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Progetto MICS Abilitazioni Macchine Giornata Nazionale di Formazione Formatori

in collaborazione con ANIMA/UCoMESA-AISEM

Milano 22 Marzo 2012

Sede ANIMA – via Scarsellini 13 - Milano

Classificazione degli apparecchi di sollevamento - Cicli di vita e Spettri di carico -

22 Marzo 2012 ANIMA - via Scarsellini 13 - 20161 Milano

Relatore: Libero Donati

LA CLASSIFICAZIONE DEGLI APPARECCHI DI SOLLEVAMENTO

• Gli apparecchi di sollevamento, in relazione alle loro caratteristiche costruttive e di destinazione d'uso, sono, generalmente, concepiti a "VITA DETERMINATA", ovvero sono progettati e fabbricati per operare, in tutta sicurezza, nell'ambito di un numero massimo di cicli operativi e di ore di funzionamento, definiti in ragione della loro CLASSIFICAZIONE e secondo i criteri d'uso e di ispezione stabiliti dal loro fabbricante.

• La vita sicura degli apparecchi di sollevamento e, conseguentemente la sicurezza degli operatori esposti

durante il loro impiego, è dunque strettamente dipendente dalla corretta definizione dei seguenti criteri di: o utilizzo, correlati con i parametri di progetto e la relativa classificazione, ovvero:

§ n° delle manovre/cicli in relazione al tempo di impiego/ore di servizio dei singoli meccanismi; § entità dei carichi in rapporto alla loro portata max.

o valutazione della vita “spesa” e/o della vita/cicli “residui” correlati con il modo d’uso o ispezione e metodi di verifica della deriva dei parametri funzionali/condizionanti la sicurezza

• Le tecniche di progetto, di monitoraggio e d’ispezione degli apparecchi di sollevamento sono definite

nell’ambito delle seguenti Norme ISO e regole FEM: o ISO 4301-1 - Apparecchi di sollevamento - Classificazione - Generalità o ISO 12482-1 - Gru - Condizioni di monitoraggio - Generalità o ISO 9927-1 - Apparecchi di sollevamento – Ispezioni – Generalità o FEM 1.001 - Regole di calcolo degli apparecchi di sollevamento o FEM 9.755 - Periodi di funzionamento sicuro degli apparecchi di sollevamento (S.W.P)

LA CLASSIFICAZIONE “ISO” DEGLI APPARECCHI DI SOLLEVAMENTO

• La norma ISO 4301-1, come anche la regola tecnica FEM 1.001, consentono di classificare gli apparecchi

di sollevamento in funzione del loro servizio. • I fattori che devono essere presi in considerazione sono:

1) La condizione di impiego, ovvero i cicli operativi e le ore di lavoro effettive dei meccanismi, spendibili durante l’arco della vita prevista dell’apparecchio di sollevamento. Poiché l'apparecchio può essere usato per vari servizi, il numero totale dei cicli operativi è la somma totale di tutti i cicli operativi previsti durante la vita desiderata dell'apparecchio di sollevamento.

2) Il regime di carico, ovvero lo stato di sollecitazione dell’apparecchio in base al tipo di carico. Esso è riferito al numero di volte che un carico di una certa grandezza è sollevato, in rapporto alla portata nominale dell'apparecchio di sollevamento.

Condizione di impiego e regime di carico determinano il fattore di spettro del carico (Kp) dell'apparecchio nel complesso, che può essere calcolato come segue:

Dove: Ci rappresenta il numero medio di cicli di carico che si hanno a ciascun livello di carico = C1, C2, C3, … Cn;

CT è il totale dei cicli di carico singoli a tutti i livelli =∑Ci = C1 + C2 +C3 … + Cn; Pi rappresenta le grandezze individuali di carico (livelli di carico) caratteristiche del servizio dell’apparecchio = P1, P2, P3 … Pn; Pmax è il carico consentito più pesante che deve essere sollevato dall’apparecchio; m = 3

LA CLASSIFICAZIONE “ISO” DEGLI APPARECCHI DI SOLLEVAMENTO • Sulla base della norma ISO 4301-1 e della regola FEM 1.001, ai fini della classificazione degli apparecchi

di sollevamento, nelle tabelle seguenti sono indicati: 1) La condizione di impiego (cicli operativi e ore di lavoro effettivo dei meccanismi, spendibili durante

l’arco della vita prevista dell’apparecchio di sollevamento)

2) Il regime di carico (stato di sollecitazione dell’apparecchio in base al tipo di carico)

1) Condizione di impiego 2 ) Regime di carico

Apparecchio ( nel suo insieme ) Meccanismi

Frequenza d’utilizzo Tipo di carico Tipo di utilizzo

Condizione di impiego

N° massimo di cicli operativi

Condizione di impiego

Durata totale in ore Q1 / L1

Leggero

≅ 50%

Apparecchi che movimentano prevalentemente carichi ridotti e

raramente carichi massimi U0 16.000 T0 200

Irregolare U1 32.000 T1 400

Q2 / L2 Medio

≅ 63%

Apparecchi che movimentano all’incirca nello stesso rapporto, carichi massimi, medi e ridotti

U2 63.000 T2 800 U3 125.000 T3 1.600 U4 250.000 T4 3.200 Regolare leggero

Q3 / L3 Pesante

≅ 80%

Apparecchi che movimentano frequentemente carichi massimi e

normalmente carichi medi U5 500.000 T5 6.300 Regolare intermittente U6 1.000.000 T6 12.500 Regolare intenso U7 2.000.000 T7 25.000

Intensivo Q4 / L4 Molto

pesante

≅ 100%

Apparecchi che movimentano regolarmente carichi prossimi al

valore del carico massimo U8 4.000.000 T8 50.000 U9 > di 4.000.000 T9 100.000

LA CLASSIFICAZIONE “ISO” DEGLI APPARECCHI DI SOLLEVAMENTO • Il regime di carico si determina sulla base del modo d’uso dell’apparecchio, in relazione alla

ripartizione percentuale (%) del reale sfruttamento della sua portata nominale • La lettera Q si riferisce al regime di carico dell’apparecchio nel suo insieme ed alle sue strutture • La lettera L si riferisce al regime di carico dei meccanismi

Spettri relativi al regime di carico secondo norma ISO 4301-1 ( = regola FEM 1.001 ) Q1 / L1 - Leggero Q2 / L2 - Medio Q3 / L3 - Pesante Q4 / L4 - Molto pesante

100

10

40

10

100

16.7

73.3

46.7

20

100

50

40

100

(%) C

aric

o

(%) C

aric

o

(%) C

aric

o

(%) C

aric

o

33.3 50 50 50 50 50 0 Tempo (%) 100 0 Tempo (%) 100 0 Tempo (%) 100 0 Tempo (%) 100

Apparecchi che movimentano raramente

carichi massimi e prevalentemente carichi

ridotti

Apparecchi che movimentano all’incirca nello stesso rapporto,

carichi massimi, medi e ridotti

Apparecchi che movimentano

frequentemente carichi massimi e normalmente

carichi medi

Apparecchi che movimentano

regolarmente carichi prossimi al valore del

carico massimo

≅ 50% della portata ≅ 63% della portata ≅ 80% della portata ≅ 100% della portata

LA CLASSIFICAZIONE “ISO” DEGLI APPARECCHI DI SOLLEVAMENTO

• Una volta determinato la condizione di impiego ed il regime di carico si determina, secondo la norma

ISO 4301-1, la classe dell’apparecchio e dei suoi meccanismi nel gruppo di servizio

classe dell’apparecchio di sollevamento nel suo insieme – Gruppo di servizio

Regime di carico Condizioni di impiego e massimo numero di cicli operativi

Tipo di carico Secondo norma / regola U0 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 Q1 Leggero ≅ 50 % ISO 4301/1 ( = FEM 1.001 ) = = A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Q2 Medio ≅ 63 % ISO 4301/1 ( = FEM 1.001 ) = A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 = Q3 Pesante ≅ 80 % ISO 4301/1 ( = FEM 1.001 ) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 = = Q4 Molto pesante ≅ 100 % ISO 4301/1 ( = FEM 1.001 ) A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 = = =

Classe del meccanismo dell’apparecchio di sollevamento – Gruppo di servizio

Regime di carico Condizioni di impiego e durata in ore

Tipo di carico Secondo norma / regola T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 L1 Leggero ≅ 50 % ISO 4301/1 ( = FEM 1.001 ) = = M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L2 Medio ≅ 63 % ISO 4301/1 ( = FEM 1.001 ) = M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 = L3 Pesante ≅ 80 % ISO 4301/1 ( = FEM 1.001 ) M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 = = L4 Molto pesante ≅ 100 % ISO 4301/1 ( = FEM 1.001 ) M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 = = =

LA CLASSIFICAZIONE “ISO” DEGLI APPARECCHI DI SOLLEVAMENTO • Sulla base della classificazione dell’apparecchio nel suo insieme e dei suoi meccanismi, individuata nei

vari gruppi di servizio, i cicli operativi e la vita in ore, sono:

N° massimo di cicli operativi teorici, in relazione al gruppo di servizio ed al regime di carico

Regime di carico Gruppo di servizio secondo norma ISO 4301-1 ( = regola FEM 1.001 )

Tipo Carico % Carico A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

Q1 Leggero ≅ 50 % 63.000 125.000 250.000 500.000 1.000.000 2.000.000 4.000.000 > di 4.000.000

Q2 Medio ≅ 63 % 32.000 63.000 125.000 250.000 500.000 1.000.000 2.000.000 4.000.000

Q3 Pesante ≅ 80 % 16.000 32.000 63.000 125.000 250.000 500.000 1.000.000 2.000.000

Q4 Molto pesante ≅ 100 % = 16.000 32.000 63.000 125.000 250.000 500.000 1.000.000

Durata teorica di vita in ore, in relazione al gruppo di servizio ed al regime di carico

Regime di carico Gruppo di servizio secondo norma ISO 4301-1 ( = regola FEM 1.001 )

Tipo Carico % Carico M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

L1 Leggero ≅ 50 % 800 1.600 3.200 6.300 12.500 25.000 50.000 100.000

L2 Medio ≅ 63 % 400 800 1.600 3.200 6.300 12.500 25.000 50.000

L3 Pesante ≅ 80 % 200 400 800 1.600 3.200 6.300 12.500 25.000

L4 Molto pesante ≅ 100 % = 200 400 800 1.600 3.200 6.300 12.500

CRITERI DI SCELTA DEGLI APPARECCHI DI SOLLEVAMENTO

• Per scegliere correttamente i meccanismi degli apparecchi di sollevamento, in relazione al servizio

cui sono destinati, occorre tener conto dei seguenti fattori: 1. La portata nominale (è determinata dal carico più pesante da movimentare)

2. Il regime di carico (è lo stato di sollecitazione in base al tipo di carico)

3. Il tempo medio di funzionamento giornaliero - Tm (ore)

Per le operazioni di sollevamento: Tm (ore) = 2 x Ce x C/h x Ti

60 x V Dove:

Ce = Corsa effettiva del gancio (m) C/h = N° di cicli operativi per ora Ti = Tempo di impiego giornaliero (ore) V = velocità di sollevamento (m/min)


esempio di ciclo operativo teorico di una gru

(con velocità di sollevamento principale di 40 m/min e velocità lenta di 4 m/min)

Ai fini della classificazione si considera che un ciclo operativo cominci quando il carico è pronto per essere sollevato e termini quando l'apparecchio è pronto per sollevare il successivo carico.

⇐ C

orsa

del

gan

cio

= 16

.8 m

⇒

0.4 m

16 m

0.4 m

Spa

zio

( m ) ⇒

Tempo ( sec. ) ⇒

6” 24” veloce 6”

M4 - Pausa 84” = 35 % M5 - Pausa 54” = 30 %

3” 12” veloce 3”

M4 - Pausa 84” = 35 % M5 - Pausa 54” = 30 %

lenta lenta lenta lenta Σ Salita = 36”

M4 = 15 % M5 = 20 %

Σ Discesa = 36” M4 = 15 % M5 = 20 %

⇐ ( Durata di un ciclo completo = 100%: M4 = 240” – M5 = 180” ) ⇒


• In base al regime di carico ed al tempo medio di funzionamento giornaliero si determinano: • la classificazione del gruppo di servizio dei meccanismi dell’apparecchio di sollevamento • le correlazioni tra gruppo di servizio e scelta del motore di sollevamento (regola FEM 1.001)

Regime di carico Tempo medio di funzionamento giornaliero - Tm = Ore

L1 Carico Leggero ≅ 50% della portata ≤ 0.5 ≤ 1 ≤ 2 ≤ 4 ≤ 8 ≤ 16 >16 =

L2 Carico Medio ≅ 63% della portata ≤ 0.25 ≤ 0.5 ≤ 1 ≤ 2 ≤ 4 ≤ 8 ≤ 16 >16

L3 Carico Pesante ≅ 80% della portata ≤ 0.125 ≤ 0.25 ≤ 0.5 ≤ 1 ≤ 2 ≤ 4 ≤ 8 ≤ 16

L4 Carico Molto pesante ≅ 100% della portata = ≤ 0.125 ≤ 0.25 ≤ 0.5 ≤ 1 ≤ 2 ≤ 4 ≤ 8

Gruppo di servizio dei meccanismi (secondo norma ISO 4301-1 e regola FEM 1.001) M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

Utilizzo della gru per operazioni di

sollevamento in servizio intermittente

Rapporto di intermittenza (RI%) 15 20 25 30 40 50 60 60

N° Avviamenti per ora (A/h) 90 120 150 180 240 300 360 360

N° Cicli per ora (C/h) 15 20 25 30 40 50 60 60

Impiego del motore di

sollevamento

N° Avviamenti per ora (A/h)

Velocità principale 1/3 (33. 3 % del N° totale di avviamenti per ora)

Velocità lenta 2/3 (66. 7 % del N° totale di avviamenti per ora)

Tempo di impiego giornaliero (Tm)

Velocità principale 2/3 (66. 7 % del tempo medio di impiego giornaliero)

Velocità lenta 1/3 (33. 3 % del tempo medio di impiego giornaliero)

I CONTENUTI DELLA NORMA ISO 12482-1 E DELLA REGOLA FEM 9.755

“Provvedimenti per determinare dei periodi di funzionamento sicuro degli apparecchi di sollevamento (S.W.P.)”

INTRODUZIONE, DEFINIZIONI, DIRETTIVE, NORME E REGOLE APPLICABILI

E’ opportuno che l'utilizzatore adatti al meglio gli apparecchi di sollevamento alle sollecitazioni reali, in considerazione della sua classificazione, prevista negli 8 gruppi illustrati e definiti dalla norma ISO 4301-1 o dalla regola FEM 1.001. Numerosi elementi, nella catena cinematica di un meccanismo o di una struttura di sollevamento, non sono visibili e non possono essere controllati regolarmente al momento delle visite di ispezione prescritte. Di fatto, un inizio di danno non può essere rilevato in questo lasso di tempo, quando l'utilizzazione teorica D, per la quale l’apparecchio è stato dimensionato, arriva a temine, può statisticamente comparire un pericolo con probabilità crescente. L'utilizzazione teorica D in correlazione con le sollecitazioni reali dell'apparecchio, fornisce i “Periodi di funzionamento sicuro” (S.W.P. = Safe Working Period), per tutti gli elementi di sollevamento. Il periodo di funzionamento sicuro (S.W.P.) è definito come segue:

utilizzazione reale S x f

≤ 1 utilizzazione teorica D

f: coefficiente dipendente dal modo di registrazione dei dati di utilizzazione.



Condizioni preliminari per l’ottenimento di un funzionamento sicuro durante tutta la durata di utilizzazione:

- selezione dell’apparecchio di sollevamento in funzione delle sollecitazioni secondo la norma ISO 4301-1 - rispetto delle istruzioni del costruttore concernenti il servizio, l’ispezione e la manutenzione

GO: revisione generale (general overhaul) 1: utilizzazione secondo la classificazione

iniziale 2: utilizzazione variabile secondo gli anni e

superiore alla classificazione 3: utilizzazione inferiore alla classificazione;

l’utilizzazione teorica non è ancora raggiunta al termine dei 10 anni

n: la nuova utilizzazione teorica, che è

determinata dopo ogni GO, può essere uguale, inferiore o superiore alla precedente, e deve essere specificata dal costruttore



DOCUMENTAZIONE SULL'UTILIZZAZIONE TEORICA “D” Il costruttore dell’apparecchio di sollevamento (ovvero il fornitore o l’importatore, ecc.) deve documentarne l’utilizzazione teorica nelle “Istruzioni per l’uso”. Egli indicherà quindi: • quali sono le parti o componenti che dovranno essere imperativamente sostituiti al momento di una revisione generale (GO),

anche se non si constatasse un danneggiamento apparente. • le parti o componenti da verificare al momento di una revisione generale (GO), le procedure corrispondenti e in quali casi questi

devono essere sostituiti. Il modo di utilizzo, indicato come riferimento, può essere definito specificando il gruppo del meccanismo (ISO 4301-1).

REGISTRAZIONE DEL MODO DI UTILIZZO Il modo di registrazione di utilizzo reale dell’apparecchio è suddiviso nelle seguenti 3 classi. L'utilizzatore è responsabile della sua registrazione e documentazione nel Registro di controllo. La documentazione verrà aggiornata almeno una volta all'anno durante i controlli da realizzare eseguiti secondo la norma ISO 9927-1. 1. Registrazione attraverso strumenti (es. registratore delle condizioni di sollecitazione e delle ore di funzionamento)

Strumenti appropriati registrano le condizioni di sollecitazione e le ore di funzionamento, fornendo i dati dell'utilizzazione reale S. 2. Documentazione e contatori appropriati (es. contatori delle ore di funzionamento)

Le condizioni di sollecitazione reali e le ore di funzionamento associate sono documentate dall'utilizzatore. Il meccanismo di sollevamento è fornito di un contatore appropriato (tempi o corse) che registra le ore di funzionamento e di un limitatore di carico di sollevamento (protezione contro i sovraccarichi, interruzione elettrica in caso di sovraccarico ecc.).

3 Documentazione senza contatore appropriato L'utilizzatore documenta le condizioni di sollecitazione e le ore di funzionamento, senza però contatore appropriato.



VALUTAZIONE DI UN PERIODO DI FUNZIONAMENTO SICURO (S.W.P.) Ad ogni ispezione, la persona responsabile della sua esecuzione (esperto) deve verificare se l’utilizzazione dell’apparecchio di sollevamento potrà essere ancora effettuata nell’ambito di un S.W.P. (Safe Working Period). In funzione del modo di registrazione l’utilizzazione teorica D viene raggiunta se: 1. Con una registrazione attraverso strumenti

Quando l’apparecchio di registrazione indica o permette di calcolare esattamente il valore reale di utilizzazione S allora si ha:

S.W.P. : utilizzazione reale S x f ≤ 1 ; Dove f = 1.0 utilizzazione teorica D

2. Documentazione e contatori appropriati

Se tempi e carichi di utilizzo sono documentati e limitati, si moltiplica il valore stimato di utilizzazione S per il coefficiente f = 1.1


3. Documentazione senza contatore appropriato

Quando tempi e carichi di utilizzo non sono né documentati né limitati, si deve moltiplicare il valore presunto di utilizzazione S per il coefficiente f = 1.2




MISURE DA PRENDERE AL TERMINE DEL COMPIMENTO DELL’UTILIZZAZIONE TEORICA Si parte dal principio che: • tutte le prove prescritte per l’apparecchio di sollevamento siano state effettuate; • eventuali danni comparsi prima del termine di utilizzazione teorica D siano stati riparati a regola d'arte; • i lavori di manutenzione correnti e la sostituzione delle parti soggette a usura siano stati effettuati correttamente secondo le

indicazioni del costruttore. Al termine del compimento dell’utilizzazione teorica D, quando si avrà dunque:

S.W.P. : S x f ≥ 1 D

• L’apparecchio di sollevamento non dovrà essere rimesso in servizio se non dopo una revisione generale. • Con una registrazione del modo di utilizzo non strumentale (ovvero solo documentata, con o senza e contatori appropriati), la

revisione generale deve essere effettuata al più tardi 10 dopo la messa in servizio. • L'utilizzatore si incaricherà di fare effettuare la revisione generale dal costruttore o dalle persone autorizzate da quest'ultimo;

essa sarà documentata nei registro di controllo. Il costruttore indicherà al momento di ogni revisione generale: • La nuova utilizzazione teorica D da adottare. • La nuova durata massima fino alla prossima revisione generale

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