben presente che in un apparecchio di sollevamento generalmente sono presenti più gruppi di meccanismi

(sollevamento, traslazione)




A titolo esemplificativo si consideri la norma UNI ISO 4301 –Parte 3a – Classificazione – Gru a torre

Ove le tre categorie sono relative al diverso servizio:1 Gru a torre per impiego occasionale o con stato di carico leggero1 – Gru a torre per impiego occasionale o con stato di carico leggero

2 – Gru a torre per cantiere3 Gru a torre per impiego regolare o con stato di carico pesante3 – Gru a torre per impiego regolare o con stato di carico pesante




Sempre nell’ambito della medesima Norma vengono forniti degli esempi di classificazione in relazione a una generica

indicazione d’uso




In maniera analoga si procede per i meccanismi

Si noti la distinzione operata in base alla funzione assegnata a ciascun gruppo di meccanismia ciascun gruppo di meccanismi




Alla base del progetto di un apparecchio di sollevamento si è f tt if i t t di i i di isempre fatto riferimento a tre condizioni di carico:

condizione I – servizio con forze regolaricondizione I servizio con forze regolari(peso proprio della struttura + carico di servizio + forze d’inerzia

dovute alle traslazioni ed alle rotazioni)

condizione II – servizio con forze regolari e forze occasionali( ll i i d ll di i I i i li ff tti d l t i(alle azioni della condizione I si aggiungono gli effetti del vento in

esercizio + neve e ghiaccio + serpeggiamento)

condizione III – carichi eccezionali (si considera la situazione più sfavorevole tra quelle indicate dalla

Norma, nel caso specifico l’azione del vento fuori servizio)




La distribuzione dei pesi propri è molto diversa tra una gru a rotazione in altro rispetto a

quello con rotazione in basso)quello con rotazione in basso)

In entrambi i casi va evidenziato loevidenziato lo

sbilanciamento verso il lato in cui si trova la zavorra (di

volata o di base)




Nel calcolo si considera di volta in volta il carico di servizio agente in quella sezione così

come dedotto dal diagramma di portata

Il valore viene incrementato di un coefficiente dinamico φ ilPer le gru a torre il un coefficiente dinamico φ, il quale tiene conto degli effetti di accelerazione nelle fasi di avvio e

gcoefficiente φ varia da un valore minimo di 1,15

i di 1 3 i frenata del caricoa uno massimo di 1,3 in relazione alla velocità di sollevamento possedutasollevamento posseduta

dall’apparecchio




L’avvio e la frenata del carrello lungo il braccio induconoLavvio e la frenata del carrello lungo il braccio inducono un’azione orizzontale d’inerzia la cui entità è proporzionale al

carico agente sulle ruote e all’accelerazione esistente al momento dell’avvio della manovra




AZIONE DEL VENTO

L’ i di b d l tL’azione di base del vento in servizio è variabile:

fino a 20 metri di altezzap = 250 N/m2

con v = 20 m/s (72 km/h)

d i 20 i 100 t idai 20 ai 100 metrip = 500 N/m2

con v = 28 m/s (101 km/h)In condizioni di servizio l’azione del con v 28 m/s (101 km/h)vento è diretta perpendicolarmente

al braccio




In condizioni di fuori servizio:servizio:

fino a 20 metri di altezzap = 800 N/m2

con v = 36 m/s (130 km/h)

dai 20 ai 100 metrip = 1 100 N/m2p = 1.100 N/m2

con v = 42 m/s (151 km/h)

oltre i 100 metrip = 1.300 N/m2

/ /

In condizioni di servizio l’azione del vento è diretta secondo la direzione

con v = 46 m/s (165 km/h)vento è diretta secondo la direzione

di coda al braccio




La combinazione delle azioni agenti in condizioni di servizio, con vento agente con direzione ortogonale al braccio, può essere pertanto

rappresentata come in figura




La combinazione delle azioni agenti in condizioni di servizio, con vento agente in direzione parallela al braccio, può essere pertanto

rappresentata come in figura




La combinazione delle azioni agenti in condizioni di fuori servizio è data dal vento massimo parallelo al braccio e in assenza del carico di

servizio




BRACCIO

Lo schema statico del braccio di una gru a torre può essere schematizzato come nel disegno di figura




Con carico di servizio in punta p




Con carico di servizio in corrispondenza dell’attacco del tirante p




Con carico di servizio in corrispondenza della sezione di mezzeria compresa tra l’attacco del tirante e l’attacco del braccio alla torrep




ASPETTI D’INTERESSE RIGUARDANTI GLI SFORZI AGENTI

TIRANTE – Con il carico di servizio agente tra la punta del braccio e l’attacco del tirante, il valore dello sforzo agente su di esso è , g

praticamente costanteQuando il carico transita oltre la sezione di attacco il valore della tensione diminuisce gradualmente fino a raggiungere il valoretensione diminuisce gradualmente, fino a raggiungere il valore

minimo con carrello sotto torre

CORRENTE SUPERIORE – E’ un elemento sollecitato in modo alternato a trazione‐compressione, a seconda della posizione del carico di

servizio (sezione a sbalzo o di campata)servizio (sezione a sbalzo o di campata)In generale lo sforzo agente sul corrente è per il 10% dovuto al peso proprio della struttura e per il 90% imputabile al carico variabile




Schema statico del t b icontrobraccio

Schema statico della cuspide




Schema statico delle azioni orizzontali agenti sul braccio




ASPETTI D’INTERESSE RIGUARDANTI GLI SFORZI AGENTI

CORRENTE INFERIORE – In generale la composizione dell’azione agente sul corrente inferiore è data per 10 % dal peso proprio, 70% dal

i di i i 4% i t d l ll 4% d ll i i dicarico di servizio, 4% azione trasmessa dal carrello, 4% dalle inerzie di rotazione e per il 14% dall’azione del vento

DIAGONALE DI PARETE – E’ sollecitato anche in modo alternato (trazione‐compressione) e lo sforzo è per il 14% imputabile al peso proprio della struttura e per il restante 86% al carico di servizioproprio della struttura e per il restante 86% al carico di servizio

DIAGONALI DI BASE – Con riferimento a quelli posti immediatamente a ridosso dell’attacco del braccio alla torre si avrà un 3% per l’inerzia della struttura, 8% per l’inerzia del carico, 63% per l’azione del vento

sulla struttura e il restante 25% per il vento agente sul caricosulla struttura e il restante 25% per il vento agente sul carico




TORRE




Consideriamo le azioniConsideriamo le azioni trasmesse a ciascun montante alla base del traliccio della torre ((caso considerato di una piccola

gru automontante)

Ncarichi verticali = 10.000Ninerzie struttura = 1.600N 10 354Nvento in servizio = 10.354

in condizioni di fuori servizio

Ncarichi verticali = 3.198N = 4 062Nvento fuori servizio = 4.062




La stabilità dell’apparecchio dovrà essere poi valutata riferendosi a configurazioni di carico fissate dalla Norma con una combinazione delle varieconfigurazioni di carico fissate dalla Norma, con una combinazione delle varie azioni maggiorate con coefficienti variabili a seconda del caso considerato




VEDIAMO ALCUNI ASPETTI DI NATURA GENERALE RIGUARDANTI LAVEDIAMO ALCUNI ASPETTI DI NATURA GENERALE RIGUARDANTI LA PROGETTAZIONE DI UNA AUTOGRU




GLI ASPETTI CONNESSI ALLA VALUTAZIONE DELLA STABILITA’

E DELLO STATO DI SOLLECITAZIONE SONO PIU’

COMPLESSI RISPETTO A QUELLI DI UNA GRU A TORRE




IL BRACCIO DI SOLLEVAMENTOSOLLEVAMENTO




PROBLEMATICA LEGATE AD ASPETTI COSTRUTTIVI E ALLA STABILITA’ SOTTOCOSTRUTTIVI E ALLA STABILITA SOTTO

CARICO




INTEGRITA’ DEI PISTONI DI MANOVRA DELLO SFILO E DI SOLLEVAMENTO

PRINCIPALE DEL BRACCIO




TORRETTA ROTATIVA DI BASE










TELAIO DI SUPPORTO DELLA RALLA DITELAIO DI SUPPORTO DELLA RALLA DI ROTAZIONE







GLI STABILIZZATORIGLI STABILIZZATORI







NEL CASO DI AUTOGRU CHE POSSONO OPERARE SENZA

STABILIZZATORI E’ ESSENZIALE LO STATO DI CONSERVAZIONE DEISTATO DI CONSERVAZIONE DEI

PNEUMATICI




NONCHE’ IL RISPETTO DEINONCHE’ IL RISPETTO DEI PARAMETRI DI PORTATA

INDIVIDUATI DAL COSTRUTTORE







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