Nel campo dei macchinari portuali,gru marinesvolgono un ruolo cruciale come attrezzatura principale per le navi impegnate nelle operazioni di carico e scarico merci. Conosciute anche come gru marine o derrick, sono installate principalmente sulle navi per movimentare vari tipi di carico e sono considerate le macchine di coperta più importanti per le operazioni di produzione navale. Queste gru presentano una struttura compatta, un aspetto attraente, sicurezza, affidabilità, efficienza energetica, rispetto dell'ambiente ed eccellente manovrabilità. I loro bracci sono disponibili in varie forme, tra cuibracci dritti, bracci telescopici, Ebracci pieghevolie i loro metodi di controllo della fonte di energia sono diversi, come ad esempio manuale, elettrico ed elettroidraulico.
Le gru marine sono attrezzature speciali che svolgono operazioni di trasporto in ambiente marino, occupandosi di compiti importanti come il trasferimento di merci tra navi, l'approvvigionamento offshore e il dispiegamento e il recupero di attrezzature per operazioni subacquee. Tuttavia, lo speciale ambiente operativo marino pone sfide significative al controllo delle gru marine. Da un lato, analogamente alle gru terrestri a controllo parziale, è necessario controllare l'oscillazione del carico durante il trasporto per garantire precisione di posizionamento ed efficienza; dall'altro, poiché le gru sono fisse su piattaforme mobili come le navi, il movimento della piattaforma influisce notevolmente sul movimento del carico e, in molti casi, il movimento dei punti di sollevamento e di atterraggio del carico è spesso diverso da quello della gru stessa. Durante le operazioni, sia la nave gru che la nave ricevente beccheggiano, rollano e si muovono verticalmente a causa delle onde oceaniche, provocando l'oscillazione del carico. Durante le fasi di sollevamento e abbassamento, il movimento della nave può facilmente causare la collisione del carico sollevato con il ponte, oppure far sì che il carico abbassato ma non ancora sganciato dal gancio rimanga sospeso in aria, compromettendo la sicurezza operativa. Soprattutto durante il rifornimento di munizioni tra navi, un movimento così coordinato può portare a conseguenze più gravi. Pertanto, il controllo delle gru marine ha attirato l'attenzione di numerosi settori dell'ingegneria navale, sia militari che civili, in tutto il mondo, e la ricerca sul controllo di tali sistemi non lineari, fortemente accoppiati e sottodeterminati, in presenza di particolari disturbi, riveste un grande valore teorico e un'importanza universale.
Il controllo delle gru marine si concentra principalmente su due aspetti: il controllo verticale per ridurre l'impatto del movimento dello scafo e l'anti-oscillazione laterale per sopprimere l'oscillazione del carico. Per il controllo verticale, un metodo comune è quello di collegare la nave ricevente attraverso la struttura meccanica dellanave gruIl sistema rileva il movimento relativo delle due navi e sincronizza la variazione di lunghezza della fune di sollevamento con il movimento verticale della nave ricevente, compensando così il movimento relativo tra le due navi e completando il sollevamento e il trasporto del carico. Tuttavia, questo metodo presenta requisiti specifici per la struttura meccanica della gru e impone notevoli limitazioni al peso sollevabile.
Composizione e modalità operative
In termini di componenti, il dispositivo di sollevamento a torre è un'attrezzatura tradizionale per la movimentazione delle merci, composta da una torre di sollevamento, un braccio di carico (o albero di carico), funi di sollevamento e un verricello (o verricello di carico), ecc. Nonostante la presenza di numerose funi e la complessità di utilizzo, è ampiamente impiegato grazie alla sua struttura semplice, alla facilità di fabbricazione e al basso costo. Esistono due modalità di carico e scarico delle merci con il dispositivo di sollevamento a torre: a braccio singolo e a doppio braccio.
Il sistema a braccio singolo utilizza un'unica gru per caricare e scaricare il carico. Dopo aver sollevato il carico, si tira il cavo di ancoraggio per farlo oscillare con la gru verso l'esterno o verso il boccaporto, quindi il carico viene abbassato e la gru viene ruotata di nuovo nella sua posizione originale, ripetendo il processo. Ogni volta, la gru deve essere fatta oscillare con il cavo di ancoraggio, con conseguente bassa efficienza e alta intensità di lavoro. Il sistema a doppio braccio utilizza due gru, una posizionata sopra il boccaporto e l'altra estesa verso l'esterno. Le gru sono fissate in una determinata posizione di lavoro tramite cavi di ancoraggio e le funi di sollevamento delle due gru sono collegate allo stesso gancio. Ritraendo e rilasciando rispettivamente le due funi di sollevamento, il carico può essere scaricato dalla nave al molo o caricato dal molo sulla nave. L'efficienza di carico e scarico del sistema a doppio braccio è superiore a quella del sistema a braccio singolo e anche l'intensità di lavoro è inferiore.
Successivamente sono emersi dispositivi di sollevamento migliorati. Il dispositivo di sollevamento a doppia torre è un'evoluzione del dispositivo di sollevamento a braccio singolo, con la sola fune di sollevamento e due serie di torri di sollevamento separate, una a sinistra e una a destra. Il dispositivo è controllato da un verricello di sollevamento e due verricelli per le torri di sollevamento, il che lo rende facile da usare e garantisce un'elevata efficienza nelle operazioni di carico e scarico. Il dispositivo di sollevamento Abel è un'ulteriore evoluzione del dispositivo di sollevamento a doppio braccio, con un verricello di sollevamento, torri di sollevamento e verricelli per i tiranti. Grazie ai verricelli, è in grado di posizionare rapidamente il dispositivo in qualsiasi posizione e di sollevare e abbassare il carico in punti fissi all'interno del suo raggio d'azione, rappresentando un passo importante verso la completa automazione delle operazioni di carico e scarico.
Applicazioni e caratteristiche strutturali
Gru marinesono ampiamente utilizzati in navi portarinfuse, navi portacontainer, petroliere, navi polivalenti, ecc. Come ad esempiogru di caricosulle navi portarinfuse e sulle navi portacontainer, sulle gru per tubi flessibili sulle petroliere egru di copertasulle navi polivalenti. Rispetto alle gru terrestri, le gru marine sono installate su navi instabili. Durante il funzionamento, la nave si inclina e oscilla, e l'ambiente di lavoro è ostile, soggetto all'erosione del vento e dell'acqua di mare; anche quando non sono in funzione, devono resistere a forze esterne come vento, neve, onde, oscillazioni, beccheggio e impatti durante la navigazione della nave.
Esistono diverse tipologie strutturali, tra cui gru a braccio girevole, gru a traslazione, gru a fune metallica, gru a cilindro, gru a braccio telescopico, gru a braccio pieghevole, gru a telaio ad A e gru composite; e diversi metodi di azionamento, tra cui elettrico, elettroidraulico, elettropneumatico, a benzina (diesel) e manuale, ecc. Un esempio tipico è la gru marina elettroidraulica utilizzata per il carico e lo scarico di merci su navi portarinfuse.
Le strutture portanti delle gru marine, come la colonna di base, il corpo della torre e il braccio, sono per lo più parti strutturali saldate realizzate in lamiera d'acciaio. La parte inferiore della colonna di base è saldata allo scafo della nave per sopportare il carico gravitazionale della gru, mentre la parte superiore è dotata di un cuscinetto di rotazione; il corpo della torre è una struttura di supporto, la cui parte inferiore è collegata al cuscinetto di rotazione ed è incernierata al braccio, la parte superiore è dotata di un paranco a pulegge per il movimento di funi d'acciaio, l'interno è adibito a sala macchine e la cabina di guida è situata nella parte anteriore; il braccio è una struttura reticolare utilizzata per sostenere oggetti pesanti.
I meccanismi operativi delle gru marine includono il meccanismo di sollevamento, il meccanismo di brandeggio e il meccanismo di rotazione. Il meccanismo di sollevamento permette il sollevamento del carico grazie a un motore che aziona il tamburo rotante tramite un riduttore, ritraendo e rilasciando la fune d'acciaio per far muovere il gancio verso l'alto e verso il basso; il meccanismo di brandeggio fa ruotare il braccio attorno al punto di cerniera inferiore, modificandone l'angolo grazie a un motore che aziona il tamburo rotante tramite un riduttore, ritraendo e rilasciando la fune d'acciaio, consentendo così al gancio di brandeggiarsi con diverse ampiezze; il meccanismo di rotazione fa ruotare il corpo della torre e il braccio grazie a un motore che aziona il pignone che ingrana con la grande ruota dentata del cuscinetto di rotazione tramite un riduttore. I riduttori di questi tre meccanismi sono tutti dotati di freni normalmente chiusi per garantire il corretto funzionamento di ciascun movimento. Grazie al funzionamento coordinato dei tre meccanismi, il carico può essere sollevato e posizionato nella posizione desiderata all'interno del campo di lavoro.
L'impianto elettrico di azionamento e controllo è composto da vari componenti di controllo all'interno del quadro elettrico, che formano un sistema di controllo gestito tramite pulsanti e manopole sulla console posta ai lati del sedile della cabina; l'impianto idraulico è composto da pompe, motori, gruppi valvole, tubazioni e relativi accessori per il controllo e l'azionamento di alcuni meccanismi di comando. Inoltre, le gru marine sono dotate anche di dispositivi ausiliari quali passaggi e dispositivi di ventilazione.
Macchinari per la classificazione e altre operazioni di carico e scarico
Le gru a braccio delle navi si dividono in due categorie: leggere e pesanti. Quelle con una capacità di sollevamento inferiore a 10 tonnellate sono considerate leggere, mentre quelle con una capacità di sollevamento superiore a 10 tonnellate sono considerate pesanti. La capacità di sollevamento è determinata dalla destinazione d'uso della nave. Per le navi da carico generiche, la capacità di sollevamento delle gru a braccio leggere in configurazione a braccio singolo è di 3-5 tonnellate, mentre in configurazione a doppio braccio è di 1,5-3 tonnellate; per le navi da carico da 10.000 tonnellate, la capacità di sollevamento in configurazione a braccio singolo può raggiungere le 10 tonnellate, mentre in configurazione a doppio braccio può arrivare a 5 tonnellate. Le moderne navi polivalenti devono caricare e scaricare container, pertanto la capacità di sollevamento della gru a braccio deve essere almeno pari a quella di un container da 20 piedi (20 tonnellate). Le gru a braccio pesanti vengono utilizzate per caricare e scaricare merci pesanti e di grandi dimensioni, come macchinari e locomotive di grandi dimensioni. Generalmente, sulle navi mercantili sono installati 1 o 2 gru di sollevamento per carichi pesanti, con una capacità di sollevamento che varia perlopiù da 10 a 60 tonnellate, in alcuni casi da 60 a 150 tonnellate e in altri fino a 300 tonnellate. Ogni stiva di una nave da carico secco standard è dotata di due gru di sollevamento per carichi leggeri, mentre ogni stiva di una nave da carico secco gigante ne è spesso equipaggiata con quattro.
Gru di copertaVengono installate sul ponte superiore della nave, con una struttura compatta che consente di sfruttare al meglio la superficie del ponte e con un impatto minimo sulla visibilità dal ponte di comando. Sono facili da usare, hanno un'elevata efficienza di carico e scarico, sono flessibili e richiedono poca preparazione prima dell'uso, pertanto il loro impiego è sempre più diffuso. Le tipologie più comuni includono gru a rotazione fisse, gru a rotazione mobili e gru a portale, con modalità di trasmissione elettrica ed elettroidraulica.
Gru a rotazione fissaLe gru a braccio singolo sono le più diffuse e possono operare sui lati sinistro e destro, singolarmente o in coppia, con una capacità di sollevamento generalmente compresa tra 3 e 5 tonnellate. Sulle navi polivalenti, una singola gru deve sollevare un container da 20 piedi, mentre una doppia gru deve sollevare un container da 40 piedi (30 tonnellate), quindi la loro capacità di sollevamento può raggiungere le 25-30 tonnellate. Le gru a braccio girevole mobili vengono utilizzate quando il carico e lo scarico delle merci richiede un ampio spazio e si desidera che il braccio della gru non sia troppo lungo; ne esistono due tipi: a movimento trasversale e longitudinale lungo la nave. Le gru a portale sono ampiamente utilizzate sulle navi portacontainer e sulle chiatte, solitamente a quattro gambe o a C. Sono dotate di un braccio estensibile, una trave di sollevamento, un ponte mobile e una cabina. La trave principale orizzontale del ponte è più alta dei container impilati sul ponte ed è dotata di un dispositivo di posizionamento automatico, che consente di posizionare con precisione i container nelle griglie o di impilarli sul ponte durante il carico. Sulle navi cisterna per il trasporto di chiatte sono presenti più gru a portale che sulle navi portacontainer, con una capacità di sollevamento che può raggiungere diverse centinaia di tonnellate.
Oltre alle gru marine, le altre macchine per le operazioni di carico e scarico includono principalmente ascensori, paranchi e nastri trasportatori. Gli ascensori si muovono verticalmente sulla nave lungo binari di guida e vengono utilizzati per sollevare e abbassare le merci tra i ponti. Ad esempio, le navi ro-ro (roll-on/roll-off) utilizzano spesso ascensori per collegare i vari ponti e trasportare le merci, sia a forbice che a catena, con una lunghezza compresa tra 9 e 18,5 metri e una larghezza tra 3 e 5 metri. Anche alcune navi portachiatte li utilizzano per caricare e scaricare le chiatte, ma la loro capacità di sollevamento è molto maggiore rispetto a quella delle navi ro-ro. I paranchi trasportano continuamente le merci in direzione verticale o con forte inclinazione, mentre i nastri trasportatori le trasportano continuamente in direzione orizzontale o con leggera inclinazione. Queste due tipologie di macchinari sono utilizzate principalmente su navi autoscaricanti o su navi caricate e scaricate tramite portellone laterale.
Grazie alla loro struttura diversificata, alle molteplici funzioni e alla capacità di adattarsi a diversi scenari, le gru marine sono diventate attrezzature chiave e indispensabili nelle operazioni navali. Con lo sviluppo del trasporto marittimo e dell'ingegneria navale, continueranno a migliorare in termini di efficienza e intelligenza, contribuendo costantemente a un trasporto e a una gestione marittimi più efficienti.
Data di pubblicazione: 8 agosto 2025
