GRU
GRU [fr. grue; sp. grúa; ted. Kran; ingl. crane)
Le gru sono destinate a sollevare i carichi, con la possibilità di spostarli in senso orizzontale. Esse servono principalmente a caricare e scaricare le merci nei magazzini e nei porti e al trasporto di grandi pezzi in lavorazione negli stabilimenti, fonderie, ecc. La manovra può essere fatta a mano, a vapore, a pressione d'acqua, a elettricità. Quest'ultimo tipo è quello che va prendendo maggior sviluppo.
Le gru a sbalzo sono in generale foggiate secondo lo schema segnato nella fig. 1 dove si ha il fusto c, colonna verticale guidata in due perni, e la volata costituita dal tirante a e dal puntone b, collocati in sbalzo e portanti al loro incontro l'apparecchio di sollevamento, che può essere un semplice paranco o un argano. Alcuni tipi di queste gru hanno i tiranti orizzontali disposti in modo da permettere lo spostamento del paranco sopra di essi potendosi così avere oltre ai movimenti di salita, discesa e orientazione del carico, anche una traslazione in senso radiale; queste sono particolarmente note col nome di gru da fonderia (fig. 2).
Se i perni sui quali sono riportati gli sforzi che si generano nelle parti della gru sono fissati a pareti, queste gru si dicono da parete (fig. 3). Se ne hanno però anche con un solo perno fissate (fig. 4) a una piattaforma, sul quale perno gira la gru, mentre lo sforzo di rovesciamento è equilibrato da opportuno contrappeso o da ammarraggio conveniente della piattaforma come è indicato nelle figg. 5 e 6 che rappresentano una gru fissa a banchina di costruzione De Fries Titano. Dette gru, quando sono montate su carrello scorrevole su un'unica rotaia, si dicono gru velocipedi (fig. 7).
Queste gru si costruiscono per portate fino a 10.000 kg. Per portate superiori si usavano una volta, ma oggi sono quasi abbandonati, tipi analoghi, ma a perno girevole. Esse si dicono anche a fossa perché la colonna di sostegno nella sua parte inferiore e il perno sono collocati nella fossa di fondazione, riducendo così lo sforzo flettente nel perno.
Più comode, perché con organi facilmente ispezionabili e per la facile orientazione, sono le più recenti gru a piattaforma girevole su ruote, sulla quale è montata la volata e l'argano (fig. 8).
Nella fig. 10 è illustrata una gru a vapore costruita dalla ditta Ansaldo. Su un carro ferroviario di tipo adatto ed equilibrato in modo da garantire l'assoluta stabilitȧ della gru è montata la piattaforma girevole portante la caldaia, il meccanismo motore con i congegni per le manovre, e il braccio di gru con gli accessori per il sollevamento. Il movimento di rotazione della gru è fatto meccanicamente con pignone e cremagliera circolare. La caldaia è a tubi di fiamma e il motore è a stantuffo. I movimenti comandati dal motore sono: di traslazione del carro, di rotazione della piattaforma nei sensi sinistrorso e destrorso, di sollevamento e abbassamento del braccio e del carico sospeso alla sua estremità per mezzo di semplici taglie o di benna. Tutti i movimenti sono prodotti con innesti a frizione e coppie d' ingranaggi cilindrici o elicoidali. Le velocitȧ dei varî movimenti sono: velocità di sollevamento: m. 38 al minuto; tempo impiegato per una rotazione completa: 16 secondi; velocità di traslazione del carro: m. 90 al minuto; tempo impiegato nel sollevare o abbassare il braccio per passare dallo sbraccio massimo al minimo: 35 secondi; la portata varia in ragione inversa dello sbraccio come indica lo specchietto:
La gru a vapore per la sua indipendenza ed economicità d'impiego è largamente usata ove l'impianto di una rete di energia elettrica non sia possibile, specialmente nella costruzione di canali e di ponti, nel montaggio di grandi carpenterie di ferro, ecc.
Le gru girevoli nelle quali il movimentti è fatto elettricamente possono avere, come le gru a vapore, due o tre movimenti, i quali si possono produrre con uno o più motori. L'impiego di un motore per ciascun movimento permette una maggiore semplicità degli organi, unitamente a maggiore facilità di manovra e migliore sorveglianza. Naturalmente gli argani sono muniti di lreni (ordinariamente a nastro) che il più delle volte agiscono automaticamente con l'inserzione e con la sospensione della corrente. Nel. la fig. 9 è illustrata una gru elettrica a braccio girevole con benna, montata su carro ferroviario (F. I. A. S., Milano). Ha la portata di 5 tonnellate, tre motori per il sollevamento, la rotazione e la traslazione.
I tipi di gru a perno o a piattaforma si prestano assai bene per essere collocati sopra strutture di carpenteria metallica, e prendono allora il nome di gru a portico o a cavalletto (fig. 11). Il portico o cavalletto è un portale a traliccio metallico, che può scorrere su rotaie, in modo da potere spostare la gru con tutta facilità e da permettere il movimento dei veicoli al disotto di essa. Questi tipi di gruu a portico sono assai usati negli scali portuali e ferroviarî e in grandi stabilimenti, particolarmente nell'industria del gas e nelle industrie chimiche.
Le gru a puntone possono dislocare il carico solo in un piano verticale. Esse sono costituite da una volata a inclinazione variabile, formata da tre puntoni articolati, che si aprono progressivamente dall'alto in basso (figura 12). Mentre il sollevamento verticale del carico è ottenuto con argano ordinario, il suo spostamento orizzontale si fa per mezzo del cambiamento d'inclinazione dei puntoni che si compie o per trazione di catena ammarrata all'estremità superiore della volata o per spostamento orizzontale a mezzo di vite al piede del puntone centrale o ancora modificando la lunghezza.
Un perfezionamento delle precedenti è la gru Derrick con la quale si può variare anche l'orientamento del carico entro un angolo di 180° ÷ 250° e che elimina l'inconveniente di far passare i carichi fra i piedi delle gru. Le figg. 9 e 13 ne illustrano un tipo semplice con travi di legno e un tipo di maggior mole nel quale i puntoni sono in traliccio metallico.
Questo genere di gru è utilizzato principalmente nei cantieri di costruzioni navali e nei porti, nelle costruzioni degli edifici di grande importanza e nelle cave, dove si possono sollevare carichi ingenti fra 60 e 150 tonn., con portata di 15 a 25 m. e con altezze di sollevamento di 15 a 35 m.
Per queste condizioni di carico sono anche diffuse le gru a martello, che possono essere a braccio orizzontale e a volata articolata. Sono gru girevoli a piattaforma nelle quali la volata ha assunto una forma di travata orizzontale. Esse sono costituite di un pilone fisso mezzo al quale può ruotare il fusto verticale della volata, che è completata dal braccio di caricamento e da quello di contrappeso.
Nella fig. 14 è illustrata una gru elettrica a martello (costruzione Nathan-Uboldi, Milano) che ha le caratteristiche: portata 2 ÷ 4 tonnellate; sbraccio m. 29 e 16; corsa verticale m. 32; velocità di sollevamento, m. 12 al 1′; velocità di rotazione m. 30 al 1′; velocità di traslazione del carrello, un giro in 21″.
Simili alle gru a martello sono le gru a torre, molto usate nei cantieri edili. Il basamento della gru è un portale metallico, scorrevole su rotaie, sul quale si eleva una torre a traliccio fissa. In essa è ricavata la cabina di comando. La testata della torre è girevole e porta un braccio mobile di 12÷ 15 ÷ 20 m. che porta all'estremità la carrucola e il gancio di sollevamento. Il braccio può assumere varie inclinazioni, aumentando la portata col diminuire dello sbraccio. L'altezza del gancio, a braccio orizzontale, può superare i 16 m.
La fig. 15 mostra uno schema di gru a torre Wolff, con movimento elettrico a tre motori. Essa ha le seguenti velocità di funzionamento: a) con motore da 11 HP e per carichi da 4000 kg. a 1000 kg. velocità di sollevamento da m. 9 a m. 36 al minuto primo; b) con motore da 25 HP e per carichi da 4000 kg. a 2000 kg. velocità di sollevamento da 22,5 m. a 45 m., al 1′; c) velocità di rotazione con motore di 2 HP giri 1,1 al 1′; d) velocità di traslazione con motore di 11 HP m. 30 al 1.
Le gru a ponte scorrevole (figura 17) sono costituite da un argano posto su un carrello che può spostarsi sopra una travata o ponte, che a sua volta ha la possibilità di essere trasportato orizzontalmente su rotaie sopraelevate. In questo modo i carichi possono essere portati in qualsiasi punto entro un ampio spazio. I ponti scorrevoli sono utilizzati principalmente negli stabilimenti per il trasporto delle varie macchine utensili e di pezzi pesanti da lavorare, nelle fonderie per il movimento delle forme e piazzamento dei diversi elementi e in generale per la manipolazione dei materiali pesanti.
Le gru a ponte più diffuse sono mosse elettricamente o a mano a seconda dei servizî cui sono destinate. Esse raggiungono anche portate di 20 metri e oltre; servono normalmente per carichi non superiori alle 30 ÷ 40 tonn. e per qualche caso speciale ne esistono di 150 ÷ 200 tonn. Il ponte può essere assai semplice cioè composto di una sola trave sulle cui ali inferiori scorre il carrello dell'argano, o di due travi normali collegate alle due testate che formano insieme le guide per il carrello dell'argano (fig. 16). Per portate superiori a 10 m. e per forti carichi si adoperano ponti a traliccio. La traslazione del ponte può essere, come detto, a mano o elettrica. Nel primo caso il meccanismo è generalmente formato da una coppia d'ingranaggi mossi con pulegge a catena ed è posto a un'estremita del ponte. Con questo sistema si possono ottenere solo piccole velocità. Gli argani sono del tipo a ingranaggi o a vite senza fine. Lo spostamento del carrello dell'argano nelle piccole gru si fa a mano con coppie d'ingranaggi e pulegge a catena o anche semplicemente tirando obliquamente la catena del carico. Nelle gru a ponte di maggiore importanza sia per portata del ponte sia per entità del carico massimo da sollevare, tutti i movimenti sonti comandati elettricamente. Si può in questo caso avere un solo motore che per mezzo di opportune trasmissioni provvede a compiere il movimento di traslazione del ponte, lo spostamento del carrello con i meccanismi di sollevamento e il movimento verticale del carico. Meno ingombrante e più comodo è usare per ogni singolo movimento un motore a sé. Generalmente il comando dei varî organi della gru è raccolto in una cabina, dove sono riuniti tutti gli apparecchi necessarî. Il carico è affidato a catene Galle o più generalmente a funi metalliche, le cu estremità si avvolgono separatamente sulle due metà del tamburo dell'argano le quali hanno una gola a elica sinistrorsa e destrorsa per evitare uno spostamento orizzontale del carico. Il tamburo riceve il movimento per mezzo di ingranaggi e di vite perpetua. In molte gru a ponte per poter sollevare carichi leggieri a maggiore velocità si pone un argano ausiliario.
Delle varie forme di corrente elettrica, essendo quella a corrente continua specialmente adatta per il comando di gru nei porti, ove gli impianti di gru rappresentano l'elemento essenziale, vengono allestite vere e proprie sottostazioni o centrali a corrente continua per l'alimentazione di tutti gl'impianti. Dove invece la gru rappresenta un elemento non essenziale, si usa il genere di corrente scelto per gli altri impianti utilizzatori, che per lo più è la corrente alternata trifase a frequenza industriale. Le parti vitali di un equipaggiamento elettrico per gru sono i motori, i controllers e le apparecchiature di comando e di manovra.
I motori a corrente continua si usano sia in serie sia in derivazione. Quelli in serie si adattano facilmente alle variazioni di carico e sopportano sovraccarichi eguali a 2,5 ÷ 3 volte il carico normale, anche per qualche tempo; hanno un breve periodo di avviamento e una grande coppia motrice, la loro velocità varia a seconda del carico da sollevare. Sono applicati nella maggior parte degli apparecchi di sollevamento ove il carico non può mai essere assolutamente nullo. Facendo funzionare il motore come generatore si ottiene una regolazione della velocità di discesa dei carichi. I motori in derivazione hanno un momento motore più debole di quelli in serie, e una velocità che rimane costante per tutti i carichi. Non sopportano sovraccarichi. Con l'aumento della velocità lavorano come generatori e hanno azione frenante.
I motori a corrente trifase hanno velocità costante per tutti i carichi; possono sopportare un sovraccarico pari a 2,5 ÷ 2,8 la coppia motrice normale. Si comportano in maniera simile ai motori a corrente continua in derivazione. Hanno l'inconveniente di richiedere per l'avviamento un'intensità di corrente 3 ÷ 4 volte superiore a quella normale.
Il funzionamento di sollevamento è sempre intermittente, cosicché avendo i motori il tempo necessario per raffreddarsi si deve, per un concetto di economia, scegliere la potenza del motore in relazione alla capacità di sopportare un certo carico per un periodo di tempo determinato. Si usa, di conseguenza, distinguere: la potenza semioraria, cioè quella che un motore può sviluppare ininterrottamente per mezz'ora senza riscaldarsi eccessivamente, adatta per servizî relativamente leggieri; la potenza di 45 minuti, detta generalmente potenza della gru; la potenza oraria, per servizî pesanti, come nel caso di gru dei porti per merci sciolte, e infine la potenza di 90 minuti, riservata agli apparecchi da acciaierie.
La messa in marcia dei motori si fa gradualmente per mezzo di reostati di avviamento, che hanno il compito d'impedire che la corrente nell'indotto superi il doppio e il triplo della corrente normale. Gli apparecchi di comando sono generalmente dei controllers simili a quelli dei tramvai.
Le dimensioni dei controllers sono determinate dalla potenza dei motori. Il gran numero dei settori, ossia delle resistenze che li costituiscono, permette un avviamento e un arresto senza scosse e anche una grande facilità di regolare la velocità.
Bibl.: F. Barbacini, Apparecchi elettrici di trasporto e sollevamento, Roma 1926; A. Ernst, Die Hebezeuge, Berlino 1903; L. Rousset, Appareils de levage, Parigi 1913; Hütte, Manuale Enciclopedico della ingegneria, vol. II, Milano 1928; Förster, Manuale del costruttore, Milano 1922; H. Bethmann, Les appareils de levage, Parigi 1914; H. Wilda, The Design of Cranes and Hoists, 1925; F. E. Chilton, Electric Cranes and Hauling Machines, 1923.