Οι ανυψωτικές μηχανές στο εργοτάξιο: Τύποι, χρήσεις και εξελίξεις

Στο εργοτάξιο, η χρήση ανυψωτικών μηχανών αυξάνει την αποδοτικότητα της εργασίας και συντομεύει τους σχετικούς χρόνους. Αυτό γίνεται ιδιαίτερα αντιληπτό σε μεγάλης κλίμακας έργα, με πολύ μεγάλα φορτία, μεγάλα ύψη και πολύπλοκες ανυψωτικές διαδικασίες. Στα έργα αυτά μεταφέρονται φορτία διαφόρων ειδών και μεγεθών, που σε συνδυασμό με τα ύψη μεταφοράς και τις υπόλοιπες μετακινήσεις καθορίζουν τον τύπο των ανυψωτικών μηχανών που θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Ειδικότερα ως προς τα φορτία, αυτά συνήθως είναι υλικά σε μορφή χύδην, μεμονωμένα φορτία (σακιά, παλέτες κλπ.) και διακριτά δομικά στοιχεία (μεγάλα τσιμεντένια block, προκατασκευασμένα δομικά στοιχεία, εξοπλισμός κλπ.).

Ειδική μνεία θα πρέπει να γίνει στην ανάγκη μεταφοράς εργαζομένων, που μπορεί να γίνεται είτε με ανελκυστήρες προσώπων είτε σε συνδυασμό με ανυψούμενα φορτία. Στην τελευταία περίπτωση οι προδιαγραφές ως προς τη λειτουργική ασφάλεια είναι ιδιαίτερα αυστηρές. Ένα κοινό χαρακτηριστικό όλων είναι η ύπαρξη στοιχείων που είναι απαραίτητα για την ανάρτηση, έλξη και ανύψωση των φορτίων.

Τέτοια στοιχεία είναι τα συρματόσχοινα, οι αλυσίδες και τα σχοινιά, οι τροχαλίες (πάγιες και ελεύθερες) και τα τύμπανα, τα άγκιστρα και τα εξαρτήματα ανάρτησης φορτίων (σαμπάνια, αλυσίδες, άγκιστρα, αρπάγες κλπ.).

Όλα αυτά μπορούν κατά περίπτωση να συντίθενται και να σχηματίζουν πολύσπαστα και βαρούλκα. Άλλο κοινό στοιχείο είναι οι διατάξεις παροχής ισχύος και οι διατάξεις ασφαλείας, με τις πρώτες να περιλαμβάνουν κυρίως ηλεκτρικούς αλλά και υδραυλικούς κινητήρες, μειωτήρες και στοιχεία σύμπλεξης, και τις δεύτερες να απαρτίζονται από διαφόρων τύπων πέδες και τροχούς αναστολής.

Τέλος, το τρίτο κοινό στοιχείο είναι τα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου και το λογισμικό που διασφαλίζουν την ασφαλή λειτουργία και συνεισφέρουν στη βελτιστοποίηση των πραγματοποιούμενων κινήσεων.

ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΥΨΩΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Ένα στοιχείο που διαφοροποιεί τις ανυψωτικές μηχανές είναι η δυνατότητα μετακίνησής τους μεταξύ διαφορετικών θέσεων εργασίας. Ως προς το στοιχείο αυτό, διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: τις κινητές και τις σταθερές. Στις κινητές μηχανές ο ανυψωτικός μηχανισμός είναι τοποθετημένος σε αυτοκινούμενο –ερπυστριοφόρο ή τροχοφόρο– όχημα.

Μία τέτοια μηχανή μπορεί να μετακινείται σε διάφορες θέσεις εντός του εργοταξίου, αλλά και μεταξύ εργοταξίων. Εάν πρόκειται για κίνηση εκτός δρόμου και σε ανώμαλα και λασπώδη εδάφη, συνήθως χρειάζεται πολλαπλή οδήγηση και πολλαπλή κατευθυντικότητα. Η μέγιστη ταχύτητα μετακίνησης είναι σχετικά χαμηλή και γίνεται ακόμη χαμηλότερη υπό φορτίο. Η δυνατότητα μετακίνησης μιας ανυψωτικής μηχανής συνιστά συγκριτικό πλεονέκτημα, γιατί παρέχεται ευελιξία για τη διαχείριση φορτίων και εργασιών.

Η ανυψωτική ικανότητα δίνεται μέσω ενός δείκτη ικανότητας (capacity index) που εξαρτάται από το μήκος και την κλίση του βραχίονα (μπούμα) και τη θέση του φορτίου, ενώ η λειτουργική ευστάθεια καθορίζεται από το μέγεθος του αναρτώμενου φορτίου και τις διαστάσεις του οχήματος, και ενισχύεται κατά περίπτωση είτε μέσω κινητών αντιβάρων είτε μέσω επιπρόσθετων εκτεινόμενων πελμάτων.

ΚΙΝΗΤΕΣ ΑΝΥΨΩΤΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ

Στην κατηγορία των κινητών ανυψωτικών μηχανών ανήκουν οι εξής επιμέρους τύποι:

lΤηλεσκοπικοί γερανοί (telescopic cranes): Στους γερανούς αυτούς, ο βραχίονας είναι τηλεσκοπικός και μεταβλητής κλίσης. Αποτελείται από επιμέρους τμήματα που αναπτύσσονται σταδιακά στο επιθυμητό ύψος, ενώ ένας υδραυλικός μηχανισμός στη βάση μπορεί να μεταβάλει την κλίση του. Τοποθετούνται συνήθως σε αυτοκινούμενα τροχοφόρα φορεία (οχήματα) και λιγότερο συχνά σε ερπυστριοφόρα, και χρησιμοποιούνται σε μεγάλο φάσμα εργοταξιακών εργασιών. Επιπλέον διακρίσεις μπορούν να γίνουν ως προς τη δυνατότητα λειτουργίας εκτός δρόμου και τη δυνατότητα περιστροφής της μπούμας περί τον κατακόρυφο άξονα

Οι επιμέρους τύποι τηλεσκο – πικών γερανών περιλαμβάνουν τους γερανούς «pick and carry» που δεν φέρουν πέλματα ευστάθειας, διαθέτουν μη περιστρεφόμενο βραχίονα και είναι ιδανικοί για μεταφορά μικρών ή μεσαίων φορτίων σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις εντός του εργοταξίου. Άλλη παραλλαγή αποτελούν οι σχετικά νεότεροι γερανοί με πλατφόρμα μεταφοράς (carry deck cranes). Διαθέτουν περιστρεφόμενο βραχίονα και ειδική επιφάνεια, όπου μπορεί να εναποτεθεί το προς μεταφορά φορτίο.

lΓερανοί με βραχίονα τύπου δικτυώματος και ερπύστριες (crawler cranes): Στον τύπο αυτό ο βραχίονας έχει δομή δικτυώματος σταθερού μήκους που μπορεί να μεταβάλει την κλίση του. Εδράζονται σε ερπυστριοφόρες βάσεις (σασί) και έχουν τη δυνατότητα περιστροφής κατά 360 μοίρες. Χρησιμοποιούνται σε εκτός δρόμου θέσεις, σε σκληρά, μαλακά και λασπώδη εδάφη. Κινούνται με μικρή ταχύτητα και απαιτούν χρονοβόρες εργασίες συναρμολόγησης πριν τη χρήση τους. Για χρήση σε λιμενικά έργα, οι γερανοί αυτοί τοποθετούνται πάνω σε ειδικές φορτηγίδες, ενώ σε εργοτάξια σιδηροδρομικών έργων τοποθετούνται σε φορείο που φέρει σιδηροδρομικούς τροχούς και μπορεί να κινηθεί κατά μήκος των σιδηροτροχιών.

lΑρθρωτοί ανυψωτικοί μηχανισμοί (articulated joint lift mechanisms): Στον τύπο αυτό ανήκουν οι κοινές δομικές μηχανές. Εδώ ο ανυψωτικός μηχανισμός είναι ταυτόχρονα και εκσκαπτικός ή φορτωτικός, αποτελούμενος από υδραυλικά ελεγχόμενους αρθρωτούς βραχίονες. Στηρίζονται σε αυτοκινούμενα τροχοφόρα ή ερπυστριοφόρα φορεία και χρησιμοποιούνται σε μεγάλο φάσμα εργοταξιακών εργασιών. Τυπικά παραδείγματα αποτελούν οι εκσκαφείς και οι φορτωτές.

lΆλλοι τύποι κινητών ανυψωτικών μηχανών: Εδώ αξίζει να αναφερθούν ενδεικτικά κάποιοι ειδικοί τύποι, όπως τα περονοφόρα οχήματα (fork lift vehicles) που έχουν μικρό μέγεθος και ανυψώνουν φορτία σε μικρό ύψος (που κατόπιν τα μεταφέρουν σε μικρές αποστάσεις εντός του εργοταξίου), και οι εναέριοι γερανοί (aerial cranes, που είναι ειδικά σχεδιασμένα ελικόπτερα για ανύψωση μεγάλων φορτίων και για μεταφορά σε δυσπρόσιτα σημεία και σε μεγάλα ύψη, όπου δεν μπορούν να εγκατασταθούν και να λειτουργήσουν συμβατικοί γερανοί (όπως είναι πολύ ψηλά κτίρια, απόκρημνες περιοχές, off-shore εργασίες κλπ.).

ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΑΝΥΨΩΤΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ

Οι σταθερές ανυψωτικές μηχανές τοποθετούνται σε συγκεκριμένη θέση εργασίας στο εργοτάξιο και παραμένουν εκεί ή μετακινούνται ελάχιστες φορές καθ’ όλη τη διάρκεια του έργου. Έχουν τη δυνατότητα ανύψωσης μεγάλων φορτίων σε μεγάλα ύψη, και στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι εξής επιμέρους τύποι:

lΓερανοί τύπου πύργου (πυργογερανοί, tower cranes): Θεωρούνται απαραίτητοι σε εργοτάξια κατασκευών μεγάλου ύψους. Πρόκειται για μια ευρεία ομάδα γερανών που περιλαμβάνει πολλούς επιμέρους τύπους με κοινό χαρακτηριστικό δύο βασικά στοιχεία που έχουν δομές δικτυώματος:

α) τον κατακόρυφο πύργο (ι – στό, mast), ο οποίος στηρίζεται σε ακλόνητη βάση, και

β) το βραχίονα (μπούμα, jib), που φέρει το φορτίο και μπορεί περιστρέφεται κατά 360 ο περί τον πύργο.

Πάνω σ’ αυτόν το βασικό σχηματισμό δημιουργούνται διάφορες παραλλαγές. Έτσι, ο βραχίονας μπορεί να είναι ενιαίος ή αρθρωτός, και στη δεύτερη περίπτωση αναπτύσσεται έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η επιθυμητή θέση και το επιθυμητό ύψος. Ανάλογα με τις δυνατές κινήσεις του οριζόντιου βραχίονα, υπάρχουν οι παραλλαγές του σταθερού οριζόντιου και αυτού της μεταβλητής κλίσης.

Τέλος, ως προς τον ανυψωτικό μηχανισμό, αυτός μπορεί να κινείται κατά μήκος του βραχίονα ή να είναι σταθερά τοποθετημένος στο άκρο του. Στους γερανούς τύπου πύργου οι μονάδες παροχής ισχύος για ανύψωση και έλεγχο του φορτίου –αλλά και τα απαραίτητα αντίβαρα– τοποθετούνται στον οριζόντιο βραχίονα αντιστάθμισης (counterweights jib), ενώ στο επάνω σημείο του πύργου υπάρχει ο θάλαμος του χειριστή.

Η συναρμολόγηση των επιμέρους στοιχείων είναι μία δύσκολη εργασία. Περιλαμβάνει σταδιακή συναρμολόγηση και τοποθέτηση των στοιχείων και των εξαρτημάτων τους.

Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί πολλαπλοί εναλλακτικοί σχεδιασμοί αυτοανεγειρόμενων γερανών (self-erecting cranes), που όντας πτυσσόμενοι σε κατάλληλα οχήματα, μπορούν να μεταφέρονται και να εγκαθίστανται ακολουθώντας προδιαγεγραμμένες διαδικασίες

lΓερανογέφυρες (bridge cranes): Σε μεγάλα εργοτάξια και για μεγάλης διάρκειας πρότζεκτ υπάρχουν και γερανογέφυρες. Αυτές είναι μεγάλες μεταλλικές κατασκευές μορφής Π, στατικές (jib cranes) ή μετακινούμενες κατά μήκος μόνιμων τροχιών (gantry cranes), όπου το φορείο –που μπορεί να μετακινείται κατά μήκος του οριζόντιου κύριου φορέα– φέρει τον ανυψωτικό μηχανισμό και τη διάταξη ανάρτησης του φορτίου.

lΠλατφόρμες και ανελκυστήρες φορτίων και προσώπων (αναβατόρια, platforms, construction hoists/elevators): Οι πλατφόρμες είναι κατασκευές που ανυψώνουν φορτία μέσω συρματοσχοίνων και ενός προβόλου ανυψωτικού μηχανισμού εγκατεστημένου στο ανώτατο σημείο της κατασκευής.

Εναλλακτικά, οι πλατφόρμες μπορεί να κινούνται αναρτημένες από κατακόρυφη δικτυωτή κατασκευή, μέσω ζεύγους οδοντωτής ράβδου και γραναζιού. Οι ανελκυστήρες είναι κατασκευές που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά υλικών, εξοπλισμού και τεχνικού προσωπικού σε υψηλές κατασκευές και κτίρια. Κινούνται μονοί ή σε ζεύγη, σε κατακόρυφο φορέα που έχει δομή δικτυώματος.

Η ταχύτητά τους μπορεί να φτάσει και τα 100 m/ min. Σε κατασκευές μεγάλου ύψους, η χρήση γίνεται κατά ζώνες ορόφων, επιτυγχάνοντας έτσι μείωση του πλήθους των στάσεων αλλά και του χρόνου μεταφοράς. Δεδομένου ότι η μονάδα οδήγησης του ανελκυστήρα θα πρέπει να τοποθετείται στο υψηλότερο σημείο του κτιρίου, αυτό μπορεί να γίνει είτε μετά τη δόμηση και του τελευταίου ορόφου είτε σταδιακά και με συνεχή μετακίνηση προς τον ανώτερο όροφο. Στη δεύτερη περίπτωση, με την ολοκλήρωση της ανέγερσης, ο προσωρινός ανελκυστήρας μπορεί να μετατραπεί σε μόνιμο που θα εξυπηρετεί πλέον τις λειτουργικές ανάγκες του κτιρίου.

ΟΙ ΤΡΕΧΟΥΣΕΣ ΤΆΣΕΙΣ

Οι πρόσφατες εξελίξεις –ιδιαίτερα στο χώρο της πληροφορικής και της ψηφιακής τεχνολογίας– έχουν επηρεάσει τον κλάδο των ανυψωτικών μηχανημάτων όπου έχει γίνει εισαγωγή καινοτόμων τεχνολογιών. Ξεκινώντας από τον ανθρώπινο παράγοντα και ειδικότερα από την εκπαίδευση των χειριστών, οι νέες τεχνολογίες περιλαμβάνουν προσομοιωτές χειρισμών, με δυνατότητα καταγραφής και αξιολόγησης του εκπαιδευόμενου σε πραγματικό χρόνο και με δυνατότητα ηλεκτρονικής μάθησης (e-learning) μέσω τεχνολογίας cloud.

Κατά την εκπαίδευση αυτή, υπάρχουν συστήματα προσαρμογής στο χειριστή ως προς τον τρόπο χρήσης των χειριστηρίων, μονάδες καθορισμού των ορίων ασφαλούς λειτουργίας, συστήματα ασυρμάτου ελέγχου μέσω βίντεο του χώρου εργασίας, διατάξεις για την αύξηση της ακρίβειας χειρισμών και κινήσεων, καθώς και συστήματα τηλεματικού χειρισμού των μηχανημάτων.

Όλα αυτά γίνονται μέσω φιλικών διαδραστικών διαδικασιών και εντός εργονομικά σχεδιασμένων θαλάμων χειρισμού.

Η πρόοδος στον τομέα της τεχνητής νοημοσύνης έχει δώσει αποτελέσματα και στο χώρο των ανυψωτικών μηχανημάτων. Ενδεικτικά αναφέρονται: η βελτιστοποίηση της διακίνησης φορτίων με χρήση γενετικών αλγορίθμων, ο συντονισμός και η βελτιστοποίηση κινήσεων για πολλαπλούς γερανούς στο ίδιο εργοτάξιο, η χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων (για τη μοντελοποίηση γερανών σε εργοτάξια υψηλών κτιρίων και για τη μηχανική μάθηση χειρισμών και την επαναχρησιμοποίηση της σχετικής εμπειρίας), η ανάπτυξη λειτουργικά αυτόνομων γερανών με χρήση τεχνητής όρασης (για αποφυγή εμποδίων, παρακολούθηση και έλεγχο κινήσεων), ο υπολογισμός του μέγιστου φορτίου ασφαλούς ανύψωσης ανάλογα με τη θέση και τη γεωμετρία του βραχίονα, καθώς και η αυτοματοποίηση συχνά επαναλαμβανόμενων διαδικασιών.

Στους γερανούς τύπου πύργου παρατηρούνται καινοτόμοι δομικοί σχεδιασμοί και νέες διαδικασίες ελέγχου λειτουργιών. Στους πρώτους ανήκουν η δυνατότητα προσαρμογής διαφορετικών διαστάσεων μπούμας στον ίδιο πύργο και οι τηλεσκοπικοί πύργοι. Στις δεύτερες ανήκουν η αντιστάθμιση των δυνάμεων ανέμου, η αντιστάθμιση της εκκρεμούς κίνησης του φορτίου, η διατήρηση της οριζοντιότητας του φορτίου κατά την κίνηση και η αυτόματη αύξηση της ανυψωτικής ικανότητας ανάλογα με το μέγεθος του φορτίου.

Σε όλα τα παραπάνω, θα πρέπει να προστεθούν τα σύγχρονα συστήματα λειτουργικής διάγνωσης σε πραγματικό χρόνο των επιμέρους συστημάτων των ανυψωτικών μηχανών (του κινητήρα, των υδραυλικών, των ηλεκτρολογικών, των ηλεκτρονικών και του λογισμικού), καθώς και η πρόσφατη χρήση drone για την εναέρια παρακολούθηση των λειτουργιών των ανυψωτικών μηχανών και τη διάγνωση της δομικής τους ακεραιότητας.

*Ο κ. Αργύρης Δέντσορας είναι καθηγητής στο Εργαστήριο Στοιχείων Μηχανών του Τμήματος Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών.

Ελέγξτε επίσης

Μέτρα ασφαλείας εργοταξίου: Αποφυγή ατυχημάτων και δυστυχημάτων

Του κ. Στέφανου Τρίψα* Το εργοτάξιο κρύβει από τη φύση του αρκετούς κινδύνους για τους …