BTSPOS_US4_2.pdf

7/24/2019 BTSPOS_US4_2.pdf

1/10

UI 4 : Sistemenavale pentru ncrcarea-descrcarea i manipularea mrfurilor

98

Unitatea de nvare nr. 4SISTEME NAVALE PENTRU NCRCAREA, DESCRCAREA IMANIPULAREA MRFURILOR

Unitatea de studiu 4.2Sisteme navale pentru ncrcarea descrcarea mrfurilor

Ritm de studiu recomandat: 100 min.

Cuprins

Biga de marf: structur, elemente componente, caracteristici de exploatare. Bigi navale grele:structur, elemente componente, caracteristici de exploatare. Macara de bord:structur, elemente componente, caracteristici de exploatare. Limite de exploatare impuse sistemelor navale de operare.

OBIECTIVE LE UNITII DE STUDIU4.2- identificarea i caracterizarea tehnic i funcional a elementelor bigii de marf; - identificarea i caracterizarea tehnic i funcional a elementelor bigilor de marf de tip

greu;- identificarea i caracterizarea tehnic i funcional a elementelor greementului bigilor demarf de tip Hallen i Velle; - identificarea i caracterizarea tehnic i funcional a el ementelor unei macarale de bord;- identificarea forelor perturbatoare i a efectelor acestora n timpul operai unilor detransbord marf.

4.2.1. B iga de marfPentru efectuarea operaiunilor de ncrcare-descrcare a mrfurilor, navele de

transport sunt dotate cu o instalaie de manipulare a greutilor, de construcie special,adaptat i proiectat n raport cu destinaia navei, numitinstalaie de ncrcare/ descrcare.

Instalaiile de ncrcare ofer navei posibilitatea manipulrii mrfurilor independent deinstalaiile portuare, asigurndu-i astfel operativitatea n orice port de escal. Performanele tehnice i de exploatare ale instalaiei trebuie s rspund condiiei eseniale de ordineconomic, privind reducerea duratei staionrii navei pentru operaiuni.

Odat cu progresele tehnice realizate n domeniul construciei i exploatrii navelor,instalaiile de navale i portuarede operareau trebuit s se adapteze prin perfecionare n ceeace privete puterea de ridicare, viteza i debitul. Rezultatele obinute sunt satisfctoare, darstudiul optimizrii este n atenia permanent a specialitilor din cercetare, proiectare,construcie i exploataredin domeniul transportului maritim.Astfel, instalaia de ncrcare dindotarea majoritii navelor destinate transportului de mrfuri generale este reprezentat de bigile navale de marf , cu toate mecanismele, manevrele curente i accesoriile relativcomplexe, implicate de utilizarea acestui sistem.

Numeroase nave i n mod deosebit cargourile moderne de mrfuri generale aunlocuit instalaia clasic de ncrcare bazat pe bigi, prin macarale navale-cranice-acionateelectric sau hidraulic, care mresc viteza de operare i sigurana n manipulare, dar sunt


2/10


99

limitate n privina capacitii de ridicare fa de posibilitile bigilor i mai ales ale celor demari greuti.

Fig.4.2.1. Biga d e marf

Biga de marf este instalaia naval de punte care asigur ridicarea i manipulareancrcturii (coadei de marf) att pe orizontal ct i pe vertical, cu ajutorul unei bigi prevzut cu un sistem de manevre fixe i curente i cu mecanisme de for (vinciuri, trolii). O big de marf are urmtoarea structur:

- biga propriu- zis, un tub metalic sau o fle de lungime i diametru determinate,articulat cu captul inferior aproape de baza unui catarg sau a unei coloane suport speciale; biga estemobil att n plan orizontal ct i n plan vertical, n anumite limite calculate;

- manevrele curente, de regul sub forma unor palancuri, servind pentru orientarea bigii n planul orizontal i vertical i pentru fixarea acesteia n poziie de lucru;

- palancul de sarcin, destinat ridicrii i coborrii coadei; - mecanismele de manevr, troliu pentru balansin i vinci de marf pentru manevra

palancului de marf al bigii. Elementele componenteale bigii de marf din fig. 4.2.1. sunt: 1- biga propriu-zis; 2 -

catargul (coloana) bigii; 3 -captul inferior al bigii; 4- captul superior al bigii; 5- articulaia pentru micarea bigii n nlime (bulon orizontal); 6- articulaia pentru micarea bigii ndirecie (bulon vertical); 7- palancul de balansin (balansin); 8- troliul balansinei (manevra bigii n nlime i fixarea la unghiul de lucru ); 9 - gai i contragai; 10- palanc de gai icontragai; 11 -armtura captului superior al bigii;12- macaraua superioar a palancului desarcin; 13- pastica de ghidare a cablului de sarcin; 14- cablul de sarcin sau srma dencrcare; 15- crligul palancului de sarcine (ganciul bigii); 16 -vinci de marf; 17- srma(cablul) de siguran (preventer); 18- plac triunghiular; H-H - planul orizontal al bigii; -unghiul de nclinare (de lucru) al bigii; - unghiul balansinei cu planul orizontal.

Bigile de marf sunt de dou feluri:bigi uoare , cu capacitatea de ridicare sub 10 tf;bigi grele , cu capacitatea de ridicare de la 10 tf pn la 100 tf. Capacitatea de ridicare nsiguran sau sarcina admisibil de ridicare (SWL safe working load ) reprezint greutatea


3/10


100

maxim admisibil ce poate fi ridicat de o big de dimensiuni date; ea cuprinde i greutateadispozitivelor auxiliare folosite pentru fixarea i manipularea ncrcturii: zbiruri, palancuri, platforme, traverse, plase etc, precum i a electromagneilor pentru ridicat, a benelor etc.

Tem pentru studiu 4.2.1 : Analizai rolul funcional al element elor din schema bigiide marf din fig. 4.2.1.

4.2.2. Bigi navale grele

Bigile uoare, cu capacitatea de ridicare limitat, sub 10 tf, nu au putut asigura manipularea pieselor grele,care au fcut obiectul transportului maritim, mai ales odat cudezvoltarea economic mondial n general i a industriei grele n special (vagoane de caleferat, locomotive, avioane, ambarcaiuni, utilaje grele de foraj i rafinrii etc.). n asemeneacazuri, att portul de ncrcare ct i cel de descrcare trebuie s dispun de mijloacede cu omare capacitate de ridicare.

Fig 4.2.2. Biga grea : 1 - coloana; 2 - biga propriu-zis; 3 - palancul (multiplu)de balansin; 4- palancul(multiplu) de sarcin; 5- captul trgtor palanc balansin; 6- capt trgtor palanc sarcin; 7- macara monorai pentru funcionarean avantaj (ridicnd) a palancului de sarcin; 8- gaiuri (palancuri multiple); 9 - spre vinciulde balansin; 10- spre vinciul demarf.

Modernizarea i utilarea marilor porturi a rezolvat numai paial aceast dificil problem, cci ritmul alert al dezvoltrii industriei mondiale i a comerului maritim aucondusla extinderea relaiilor de tr ansport maritim - acoperind practic ntreg oceanul planetar- i la crearea de noi numeroase porturi cu nivele de utilare foarte variate.

Pentru a se evita riscurile prelungirii duratei de staionare n porturi i pentru a asiguranavelor un grad rezonabilde independen operativ fa de posibilitile nc limitate de

ncrcare/descrcare ale unora din porturile de escal, majoritatea cargourilor mijlocii i mariau fost dotate, pe lng bigile uoare, cu 1 2 bigi grele, avnd capacitatea de ridicare peste


4/10


101

10 tf, de regul 30 60 tf. Odat cu creterea tonajului unitar al navelor, s-a ajuns la dotareamarilor cargouri cu bigi grele de o capacitate de ridicare de 75 100 tf. Locul de instalare amijloacelor urmrete deservirea magaziilor celor mai mar i ale navelor.

De regul, biga grea se instaleaz n planul diametral al navei, articulat pe o coloanspecial sau pe un soclu, cu ntriturile corespunztoare elementelor de structur i ale punii,aa nct eforturile pe timpul lucrului bigii n sarcin s fie repartizate ct mai uniform acestorelemente. Manevrele curente, manevrele fixe i mecanismele de manevr (vinciuri i trolii)sunt n principiu aceleai ca la biga uoar, dar rezistena i capacitatea lor sunt mrite nraport cu eforturile la care sunt supuse pe timpul lucrului. n fig.4.2.2. se indic schema demontaj a unei bigi grele obinuite, care poate opera la o singur magazie. Solicitrile mari lacare sunt supuse manevrele curente - balansina, gaiurile i contragaiurile- riscurileaccidentelor n caz de supratensiuni, necesitatea asigurrii unei mobiliti ct mai mari bigiigrele, precum i necesitatea limitrii pe ct posibil a puterii vinciurilor de acionare au condusla studii i realizri tehnice importante n perfecionarea montajului sistemului cu bigi demarf, progrese care au condus la apariia sistemelor speciale de greement.

Biga grea tip Velle

Pentru manevra bigii grele de tip Velle sunt necesare trei vinciuri: pentru manevra greutiimanipulate,1, 2 i 3, pentru manevra balansinelor n vederea orientrii n direcie, ridicriisau coborrii bigii.Schema de principiu a unei astfel de bigi este prezentat n fig. 4.2.3.

:

Fig. 4.2.3. Greementul bigii de tip Velle :1 - biga propriu-zis; 2, 3- vinciurile balansinelor; 4, 5, 6, 7, 8, 9 -macaralele palancurilor de balansin; 10- palancul de sarcin; 11- vinciul de marf.

Acest tip de greement se folosete n prezent pe multe nave moderne. Balansina constdintr-un cablu la care ambele capete sunt prinse la tamburul vinciului 3.

Cablul garnisete succesiv macaralele 4, 9 i 5, apoi coboar la tamburul vinciului 2 pecare se asigur un numr suficient de spire (nfurri) care s permit funcionareaansamblului n limitele determinate pentru manevra bigii. Mai departe, cablul trece prinmacaralele 6, 8 i 7, napoindu-se la punctul de plecare, vinciul 3 i nchiznd astfel circuitul.


5/10


102

De remarcat este faptul c prin acest sistem de greement au disprut gaiurile icontragaiurile; n schimb, coloana suport sau catargul trebuie s dispun de o crucetrezistent i suficient de lung n ambele borduri pentru a permite deschiderea lateral amontajului balansinei i deplasarea bigii n direcie.

Prin funcionarea vinciului 3, ambele cabluri ale balansinei se nfoar sau sedesfoar concomitent, ridicnd sau cobornd biga; vinciul 2 produce desfurarea unuiadintre capetele balansinei i nfurarea celuilalt, asigurnd astfel rotirea bigii n planorizontal, adic schimbarea poziiei sale n direcie.Avantajele acestui sistem de greementconstau n simplitatea montajului, decongestionarea manevrelor de gaiuri i contragaiuri, posibilitatea aplicrii la orice catarg sau coloan cu crucet rezistent, fr adaptri complexe;deservirea este extrem de simpl deoarece nu implic coordonarea funcionrii celor douvinciuri, eliminnd astfel pericolul supra-tensionrilor pe timpul lucrului.

Biga grea tip Hallen

La acest tip de greement, fig.4.2.4se folosete principiul acionrii automate asistemului sub greutatea bigii aflat la un unghi oarecare de nclinare. Acest aspect tehnicconduce la reducerea numrului de vinciuri necesare manevrei, ntregul control exercitndu-se prin intermediul balansinei.

Fig. 4.2.4. Greement bigii de tip Hallen : 1 - trolii balansine-gaiuri; 2 - balansine-gaiuri; 3 - coloana bigii cucruceta i console; 4- balansina principal; 5 - biga propriu-zis; 6- palancul de sarcin; 7- vinciul de marf; 8-vinciul balansinei principale; 9 -dispozitiv cu angrenaje pentru deplasarea lateral a clciului bigii.

Clciul bigii se articuleaz printr -un sistem cu urub i pinioane 9. La rotireaurubului are loc deplasarea bigii n direcie transversal, poziia clciului schimbndu-se prin translaie. Balansina principal 4 care are captul fix pe o consol a catargului, n planuldiametral al navei, trece printr-o macara din captul superior al bigii i este apoi condus printr-o pastic de ghidare, de pe aceeai consol a catar gului, la vinciul balansinei 8. Cel de-

al doilea vinci 7 deservete palancul de sarcin 6. Biga are i dou balansine-gaiuri, laterale 2cu trolii de acionare i inere. Cnd lungimea unei balansine-gai este invariabil, prin inere


6/10


7/10


104

trebuie s asigure o bun observare i coordonare a activitii de ncrcare-descrcare amrfurilor prin intermediul crligului de sarcin 6.

n raport cutipul navei, caracteristicile i dimensiunile gurilor de magazii- ct i deali factori, exist mai multe variante de instalare la bord a cranicelor, astfel: macarale de bordfixe, instalate n planul diametral sau n borduri; macarale de bord mobile n sens longitudinalsau n sens transversal.

Cele instalate n planul diametral al navei au greutate mai mic i cost mai redus. Auns dezavantajul c asigurarea btii necesare peste bord impune un bra lung.

Instalarea macaralelorn borduri acoper n bun msur dezavantajul de mai sus, darduce la mrirea numrului cranicelor, creterea costului, reducerea suprafeei libere pentrumrfuri pe punte, ct i a coeficientului de exploatare a instalaiei.De aceea sistemul seutilizeaz pe navele mari de transport, la care prima variant nu ar asigura btaia.

Sistemul cranicelor mobile n sens longitudinal prezint mari avantaje, deoarece

asigur o zon uniform de operare de-a lungul danei i a crei lime este determinat delungimea braului macaralei. Pe navele moderne, instalarea cranicelor n acest sistem se combin cu mecanismele

de nchidere ale gurilor de magazii pe care se monteaz, aa nct operarea magaziilor secoordoneaz cu nchiderea/deschiderea gurilor de magazii. Btaia limitat n borduri nu permite ns utilizarea acestui sistem pe navele mari; dezavantajul se acoper prin instalarea pe aceste nave a gruielor de marf, instalaie complex i voluminoas, implicnd o coloansuport rezistent dar care are, n compar aie, btaie mare, capacitate de ridicare 30 70 tf icare prezint n acest sens avantaje fa de biga grea. Sistemul cranicelor mobile n senstransversal, instalate ntre gurile de magazii, a permis reducerea lungimii acestora ct iscurtarea braelor i micorarea greutii instalaiei.O asemenea macara poate opera la ambelemagazii ntre care se instaleaz. Viteza de deplasare a coadei de marf cu o macara de bordeste, n general, de dou ori mai mare dect n cazul bigii, la capacitatea maxim de ridicare.

Capacitatea de ridicare a macaralelor de bordse nscrie n limitele bigilor uoare, 1-10tf; majoritatea au ntre 3 5 tf, iar pe navele mari sunt macarale de 10 tf i chiar mai mult.ntimp ce la bigi raportull/h = 1,2 1,5 la cranice acest raport este 3 (l = lungimea bigiirespectiv a braului macaralei i h = nlimea de fixare a balansinei pe coloan). La macarale,coloana fiind mic (h mic), poziia balansinei nu admite lungirea peste anumite limite a braului i mai ales nu poate asigura rezistena la solicitrile greutilor mai mari. Din acest

punct de vedere, bigile grele depesc n mod net posibilitile cranicelor i nu au putut fisubstituite de ctre acestea din urm pe navele mari sau speciale.

Macaralele navale au productivitate mai mare n medie cu 20% n raport cu bigile isuperioritate asupra acestora n majoritatea cazurilor i varietilor de mrfuri manipulate. ngeneral, avantajele cranicelor fa de bigi sunt:

- posibiliti superioare de intervenie direct pe o suprafa mare cu o mare precizie amanevrei;- productivitatea mare, n special la cele cu capacitate mai mare de ridicare i n cazulgurilor de magazii de dimensiuni mari;

-

starea permanent de pregtire pentru lucru i manevra incomparabil mai simpl; - posibilitatea efecturii simultane a micrilor de coborre-ridicare-rotire-basculare;


8/10


105

- cmp de vedere larg n lipsa coloanei nalte i a manevrelor fixe i curente auxiliare; - posibilitatea de a lucra cu graiferul la operarea mrfurilor n vrac.

Cranicele au ns dezavantaje importante i anume: capacitate de ridicare limitat iredus; greutate mare n raport cu capacitatea de ridicare;cost iniial mare; sensibilitate marea braului; limitarea posibilitilor de lucru la nclinri transversale ale navei de 5o- 8o;necesitatea calificrii speciale, ridicate, a macaragiilor fa de muncitorii care deservesc biga.

Personalul navigant de punte trebuie s fie n msur s pregteasc i s utilizezecorect, n siguran i cu maximum de eficien att macaralele de bord ct i bigile de bord.

Tem pentru studiu 4. 2.3: Care sunt principalele avantaje i dezavantaje ale sis temului de operare cu macarale de bord n raport cu sistemele cu bigi de marf.

4.2.4 Limite de exploatare impuse sistemelor navale de operareMrimea forelor perturbatoare i a momentelor de nclinare care acioneaz n timpul

operrii navei la cheu, determin mrimea momentului care va trebui generat de fora de greutatei fora de mpingere, pentru a preveni rsturnarea navei sau apariia nclinrilor exagerate,fig.4.2.6. Forele perturbatoare, care afecteaz stabilitatea transversal au cauze externe iinterne. Din perspectiva activitii portuarede operare ca exemple de cauze externe i interneamintim:

a) Ambarcarea de greuti cu ajutorul mijloacelor de la bord sau ale terminalului; b) Deplasarea de greuti la bord.

Fig. 4.2.6

Cnd o greutate este ambarcat de pe cheu cu ajutorul unei instalaii navale de bord (bigade marf,macarale de la bord, etc.)este ca i cnd asupra navei acioneaz vertical n jos, cu punctul de aplicaie n vrful macaralei (punctulA din fig. 4.2.6.) ofor egal cu greutateaambarcat. Se demonstreaz uor folosind cunotinele din Mecanica Teoretic faptul c aceastsituaie este similar cu deplasarea centrului de greutate din poziiaG n poziiaG1 situat pedreaptaGA. Consecinele acestei ambarcri sunt urmtoarele:

a) nava i va mri pescajul pn cnd surplusul de flotabilitate va egala greutateaambarcat;

b) nava se va nclina transversal pn cnd centrul de caren se va deplasa n poziiaB1 peaceeai vertical cu noul centru de greutate G1.


9/10


106

Pot aprea n timpul operrii n terminal i alte cazuri n care forele perturbatoaredetermin nclinri ale navei. De exemplu forele care se transmit prin cablul instalaiei demanevr i acostare. n toate cazurile nclinarea se va face pnla unghiul la care momentul destabilitate egaleaz momentul de nclinare. Este posibil de asemenea, ca forele perturbatoare iimplicit momentele de nclinare s fie aa de mari nct echilibrul s nu se poat realiza i navas se rstoarne.Este de asemenea posibil ca echilibrul s se realizeze la unghiuri mari de nclinare pentru care apa ptrunde n interiorul navei prin deschiderile din puntea principal iar apa ptruns se va acumula n bordul nclinat la partea inferioar a navei i poate cauza rsturnareaei, fig.4.3.1.

Tem pentru studiu 4.2.4 : O sarcin agabaritic este deplasat, ca n fig. 4.2.6. de

ctre o macara de bord sub aciunea unei fore orizontale F , ale crei componente sunt F x

= 30 kN i F y = 40 kN, din originea O n poziia M(6,8) [m] . S se determine momentul forei

F n raport cu originea sistemului de coordonate Oxyz.

A) 500Nm pe Ox; B) 500Nm spre y; C) 500Nm spre Est; D) 0; E) 5Nm pe Ox; F) 500Nm orientat vertical, n sus.

4.2.5. TESTE DE AUTOEVALUARE1. Pentru mecanismul de ridicare a sarcinii din fig. 4.2.7.afirmaia corect este:

Fig. 4.2.7 Fig. 4.2.8


10/10


107

a) elementul 1 este cuplajul elastic dintre toba 5 i electromotorul 1; b) elementul 7 este toba cuplat prin rola de cablu compensatoare de mufla palanului

de ridicare;c) elementul 9 este tamburul cilindric pe care se nfoar cablul de sarcin; d) elementul 5 este mufla palanului de ridicare.

2. Biga propriu-zis 1 a instalaiei navale de ridicare de tip Velle, din fig. 4.2.8 este asimilatcu o bar de lungimea iniial L, aria seciunii transversaleS i modulul de elasticitate Young

E, este supus unei fore de tensiune F . Notm efortul unitar n biga prin S F / , iaralungirea relativ prin L L / . Deducei expresia energiei poteniale elastice pe unitatea devolum a bigii navale, )/( S L E w P , n funcie de i .

A) 2 / 2; B) ; C) 2 / E; D) / ; E) / 2; F) 2.

4.2.6. LUCRARE DE VERIFICARE

1. Care sunt principalele caracteristici ale manevrelor curente ale bigii de marf.2. Care sunt principalele caracteristici ale mecanismelor de manevr ale bigii de marf.

4.2.7. RSPUNSURI LA TESTELE DE AUTOEVALUARE

1. B; 2. E.

4.2.8. BIBLIOGRAFIE

1.Almoreanu, Mircea; Tisea, Traian- Maini de ridicat. Vol 1. Organele specifice,mecanismele i acionarea mainilor de ridicat. Editura Tehnica , Bucuresti 1996 ISBN:9733108277 nr.ex: 3 cota: 13693.

2.Chiac Vergil,Teoria i construcia navei , Editura Ex Ponto, Constana, 2003. 3. Nicolae, Florin - Instalaii navale i portuare de operare. Editura Academiei Navale

Mircea cel Batran, Constana, curs disponibil pe platforma Elearning adl.anmb. 2010,2011.

4. *** - Seamanship techniques third edition for: Shipboard & Maritime Operations D.J.House (Master Mariner). Elsevier, Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP, 200Wheeler Road, Burlington, MA 01803, Biblitoeca Electronica ANMB.

Documents

BTSPOS_US4_2.pdf