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Note sull’equipaggiamento di attrezzature per il sollevamento di carichi sospesi su carrelli elevatori

1 - Quando considerare questa soluzione

Quando si ha necessità di movimentare carichi che devono essere sollevati e movimentati tramite un gancio si prospettano all’utente diverse soluzioni. Le soluzioni da consigliare sono sempre e comunque quelle che contemplano l’utilizzo di mezzi o strutture appositamente costruite per lo scopo : gru o autogru per gli spazi aperti, carroponti o gru delle varie tipologie per l’utilizzo all’interno. Tale scelta risulterà ottimale dal punto di vista della sicurezza e risulterà sempre migliore rispetto all’utilizzo di una macchina adattata in un secondo momento a uno scopo differente da quello originale. Esistono tuttavia casi in cui quanto proposto dal mercato specifico risulta poco pratico, impossibile da utilizzare o difficilmente sostenibile a livello economico. Si pensi ad esempio ad un utilizzatore che si trovi a dover scaricare camion chiusi con l’ausilio di un carroponte, oppure a dover stoccare materiale su scaffalature con un’autogrù . In taluni casi si necessita di un mezzo altamente flessibile, che possa muoversi in ogni direzione e in spazi ridotti, che permetta un movimento di sollevamento perpendicolare al terreno e finemente regolabile. Il mezzo più diffuso con queste caratteristiche è il carrello elevatore, il nostro intento è quello di attrezzarlo adeguatamente in modo da rendere questo utilizzo il più possibile semplice e sicuro, mantenendo un giusto rapporto qualità/prezzo.

2 – Normative e certificazioni

Si definisce apparecchio di sollevamento “Un apparecchio a funzionamento discontinuo destinato a sollevare e manovrare nello spazio carichi sospesi mediante gancio o altri organi di presa“ ( norma UNI-ISO 4306-1 ) L’utilizzo di un apparecchio di sollevamento comporta alcuni obblighi, in sostanza occorre contattare l’ ISPESL della propria zona e predisporre un controllo iniziale da eseguirsi dopo l’istallazione e prima della messa in esercizio. Saranno inoltre necessari controlli trimestrali su funi e catene e controlli periodici dell’apparecchio secondo quanto disposto dal costruttore o dalla prassi ISPESL-INAIL al fine di garantire la funzionalità e la conservazione nel tempo dell’apparecchio. Tali verifiche sono prevalentemente a carico di personale competente, fatte salve le verifiche da eseguirsi tramite organo di vigilanza secondo quanto disposto all’allegato 7 del d. lgs. 81/2008 ( normalmente si tratta di verifiche biennali ).

Le attrezzature di cui parliamo in questa breve guida consento di fatto l’utilizzo del carrello elevatore come apparecchio di sollevamento e consentono il sollevamento e la movimentazione di carichi sospesi tramite gancio, è quindi indubbio l’obbligo per il datore di lavoro che intenda utilizzarle di rispettare quanto prescritto nel d. lgs. 81/2008. Le attrezzature sono fornite di certificato di conformità rispetto alla direttiva macchine in vigore, sono conformi ovviamente anche a quanto prescritto nel decreto appena citato, tuttavia occorre avere ben chiaro che si tratta di attrezzature intercambiabili per carrelli elevatori e quindi occorre la certezza che anche l’insieme carrello-attrezzatura rientri in quanto prescritto dalla normativa. Questo punto è tutt’altro che scontato e rappresenta purtroppo il principale problema da superare per chi, essendo già in possesso di un carrello elevatore, volesse applicarvi le nostre attrezzature.

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3 – Cosa fare per operare nel rispetto della normativa

1. Verificare che la scelta di montare sul proprio carrello elevatore un’attrezzatura del tipo descritto sia lascelta migliore possibile.

2. Prima di procedere all’acquisto contattare la sede ISPESL o INAIL del proprio territorio e informarsi sugliobblighi da rispettare, su eventuali novità, sulla correttezza di quanto riportato in queste righe.Leggere quanto riportato nei paragrafi successivi, verranno fornite indicazioni utili a capire leproblematiche principali riguardanti il movimento del carico e la stabilità del carrello che rappresentano ilpunto focale del discorso sicurezza.

3. Verificare che il carrello elevatore sul quale si intende montare l’attrezzatura sia idoneo allo scopo( aiutarsi con quanto descritto al paragrafo 4 ), si possono percorrere diverse strade :3.1. Contattare il costruttore del carrello elevatore e richiedere un documento che attesti l’idoneità

del carrello all’utilizzo combinato con l’attrezzatura ( difficile per carrelli datati ). 3.2. Contattare enti specializzati nella ricertificazione di carrelli elevatori ( esempio ICEPI, Ente

certificazione macchine ) . 3.3. Concordare direttamente con ISPESL o INAIL eventuali modifiche da effettuare sul carrello e

definire i parametri necessari per operare in effettiva sicurezza con il mezzo di cui si dispone. 4. Una volta verificata la fattibilità dell’accoppiamento attrezzatura - carrello e l’effettiva funzionalità della

soluzione considerata procedere all’acquisto. 5. Contattare ISPESL o INAIL e accordarsi per il controllo iniziale prima della messa in esercizio.

4 – Sicurezza – rischi connessi all’oscillazione del carico

Compatibilità carrello - attrezzatura

L’utilizzo del carrello elevatore comporta di per sé rischi dovuti al ribaltamento della macchina ( laterale in curva, frontale per sovraccarico o arresto non graduale ) e rischi dovuti alla perdita del carico ( il quale è normalmente sorretto dalle forche e vincolato a esse dal solo attrito ). Con l’utilizzo di attrezzature munite di gancio si eliminano ( ad eccezione di situazioni che vedono rotture e cedimenti strutturali ) i rischi relativi alla perdita del carico, ma aumentano quelli collegati al ribaltamento. Il discorso che segue è semplificato e approssimato in modo da facilitarne la comprensione e renderla possibile anche a chi non è in possesso di alcuna nozione preliminare, i risultati che si otterranno sono comunque validi a meno di un’approssimazione accettabile.

4.1 CONCETTI PRELIMINARI

Su un carrello elevatore immobile che sopporta un carico sollevato agisce una sola forza rilevante, quella di gravità. Tale forza è definita come il prodotto della massa ( di carrello e carico ) per l’accelerazione di gravità e può pensarsi applicata nel centro di massa (comunemente detto baricentro ) dell’ insieme considerato e rivolta sempre verso il centro della terra (può considerarsi perpendicolare al terreno, se non inclinato ).

Per muovere un corpo immobile occorre applicare ad esso una forza, la quale produce un’accelerazione il cui valore dipende dalla massa del corpo. Quando il corpo si muove a velocità costante la risultante delle forze applicate su di esso è nulla, per fermarlo occorre decelerarlo tramite una nuova forza rivolta in senso contrario ( anche parzialmente ).

Quando si affronta una curva ( o in generale quando un corpo si muove su una traiettoria non rettilinea ) a velocità costante si subisce un’accelerazione centrifuga rivolta verso l’esterno della curva che aumenta con il quadrato della velocità ( tangenziale ) e diminuisce all’aumentare del raggio della curva.

Normalmente il carrello ha una portata nominale, la quale ci indica il carico massimo sollevabile a una data distanza. Rimanere entro il limite dovrebbe garantire la stabilità e l’integrità del carrello. Ci proponiamo di stabilire un limite ( di velocità e carico ) entro il quale, pur considerando tutte le sollecitazioni aggiuntive agenti sulla macchina, si rientra nella portata nominale della macchina.

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4.2 CONOSCERE IL PROPRIO CARRELLO

Occorre reperire dalla targhetta, dalla scheda tecnica, presso il costruttore o sperimentalmente alcuni dati, da riportare nella scheda sottostante sostituendo quelli riportati in corsivo, che fungeranno da esempio.

Compilare la seguente scheda :

Rilevamento dati dalla targhetta Portata nominale Pn: 3000 kg con baricentro del carico bc a 0,5 m Distanza asse ruote anteriore – spalla della forca ( oppure piastra se sprovvisti di forche ) x: 0,45 m Larghezza del carrello esterno ruote anteriori La = 1, 2 m

Esecuzione prova in piena velocità : Su un ampio spiazzo tracciare a terra 2 linee sufficientemente lontane, posizionarsi a debita distanza. Accelerare fino alla massima velocità e percorrere, con traiettoria rettilinea, il tratto tra le 2 linee rilevando il tempo impiegato. Una volta raggiunta la seconda linea eseguire una frenata di emergenza e arrestare completamente la macchina, successivamente misurare lo spazio di frenata. Se si vuole utilizzare un carico simile a quello che si intende movimentare ricordarsi di ancorarlo al carrello, si consiglia vivamente la prova a carrello scarico, con forche a 10 cm dal terreno. In alternativa cercare i dati sulla velocità e la frenata nella scheda tecnica o presso il costruttore.

Sa ( scelta ): 20 m Sf ( misurata ) : 6 m Tempo di percorrenza di Sa, ta ( misurato ) : 4 secondi

Stabilire sulla base di prove anche un raggio di curvatura minimo che si è in grado di affrontare in piena velocità, con il carrello scarico, senza correre il rischio di ribaltarsi. R ( scelto / misurato ) : 5 m

4.3 CONOSCERE IL CARICO DA MOVIMENTARE Scegliere il carico, tra i vari possibili, con la massa e l’altezza maggiori.

Massa del carico mc : 500 kg Altezza complessiva carico + catene H : 1,5 m Distanza punto di aggancio - limite del carico L : 0,6 m Altezza massima a cui si intende sollevare il carico Ht : 3,5 m Distanza agganci-baricentro carico Hg : 1 m

4.4 SCEGLIERE IL TIPO DI GRU Per gru agganciate sciegliere in base alla portata del carrello, per inforcabili in base alla portata delle forche. Definire la distanza massima a cui si vuole posizionare il gancio. Modello : GR30; L=2,5 m Da catalogo :

- Portata : 951 kg a 2,5 m ( normalmente è simile alla portata massima nominale statica del carrello) - Massa ( Ma ) : 182 kg con baricentro a 0,917 m ( ba )

Sa Sf

H

L

Ht Hg

4

4.5 RICAVARE LE CARATTERISTICHE DEL CARRELLO

Grazie alla prova descritta al punto 4.2 ( meglio se ripetuta 3 volte, considerando la media dei risultati ottenuti ) possiamo ricavare i seguente dati :

Velocità massima del carrello = Vmax = Sa/ta = 20/4 = 5 m/s ( per avere il dato in km/h e fare un raffronto con la propria percezione della velocità moltiplicare per 3,6; 18 km/h)

La decelerazione massima prodotta nella frenata è d = Vmax2/Sf Nel nostro esempio d = 25/6 = 4,16 m/s2

Percorrendo alla velocità massima una curva con raggio R prima definito si genera una accelerazione diretta

verso l’esterno della curva r

Vac

2max = 5 m/s2

4.6 DETERMINARE LE SITUAZIONI CRITICHE

Esse sono principalmente 2, più una combinazione di queste : - Frenata di emergenza in piena velocità - Curva con raggio minimo in piena velocità - Frenata di emergenza in curva in piena velocità

Si possono considerare le varianti con carico movimentato vicino al terreno e con carico in quota, si rende necessario fare una scrematura presupponendo che chi utilizza il carrello sia in possesso, se non delle nozioni che dovrebbe possedere per legge, quantomeno di quel minimo di istinto di sopravvivenza che possa spingerlo a evitare queste situazioni :

- Frenata di emergenza in piena velocità con carico alto - Curva con raggio minimo in piena velocità con carico alto - Frenata di emergenza in curva in piena velocità

Ciò significa lasciare al carrellista la possibilità di movimentare il carico vicino al suolo alla massima velocità, vietandogli però di effettuare sterzate in piena velocità e con raggio stretto in prossimità di ostacoli o persone in modo da evitare possibili frenate di emergenza durante la percorrenza in curva.

Si considerano invece come possibili una frenata in piena velocità con carico basso ( ad esempio per non investire un passante distratto ) e la percorrenza in curva a massima velocità ( nei limiti prima scelti in base all’esperienza personale ).

Tra queste due situazioni esistono alcune differenze :

FRENATA D’EMERGENZA : non si può modulare per evitare il ribaltamento non può essere prevista con certezza deve evitare l’abbattimento dell’ostacolo che si trova di fronte deve evitare il ribaltamento del carrello una riduzione significativa della velocità potrebbe compromettere i tempi di lavoro una riduzione della coppia frenante, che eviterebbe il ribaltamento, sarebbe

penalizzante per lo spazio di frenata e l’incolumità dell’ostacolo

PERCORRENZA IN CURVA : Il raggio può essere ampliato per ridurre l’accelerazione, una volta percepita

l’instabilità Una percorrenza a bassa velocità non compromette significativamente i tempi di

lavoro

La situazione a cui si dovrà prestare maggiore attenzione è quindi la prima, considereremo comunque anche la seconda.

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4.7 ANALISI DELLE SOLLECITAZIONI IN CASO DI FRENATA D’EMERGENZA

Durante l’analisi si eseguiranno varie approssimazioni sia numeriche che concettuali allo scopo di rendere comprensibile a tutti la trattazione, pur ottenendo risultati sufficientemente precisi. Il punto di vista da adottare è quello dell’osservatore che si trova seduto sul carrello.

Una volta effettuata la frenata il carico oscilla inclinandosi dapprima in avanti con un angolo a* , per poi invertire il senso di rotazione diverse volte con un effetto pendolo sempre più smorzato fino a trovare il suo equilibrio con un angolo di inclinazione a. A questo punto, durante tutto il tempo di frenata rimanente, il carico si manterrà in questa configurazione, per poi tornare alla posizione originale una volta completamente fermi.

L’angolo a si determina con buona approssimazione come radgd 4,0)

8,916,4arctan()arctan(

( 1 radiante è circa 57,3 gradi, percui 0,4 rad sono equivalenti a circa 23° ) (l’arcotangente indica l’angolo relativo a un certo valore della funzione tangente, è spesso riportato sulle calcolatrici come tan-1(x) )

(se non si ha modo di calcolare l’arcotangente si consideri che l’angolo è circa 5,5° x d , se d compresa tra 1 e 6 )

Il carico inclinandosi effettua diversi passaggi all’angolo di equilibrio a. Prima di questo angolo la velocità con cui il carico si sposta continua ad aumentare, superato l’angolo inizia a diminuire fino ad annullarsi per un angolo 2* .

a

a*

Sf 6 m

Vmax

5 m/s

Inizio frenata

a Vtc

Fo Fco

FcvFv Fc

Fx

Fy bFx

Cr bFy

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L’angolo b di cui si riduce il valore teorico dell’oscillazione ( che sarebbe il doppio di a)in assenza di attriti e altre dissipazioni dipende dalla conformazione della gru e per quanto riguarda i nostri prodotti è ricavato sperimentalmente. Tale argomento sarà trattato nei paragrafi successivi, per ora considereremo b=0 . Il momento più pericoloso della frenata è quello corrispondente al primo passaggio per questo angolo. In questo caso abbiamo un carico soggetto a varie forze con coppia nulla, ma con una velocità angolare massima. Le forze in gioco sono le seguenti :

- Fv : la forza data dal prodotto di massa del carico x accelerazione di gravità ( il comune peso ) ;

NsmkggmcFv 50008,9500 2

( si pensi che 1000N equivalgono circa a 1 quintale, ragionando in termini obsoleti, ma pratici, di forza peso )

- Fo : la forza data dal prodotto di massa del carico x la decelerazione prodotta dalla frenata del carrello;

NsmkgdmcFo 208016,4500 2

- Fc : la forza data dal prodotto di massa del carico x l’accelerazione centrifuga ;

NmcdmcHgVgmcaccFc 8325004,016,4

2

Questa forza può essere scomposta nelle componenti orizzontale e verticale: - Fco = Componente orizzontale della forza centrifuga = Fc sina = 325 N - Fcv = Componente verticale della forza centrifuga = Fc cosa = 765 N

Nei passaggi successivi per a le forze Fo e Fv si mantengono inalterate, mentre Fc diminuisce vistosamente.

Le sollecitazione attive sul carico vengono contrastate da delle reazioni sul braccio gru, che per comodità potremmo considerare applicate sull’asse del perno del gancio. Raggruppando le forze in orizzontali e verticali sul perno agiscono :

- Fx = Fo+Fco= 2080+325 = 2405 N - Fy = Fv+Fcv= 5000+765 = 5765 N

Queste forze generano dei momenti ribaltanti aggiuntivi . Consideriamo come centro della rotazione in caso di ribaltamento del carrello la linea di contatto tra le ruote e il terreno. Nella vista laterale la linea è rappresentata con il punto Cr. I momenti ( nota: momento è sinonimo di “coppia” ) che tendono a fare ribaltare il carrello sono i seguenti :

- Mrv, il momento ribaltante generato dalla forza Fy e dal suo braccio bFy:, mNLxcFybFyFyMrv 17006)5,245,0(5765)(

- Mro, il momento ribaltante generato dalla forza Fx e dal suo braccio bFx:, mNHFxbFxFxMro 4329)3,05,1(2405)3,0(

Si ha inoltre l’azione della massa dell’attrezzatura, anch’essa soggetta alle accelerazioni g e d, le forze in azione sono :

- Fva ( forza verticale dovuta all’attrezzatura ) = Ma x g = 182x9,8 = 1784 N - Foa ( forza orizzontale dovuta all’attrezzatura ) = Ma x d = 182x4,16 = 757 N

E i relativi momenti : - Mrva = Fva x ba = 1784 x 0,917 = 1636 N x mm - Mroa = Fvo x ( H- 0,2 ) = 757 x 0,8 = 605 N x mm ( si suppone che la distanza tra centro di gravità e il terreno sia circa 200 mm in meno di H )

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4.8 VERIFICA DELLA COMPATIBILITA’ TRA CARRELLO E PORTATA RICHIESTA

Precedentemente avevamo rilevato le seguenti caratteristiche del carrello : Portata nominale Pn: 3000 kg con baricentro del carico bc a 0,5 m Distanza asse ruote anteriore – spalla della forca ( oppure piastra se sprovvisti di forche ) x: 0,45 m

Il momento ribaltante nominale che il carrello può sopportare è :

MRmax = Pn x g x( bc + x ) = 3000 x 9,8 x( 0,5+0,45 ) = 27930 N x m

Per operare entro la portata nominale la soma di tutti I momenti ribaltanti che abbiamo calcolato deve essere inferiore a MRmax :

Mrv + Mro + Mrva + Mroa < Mrmax 17006 + 4329 + 1636 +757 = 25049 < 27930 N x m

La portata è verificata, anche frenando al massimo delle possibilità e alla massima velocità non si supera la portata nominale del carrello. In questo caso non occorrono modifiche al carrello, esso è già idoneo all’utilizzo e se anche nella percorrenza in curva si avrà un esito positivo sarà possibile utilizzarlo senza eseguire modifiche.

Supponiamo invece di voler sollevare 750 kg ( nel catalogo la portata nominale della gru alla distanza considerata è 951 kg, quella del carrello 966 kg ), i momenti ribaltanti variano in questo modo :

mc = 500 kg mc = 750 kg ( + 50% ) Mrv =17006 Mrv = 25509 ( + 50% ) Mro = 4329 Mro = 6493 ( + 50% ) Mrva = 1636 Mrva = 1636 Mroa = 605 Mroa = 605 Mr Tot = 24897 (89% Mrmax) Mr Tot = 34993 ( 125% Mrmax ) Mrmax = 27930 Mrmax = 27930

In questo caso si supera la portata nominale del carrello. Esso probabilmente non si ribalterà, visto che il margine di sicurezza consente di superare la portata nominale di circa il 50%, tuttavia si sta consapevolmente utilizzando il carrello ( seppur prevedibilmente in casi saltuari di emergenza ) al di sopra di quanto raccomandato dal costruttore. In questo caso si hanno 3 possibilità :

- Interpellare il costruttore ed eventualmente richiedere il rilascio di un documento che attesti la possibilità di lavorare, in casi eccezionali, al di sopra della portata nominale

- Ridurre la velocità e la coppia frenante

Concentriamo il nostro interesse sulla seconda possibilità, in questo caso la riduzione di velocità non dovrebbe influenzare ( in linea teorica e ideale ) la decelerazione (d = Vmax2/Sf ). Essendo tutte le forze ( aggiuntive ) considerate dipendenti direttamente da d, a livello di analisi teorica ideale non cambia nulla, la riduzione di velocità non ha effetti. Riducendo la velocità, senza diminuire la coppia frenante, si ottiene semplicemente uno spazio ( e un tempo ) di frenata nettamente minore.

In verità, essendo il movimento di abbassare il pedale non istantaneo, la legge sopra descritta non è valida. Chi volesse può ripetere la prova di frenata a velocità ridotta e verificare l’effettivo valore di d. Si consideri inoltre che più si limita la velocità, più il tempo di frenata è basso. La decelerazione D resta applicata per un tempo ridotto, che sotto un certo valore può anche renderla ininfluente.

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Supponiamo invece di procedere a ridurre la velocità massima del nostro carrello e allo stesso tempo limitarne la frenata in modo da mantenere costante Sf ( la modifica si può eseguire a livello elettronico, oppure limitando la corsa dei pedali, oppure regolando la pressione nell’impianto frenante ). In questo caso si avrà una riduzione di d pari al quadrato della riduzione della velocità ( dimezzando la velocità d si riduce a ¼ ). I parametri dipendenti da d sono : Fo, Fc, a, Foa. I momenti influenzati sono : Mro, Mrv, Mroa. Supponiamo di voler ridurre la velocità massima da 5 m/s a 4 m/s ( - 20% ), modificando la coppia frenante in modo da avere sf sempre = 6 m. La decelerazione d = Vmax2/Sf diventerà 2,66 m/s2 ( -36% )

- L’angolo )arctan(gd

passa da 0,4 rad a 0,26 rad ( 15°, -35%).

- %)58(34650026,066,2 NmcdFc da cui le componenti- Fco = Componente orizzontale della forza centrifuga = Fc sina = 90 N ( -72% ) - Fcv = Componente verticale della forza centrifuga = Fc cosa = 334 N (-56% )

- NsmkgdmcFo 133066,2500 2 ( -36%)

- Foa ( forza orizzontale dovuta all’attrezzatura ) = Ma x d = 182x2,66 = 484 N ( - 36% )

I momenti subiscono una riduzione analoga, in tabella i nuovi valori :

Vmax = 5 m/s Sf = 6 m Vmax = 5 m/s Sf = 6 m Vmax = 4 m/s Sf = 6 m mc = 500 kg mc = 750 kg ( + 50% ) mc = 750 kg ( + 50% ) Mrv =17006 Mrv = 25509 ( + 50% ) Mrv = 22668 ( +33% ) ( -11%) Mro = 4329 Mro = 6493 ( + 50% ) Mro = 2556 ( - 40% ) ( - 61% ) Mrva = 1636 Mrva = 1636 Mrva = 1636 Mroa = 605 Mroa = 605 Mroa = 387 ( -36%) ( -36%) Mr Tot = 24897 (89% Mrmax) Mr Tot = 34993 ( 125% Mrmax ) Mr Tot = 27247 ( 98% Mrmax ) Mrmax = 27930 N x m Mrmax = 27930 N x m Mrmax = 27930 N x m

Come si può vedere riducendo del 20% la velocità e la forza frenante ( in modo da mantenere gli stessi spazi di arresto ) siamo rientrati nella portata nominale del carrello pur avendo aumentato il carico rispetto al caso precedente del 50%. Anche in questo caso il carrello, dopo le modifiche ( effettuate da un tecnico specializzato, tramite regolazioni che dovrebbero essere possibili senza modificare la macchina) risulta compatibile con l’utilizzo.

4.9 ANALISI DELLE SOLLECITAZIONI DURANTE LA PERCORRENZA IN CURVA A VELOCITA’ COSTANTE

Anche in questo caso si adotteranno approssimazioni volte a semplificare il discorso, il punto utilizzato di vista è sempre quello del carrellista. Nel rilevamento dei dati del carrello avevamo supposto di poter percorrere in piena velocità ( 5 m/s ) una curva di raggio 5 m senza carico e senza perdere stabilità

r

acc acc

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Percorrendo la curva tutti i corpi in moto a velocità costante subiscono un’accelerazione verso l’esterno

rVcracc

22 ( w è la velocità angolare di percorrenza, Vc è la velocità tangenziale di percorrenza ).

Questa accelerazione provoca l’inclinazione laterale del carico, su tutti i corpi agisce ora una forza orizzontale aggiuntiva che tende a destabilizzare il carrello. A questa forza occorre aggiungere come nel caso precedente la forza centrifuga che agisce sul carico in rotazione.

Definiamo l’angolo d come l’angolo formato dalla retta giacente su un piano verticale r (che passa per ilcentro del perno e interseca la linea giacente sul terreno corrispondente all’ingombro esterno della ruota

anteriore del carrello) e una retta verticale. Chiameremo d angolo di sicurezza, esso si può calcolare così :

)*2

arctan(HLa

in cui La è la larghezza del carrello in prossimità delle ruote anteriori prima rilevata e H* è l’altezza da terra del centro del gancio ( circa uguale a H + altezza da terra del carico ).

Nel nostro esempio abbiamo La =1,2 m e H* = H + 0,3 = 1,8 m. 18)6,32,1arctan(

Se la risultante delle forze Fr è inclinata rispetto alla verticale di un angolo inferiore a d svilupperà unacoppia con effetto stabilizzante rispetto al ribaltamento laterale del carrello. Se invece l’angolo di inclinazione

di Fr, che chiameremo g è superiore a d si avrà un’effetto destabilizzante che diminuirà progressivamentela stabilità del carrello fino a provocarne il ribaltamento laterale. Nella nostra analisi cercheremo il valore di velocità Vc massimo entro il quale l’azione del carico appeso risulta stabilizzante. L’inclinazione della forza Fr rispetto alla verticale si calcola così :

)arctan(g

acc dove r

Vca cc

2

come appena definito e g = accelerazione di gravità = 9,8 m/s2.

Per conservare intatta la naturale stabilità del carrello occorre rispettare la disuguaglianza .

Fc

Fo

Fv

Fr

g

d H*

La

r

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Sostituendo i termini con le rispettive formule si ottiene :

)*2

arctan()arctan()arctan(2

HLa

grVc

gacc

da cui, considerando che il range degli angoli è

comunque compreso tra 0 e 90° si ottiene :

*2

2

HLa

grVc

che nel nostro esempio diventa : 6,32,1

8,9552

e quindi : 33,051,0 .

La disuguaglianza non è verificata, occorrerà quindi diminuire la velocità del carrello o aumentare il raggio di curvatura ( considerando di non poter diminuire H* a causa della conformazione del carico ).

La velocità limite per la quale l’azione di Fr non ha effetti sul carrello si calcola semplicemente così :

6,32,18,95

*2

H

LagrVc = 4,04 m/s

Limitando quindi la velocità a 4,04 m/s si può percorre in pieno una curva di raggio 5 m, a patto che il perno del gancio si trovi a non più di 1,8 m dal suolo.

Con la stessa formula è possibile calcolare anche la velocità massima di percorrenza in relazione all’altezza del gancio, supponiamo di dover movimentare in curva un carico con H* = 4 m,

si calcola 8

2,18,95*23

HLagrVc m = 2,7 m/s ( = 9,8 km/h ).

Si noti che il limite che si impone sulla velocità di percorrenza non è particolarmente restrittivo per quanto riguarda le prestazioni del carrello. Percorrere una curva del tipo considerato a 4,04 m/s significa percepire una sollecitazione laterale su se stessi pari a un terzo del proprio peso, occorrerà puntellarsi con mani e piedi per non scivolare dal sedile, un ribaltamento laterale in queste occasioni non è quindi da considerarsi una fatalità dovuta ad un imprevisto ( come nel caso del ribaltamento in avanti in frenata d’emergenza ), ma la logica conseguenza di un atto di imprudenza volontaria da parte del guidatore.

4.10 VELOCITA’ DI MANOVRA IN QUOTA

Si è parlato fino ad ora di situazioni critiche dovute alle alte velocità di utilizzo, quando si deve eseguire una manovra in quota ( ad esempio posizionare il corpo su un piano sopraelevato ) è obbligatoriamente necessario procedere a velocità molto ridotte, sia il carico trasportato sospeso oppure appoggiato. I momenti ribaltanti dovuti alle accelerazioni visti nei casi precedenti hanno bracci molto maggiori, per questa ragione le forze orizzontali in gioco dovranno essere ridotte al minimo. Senza dilungarci vogliamo dare un indicazione in merito alle velocità di manovra :

- Posizionamento con sterzata del carrello Il caso è riconducibile a quello della percorrenza in curva, si consideri però che da fermo un carrello può sterzare anche con raggi ridottissimi. Supponiamo di manovrare con raggio 1 m, il perno del gancio si trova a 6 m dal terreno, applicando la formula esposta al paragrafo precedente otteniamo :

122,18,91

*2

H

LagrVcmanovra = 1 m/s ( 3,6 km/h )

Se manovriamo ad altezze superiori o sterziamo su raggi ancora minori la velocità va ridotta, al contrario si può aumentare gradualmente. I carrelli elevatori frontali di rado superano alzate di questo tipo, questo limite è quindi genralmente valido come limite per effettuare l’operazione in sicurezza. - Avanzamento rettilineo ( accelerazione e frenata ) Il caso è riconducibile a quello della frenata di emergenza, occorre tuttavia considerare che l’azione del freno non è istantanea ( di tipo on/off) ma è applicata gradualmente seppur in un tempo brevissimo. Supponiamo

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che l’operatore impieghi per affondare il pedale del freno ( o rilasciare l’acceleratore e utilizzare il freno motore ) almeno 0,3 secondi. Supponiamo di voler arrestare il carrello in uno spazio massimo di 5 cm, la velocità di ingresso ( considerata nel breve tempo la variazione lineare ) dovrà essere non superiore a

tfsfV 2max 0,33 m/s ( = 1,2 km/h )

Con questi dati il valore della decelerazione ( d ) che era il fulcro delle considerazioni al paragrafo 4.7

diventa : tf

Vd max1,1 m/s2

Approssimando per brevità possiamo considerare tutte le componenti orizzontali ridotte a ¼ rispetto a quanto calcolato nel caso di frenata di emergenza, le componenti dovute all’accelerazione centrifuga diventano invece trascurabili. Si consideri quindi che si rientra nel margine di sicurezza se si lavora con la piastra del carrello ad un’altezza massima pari a 4 volte quella considerata precedentemente nel caso di frenata con carico vicino al terreno. Essendo bFx del nostro esempio = 1,8 il limite di velocità trovato è valido per altezze fino 7,2 m ( per maggior precisione si possono ripetere i calcoli sostituendo d e bFx con i valori corretti in caso di manovra in quota ).

In generale una velocità di manovra in quota estremamente ridotta è consigliata e consente un’elevata precisione nella manovra e un buon margine di sicurezza. I valori riportati sono in linea con quanto il carrellista dovrebbe già conoscere a seguito dei normali corsi di formazione.

4.11 TABELLE APPROSSIMATE Per chi non avesse dimestichezza con i calcoli o avesse necessità di ottenre rapidamente un valore approssimato ecco le tabelle riguardanti le 2 situazioni critiche analizzate

Distanza gancio - piastra del carrello ( m ) %)( xbcPn

xLmc

0,5 1 2 3 4 0,5 62% 67% 71% 72% 73%

1 52% 59% 65% 68% 70% 2 40% 48% 57% 62% 64% 3 32% 40% 50% 56% 60% 4 27% 35% 45% 51% 56% 5 23% 31% 41% 47% 52% 6 20% 27% 37% 44% 49% 7 18% 25% 34% 41% 46% al

tezz

a de

l per

no d

el

ganc

io d

a te

rra

( m

)

8 16% 23% 32% 39% 44% Tabella 4.11.1 Portata di sicurezza, espressa in %Portata nominale, in relazione a distanza e altezza carico. Si è ipotizzato X=0,4 m; d = 4,16 m/s2

Distanza gancio - piastra del carrello ( m ) mc / Pn 0,5 1 2 3 4 0,5 62% 43% 26% 19% 15%

1 52% 38% 25% 18% 14% 2 40% 31% 21% 16% 13% 3 32% 26% 19% 15% 12% 4 27% 22% 17% 14% 11% 5 23% 20% 15% 13% 11% 6 20% 18% 14% 12% 10% 7 18% 16% 13% 11% 9% al

tezz

a de

l per

no d

el

ganc

io d

a te

rra

( m

)

8 16% 14% 12% 10% 9% Tabella 4.11.2 Carico massimo trasportabile a una determinata distanza e altezza, espresso come %Pn ( carico nominale del carrello a 500 mm ). Ipotesi precedenti valide.

12

Tabella 4.11.3 Velocità massima di percorrenza in curva per carrello con carreggiata 0,8 m

raggio di sterzata ( m ) Velocità massima ( m/s) 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 4 5 6 7 8 9 10

0,6 2,2 2,7 3,1 3,5 3,8 4,1 4,4 4,7 4,9 5,2 5,4 6,3 7,0 7,7 8,3 8,9 9,4 9,9 0,8 1,9 2,3 2,7 3,0 3,3 3,6 3,8 4,1 4,3 4,5 4,7 5,4 6,1 6,6 7,2 7,7 8,1 8,6

1 1,7 2,1 2,4 2,7 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,8 5,4 5,9 6,4 6,9 7,3 7,7 1,2 1,6 1,9 2,2 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,8 4,4 4,9 5,4 5,9 6,3 6,6 7,0 1,4 1,4 1,8 2,0 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1 3,2 3,4 3,5 4,1 4,6 5,0 5,4 5,8 6,1 6,5 1,6 1,4 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,0 3,2 3,3 3,8 4,3 4,7 5,1 5,4 5,8 6,1 1,8 1,3 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,7 2,9 3,0 3,1 3,6 4,0 4,4 4,8 5,1 5,4 5,7

2 1,2 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,4 2,6 2,7 2,8 3,0 3,4 3,8 4,2 4,5 4,8 5,1 5,4 2,2 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,3 2,5 2,6 2,7 2,8 3,3 3,7 4,0 4,3 4,6 4,9 5,2 2,4 1,1 1,4 1,6 1,8 1,9 2,1 2,2 2,3 2,5 2,6 2,7 3,1 3,5 3,8 4,1 4,4 4,7 4,9 2,6 1,1 1,3 1,5 1,7 1,8 2,0 2,1 2,3 2,4 2,5 2,6 3,0 3,4 3,7 4,0 4,3 4,5 4,8 2,8 1,0 1,3 1,4 1,6 1,8 1,9 2,0 2,2 2,3 2,4 2,5 2,9 3,2 3,5 3,8 4,1 4,3 4,6

3 1,0 1,2 1,4 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,8 3,1 3,4 3,7 4,0 4,2 4,4 3,5 0,9 1,1 1,3 1,4 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,6 2,9 3,2 3,4 3,7 3,9 4,1

4 0,9 1,1 1,2 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,4 2,7 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,5 0,8 1,0 1,1 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,3 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

5 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,2 2,4 2,7 2,9 3,1 3,3 3,4 5,5 0,7 0,9 1,0 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,6 1,7 1,8 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3

dist

anza

per

no d

el g

anci

o - t

erra

( m

)

6 0,7 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,6 1,7 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,1 Tabella 4.11.4 Velocità massima di percorrenza in curva per carrello con carreggiata 1,2 m

raggio di sterzata ( m ) Velocità massima

( m/s) 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 4 5 6 7 8 9 10 0,6 1,8 2,2 2,6 2,9 3,1 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 5,1 5,7 6,3 6,8 7,2 7,7 8,1 0,8 1,6 1,9 2,2 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,8 4,4 4,9 5,4 5,9 6,3 6,6 7,0

1 1,4 1,7 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,1 3,3 3,4 4,0 4,4 4,8 5,2 5,6 5,9 6,3 1,2 1,3 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,7 2,9 3,0 3,1 3,6 4,0 4,4 4,8 5,1 5,4 5,7 1,4 1,2 1,4 1,7 1,9 2,0 2,2 2,4 2,5 2,6 2,8 2,9 3,3 3,7 4,1 4,4 4,7 5,0 5,3 1,6 1,1 1,4 1,6 1,8 1,9 2,1 2,2 2,3 2,5 2,6 2,7 3,1 3,5 3,8 4,1 4,4 4,7 4,9 1,8 1,0 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,6 3,0 3,3 3,6 3,9 4,2 4,4 4,7

2 1,0 1,2 1,4 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,8 3,1 3,4 3,7 4,0 4,2 4,4 2,2 0,9 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,7 3,0 3,3 3,5 3,8 4,0 4,2 2,4 0,9 1,1 1,3 1,4 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,6 2,9 3,1 3,4 3,6 3,8 4,0 2,6 0,9 1,1 1,2 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,5 2,7 3,0 3,2 3,5 3,7 3,9 2,8 0,8 1,0 1,2 1,3 1,4 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,0 2,4 2,6 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7

3 0,8 1,0 1,1 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,3 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,5 0,7 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,8 2,1 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,3

4 0,7 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,6 1,7 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,1 4,5 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,5 1,6 1,9 2,1 2,3 2,5 2,6 2,8 3,0

5 0,6 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,3 1,4 1,5 1,5 1,8 2,0 2,2 2,3 2,5 2,7 2,8 5,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,3 1,4 1,5 1,7 1,9 2,1 2,2 2,4 2,5 2,7

dist

anza

per

no d

el g

anci

o - t

erra

( m

)

6 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,1 1,2 1,3 1,3 1,4 1,6 1,8 2,0 2,1 2,3 2,4 2,6

13

Distanza gancio - piastra del carrello ( m ) mc / Pn Manovra 0,5 1 2 3 4

0,5 85,3% 57,7% 35,1% 25,2% 19,6% 1 81,7% 56,1% 34,4% 24,8% 19,4% 2 75,4% 53,0% 33,3% 24,2% 19,1% 3 70,0% 50,3% 32,2% 23,6% 18,7% 4 65,3% 47,8% 31,1% 23,1% 18,3% 5 61,2% 45,6% 30,2% 22,5% 18,0% 6 57,5% 43,5% 29,3% 22,0% 17,7% 7 54,3% 41,7% 28,4% 21,5% 17,4% al

tezz

a de

l per

no d

el

ganc

io d

a te

rra

( m

)

8 51,5% 39,9% 27,6% 21,1% 17,0% Tabella 4.11.5 Carico massimo trasportabile a una determinata distanza e altezza, espresso come %Pn ( carico nominale del carrello a 500 mm ). Condizioni di manovra di precisione, velocità 0,3 m/s, sf = 0,1 m, d=0,9 m/s2

Un esempio pratico :

- Carrello con portata 4000 kg a 0,5 m, distanza asse ruote-piastra (x) 0, 4 m; carreggiata 1,2 metri - Gru modello GR40, con gancio posto a L = 3 metri

Quanto posso sollevare in totale sicurezza ( sfruttando la sola portata nominale del carrello ) se procedo a velocità sostenuta con un carico sospeso, il perno del gancio si trova a 2 metri dal terreno ?

Tabella 4.11.1 il 62% della portata nominale del carrello :[4000 x (0,5+0,4)] x 0,62 = 2232 kg x m Tabella 4.11.2 il 16% del carico nominale sollevabile dal carrello a 500 mm di distanza : 4000 x 0,16 = 640 kg

Devo percorrere una curva, nel mio stabilimento, con raggio 8 metri, a che velocità massima posso farlo in sicurezza ?

Tabella 4.11.3 a 4,8 m/s, ossia oltre 17 km/h

Manovrando a velocità ridottissima ( 0,3 m/s ), che carico posso movimentare a 8 metri di altezza ?

Tabella 4.11.5 il 21% del carico nominale sollevabile dal carrello a 500 mm di distanza : 4000 x 0,21 = 840 kg

Domande tipiche :

Se supero le portate qui indicate posso ribaltarmi : - E’ possibile se le supero ( di quanto dipende dal carrello, ma il margine solitamente non è inferiore al

40% ),se effettuo frenate improvvise e se il carico non appoggia a terra nei primi istanti in cui avviene la perdita di stabilità

Rispetto ai valori ipotizzati riportati come agiscono le variabili che si sono ipotizzate ( considerazioni indicative ):

- x = distanza piastra-asse anteriore = 0,4 m ( per ipotesi ) o x + 0,1 m mc/Pn + 1 %o x - 0,1 m mc/Pn - 1 %

- d = decelerazione massima prodotta dal carrello = 4,16 m/s2

o d – 0,5 m/s2 mc/Pn + (2/D) % ( esempio : dist. gancio-piastra 2 m, +1% )o d +0,5 m/s2 mc/Pn - (2/D) % ( esempio : dist. gancio-piastra 2 m, -1% )valori indicativi validi per piccole variazioni e altezze tra 0,5 e 4 metri

NOTA : I DATI IN TABELLA SONO MENO PRECISI DI QUELLI RICAVATI DAL CALCOLO SECONDO IL PROCEDIMENTO RIPORTATO NEI PARAGRAFI PRECEDENTI E SONO DA CONSIDERARSI ORIENTATIVI

14

4.12 SCHEMA RIASSUNTIVO PER L’AUTOVALUTAZIONE DELL’ IDONEITA’ DELLA MACCHINA

Definire le caratteristiche del prorpio carrello ( par. 4.2 )

Definire le caratteristiche del carico da movimentare ( in caso di carichi vari considerare i casi maggiormente critici )

Definire l’attrezzatura che si desidera acquistare

Gancio inforcabile GI scegliere in base

al massimo carico da sollevare

Gru inforcabile GRI scegliere in base

alla portata delle proprie forche es. Pforche 3000 kg a 500 mm

GRI30

Gru agganciata GR scegliere in base

alla portata delle proprio carrello es. Pcarrello 2000 kg a 500 mm

GR20

Scegliere a che distanza dalla piastra posizionare il carico e valutare la portata richiesta con il massimo carico ( Pr ) rispetto alla portata nominale del carrello ( Pc ). NOTA : portata = (carico x distanza dall’asse anteriore delle ruote)

Pr < 40% Pc Verifica con

tabelle

Marcatura attrezzatura con portata massima = Pr Macchina compatibile

tranne casi eccezionali facilmente individuabili

con semplice colloquio telefonico

40% Pc < Pr < 70% Pc

Lettura paragrafo 4 verifica nelle situazioni

critiche

Si rientra sempre nella portata Pc

Contattare ISPESL/INAIL Esporre le proprie intenzioni e quanto

predisposto Richiedere conferma

valutazione

Dopo aver ricevuto conferma procedere

all’acquisto, alla messa in opera e alla denuncia

Pc viene superata, al massimo del 40%

Contattare il costruttore del carrello e richiedere un

certificato di idoneità all’utilizzo

Risposta positiva

Risposta negativa

Problema in frenata

Proporre riduzioneVmax e coppia

frenante

Problema in curva

Proporre riduzione Vmax

Modifica e ricertificazione approvate Macchina compatibile

Irreperibilità del

costruttore

Risposta negativa

Contattare un ente di certificazione e richiedere assistenza

Soluzione e ricertificazione macchina compatibile

Non fattibilità macchina non idonea

Pc viene superata, di oltre il 40%

70%Pc < Pr < Pc Pc < Pr

Il carrello andrà modificato

Contattare il costruttore

Non si intende valutare Pc e Pr

L’attrezzatura verrà marcata con la

massima portata possibile

Sarà cura dell’utilizzatore

effettuare prima dell’utilizzo le

opportune valutazioni e rispondere agli obblighi di legge

E’ sempre possibile richiedere in un

secondo momento l’emissione di una nuova targhetta in

accordo con le portate delle altre macchine coinvolte nell’utilizzo

15

5 – Conclusioni

Questa guida ha lo scopo di aiutare nella comprensione delle problematiche sull’argomento chiunque fosse interessato all’acquisto o all’utilizzo di un’attrezzatura per la movimentazione di carichi sospesi.

Quanto descritto è ovviamente soggetto a semplificazioni e approssimazioni, l’argomento trattato è nella realtà ricco di sfaccettature che non possono essere considerate senza sacrificare la brevità e la comprensibilità dei concetti espressi ( o quantomeno non possono esserlo nei limiti delle mie capacità esplicative ).

E’ importante vedere le cose per ciò che sono :

- Il carrello elevatore è progettato per evitare il ribaltamento, in casi limite lasciando cadere il carico quando l’azione dello stesso diventa la causa del ribaltamento.

- Queste attrezzature non lasciano cadere il carico, possono evitare infortuni a chi vi circonda, ma vanno utilizzate consapevolmente in quanto il carrello può ora ribaltarsi in occasioni e con condizioni differenti da quanto previsto dai progettisti.

- Queste attrezzature non sono affatto semplici accessori di sollevamento, se lo fossero non consentirebbero al carrello di trattare carichi sospesi. Chi sostiene questo concetto lo fa per semplici fini commerciali, i quali andrebbero però considerati su un piano di priorità ben diverso e certamente in subordine rispetto all’importanza di garantire la sicurezza dell’utilizzatore.

- Se le nostre attrezzature dovessero cedere durante l’utilizzo entro i limiti da noi dichiarati e ben specificati la responsabilità di eventuali danni sarà comunque nostra, sia che abbiate effettuato la regolare denuncia all’INAIL, sia che non l’abbiate ancora fatto.

- Questo stesso discorso deve essere valido anche per il carrello elevatore, nel caso in cui il suo utilizzo rientri nella portata nominale ( non solo statica, ma secondo quanto esposto al paragrafo 4 ), indipendentemente da ciò che applicate alle forche.

- Se i danni sono causati dall’incompatibilità tra macchina e attrezzatura le responsabilità, nel caso non abbiate provveduto a quanto consigliato nel paragrafo 3, ricadono solo su di voi utilizzatori.

Questa guida serve a consentire a voi utilizzatori, essendo in possesso dei concetti base per valutare con i vostri occhi un’eventuale incompatibilità, di evitare il verificarsi di questi danni.

Per qualsiasi dubbio o chiarimento, per qualsiasi osservazione o critica a questo piccolo scritto, nel caso in cui rilevaste inesattezze o errori, non esitate a contattarci. E’ possibile riportare quanto scritto ovunque vogliate, a patto che non si effettuino modifiche e che si abbia la correttezza di non promuovere questo modesto lavoro come proprio.