Il gioiello della diga

L'azienda ceca presenta un ascensore per barche unico che soddisfa i severi requisiti nell'ambito di un progetto di modernizzazione.

presentato da EL-VY spol. sro

In occasione del 60esimo compleanno dell'acquedotto, sulla diga di Orlická nella Repubblica Ceca è stato realizzato un nuovo ascensore per barche per la vela sportiva. La modernizzazione del sistema di sollevamento delle navi ha comportato una sostituzione completa della tecnologia e un aumento della capacità di trasporto e dei parametri delle navi trasportate. Le maggiori richieste da parte dell'investitore del bacino della Moldava erano quelle di aumentare la velocità del trasporto navale, garantire un'elevata affidabilità operativa e, oltre al comfort, soprattutto aumentare la sicurezza delle persone trasportate. Il fornitore generale del montacarichi è stata la Metrostav as, mentre il trasportatore dell'intera parte tecnologica è l'azienda a conduzione familiare ceca EL-VY spol. sro a Chrudim.

Ascensore per navi: un dispositivo unico

L'ascensore per barche presso la diga di Orlická è unico e non può essere legalmente classificato tra le attrezzature standardizzate come l'ascensore inclinato o la funivia terrestre. Per un tragitto dalla superficie dell'acqua della diga di Kamýk alla superficie dell'acqua della diga di Orlická, l'ascensore per barche sale per circa 70 m sopra la cresta della diga e poi scende per circa 12 m fino al livello della diga di Orlík. L'ascensore per barche viene utilizzato per il trasporto di piccole imbarcazioni sportive con trasporto di persone nella cabina dell'ascensore. Generalmente fornisce il trasporto a tutti i tipi di imbarcazioni, dai barchini, kayak o moto d'acqua fino ai più grandi motoscafi sportivi e barche a vela che circolano sulle vie d'acqua della Repubblica Ceca.

Più di 10 designer della EL-VY spol. hanno partecipato alla risoluzione dei problemi e delle complicazioni della progettazione, tra cui Koupený Sro e ADIMG Sro. Il loro compito era raddoppiare la capacità di sollevamento del sollevatore dalle 6.6 t originali a 3.5 t, estendere la possibile lunghezza della nave trasportata da un massimo di 8 m a 10 m, per predisporre un aumento del pescaggio massimo possibile delle navi da 1.2 ma 1.4 me per risolvere il sistema di fissaggio della nave trasportata sull'area di carico dell'ascensore. 

Questi difficili compiti sono stati portati a termine grazie alla costruzione esistente del binario, sulla quale non è possibile intervenire facilmente. La tecnologia dell'auto è in grado di gestire i parametri richiesti e, quando l'autonomia sul lato aria sarà approfondita, sarà possibile trasportare imbarcazioni con un pescaggio di 1.4 m.

Come funziona la spedizione

L'ascensore per imbarcazioni della diga di Orlická funziona secondo il principio di una cesta asciutta in cui viene fissata l'imbarcazione da trasportare. Ogni volta, la cesta viene completamente immersa nell'acqua, lasciando fuori dall'acqua solo le gambe laterali della cabina con la cabina stessa. L'imbarcazione galleggia all'interno della "cesta" della cabina dell'ascensore, dove viene posizionata al centro dell'area di carico tramite parallelogrammi elettromeccanici e fissata mediante cinghie di tensione a controllo elettrico. L'imbarcazione viene trasportata con la sola chiglia appoggiata sul pavimento della cabina. A causa delle forze dinamiche e delle limitate risorse di energia elettrica disponibili sulla cabina, non è possibile trasportare le imbarcazioni in posizione sospesa. Il fissaggio iniziale dell'imbarcazione e il suo ancoraggio alla cabina vengono effettuati con cautela, poiché è necessario sollevare la cabina dell'ascensore in modo che l'imbarcazione atterri con la chiglia sul fondo. Successivamente, il fissaggio viene completato e l'equipaggio lascia il ponte dell'imbarcazione per accedere alla cabina dell'ascensore attraverso le porte di sicurezza che fungono da porte di accesso.

La gabbia viene spinta alla velocità di 1 m/s fino alla sommità del terrapieno. L'azionamento dell'ascensore è un tamburo su due cavi nella sala macchine, che si trova sulla piattaforma girevole centrale del dispositivo. L'impianto dell'ascensore è in posizione parcheggiata sulla piattaforma girevole alla sommità del terrapieno.

È su questa piattaforma girevole che la gabbia con la barca viene tirata fino ad una distanza di circa 1 m tra la macchina e il tamburo di avvolgimento. Dopo aver fermato la gabbia sulla piattaforma girevole e frenato il sistema, la piattaforma girevole viene girata sul lato opposto della diga e la gabbia con la barca viene successivamente abbassata al livello dell'acqua su questo lato. Il sistema prevede una decelerazione automatica dell'auto prima del livello dell'acqua, e dopo che la piattaforma entra in acqua e la barca viene sollevata, viene rilasciata e l'equipaggio sale a bordo e slega la barca. Nel frattempo, l'autista dell'ascensore rilascia tutti i meccanismi e la barca successivamente torna sulla superficie dell'acqua e il viaggio è terminato.

In stagione, la barca in partenza sorpassa quella in attesa, la quale viene segnalata da una luce verde che l'ascensore è pronto per il viaggio successivo. L'ascensore può gestire fino a 40 navi al giorno, sei giorni alla settimana.

Soluzione progettuale di singole parti dell'ascensore per barche Orlík

L'ascensore per barche ha sostituito completamente l'ascensore originale, che è stato messo in funzione nel 1974. Il concetto base dell'ascensore per barche è stato ideato dagli esperti di ČKD Slaný. Ad esempio, non è stato necessario modificare nulla per risolvere il problema della modifica della pendenza della pista da 8° a 24° o del concetto di trasmissione della piattaforma girevole. Tuttavia, l'ascensore ha subito numerosi miglioramenti, dall'aumento della capacità di carico massima, all'introduzione di nuovi meccanismi per stabilizzare le barche nella cabina dell'ascensore, al garantire tutti i requisiti di funzionamento sicuro secondo gli attuali standard europei.

Progettazione di ascensori per barche

Dal punto di vista dell'investitore del bacino della Moldava, sono stati posti requisiti relativamente elevati per la progettazione del veicolo e per la sala macchine del verricello. Per trovare una soluzione davvero unica è stato contattato il designer, l'architetto Jiří Soukup dello studio SM architects sro.

Sulla base di diverse proposte corredate da visualizzazioni e di numerosi incontri, è stata scelta la soluzione progettuale definitiva per l'ascensore, che l'architetto ha definito il "gioiello della diga".

Freno per auto di sicurezza

Fin dall'inizio, il problema di progettazione più grande è stato il freno della safety car, che ha una funzione simile a quella di un dispositivo di arresto e che deve fermare l'auto se entrambi i cavi si rompono o se la velocità massima viene superata di oltre il 20%. Il freno deve arrestare in modo affidabile sia la gabbia completamente carica che quella vuota, sia su pista asciutta che su pista immersa nell'acqua. Ciò si traduce anche in requisiti elevati per la scelta dei materiali e il loro trattamento superficiale. Dove era tecnologicamente possibile, è stato utilizzato l’acciaio inossidabile.

I problemi di progettazione del freno citato risiedono nelle sue condizioni operative specifiche. Questo componente di sicurezza è completamente immerso nell'acqua due volte ogni volta che l'ascensore viaggia. Sul mercato non esiste un modello di freno simile con condizioni così specifiche. I tecnici di EL-VY Chrudim hanno collaborato con i tecnici di Koupený Sro per lo sviluppo di un nuovo ed esclusivo freno per auto per il sollevamento delle navi presso la diga di Orlická.

I tecnici di EL-VY Chrudim hanno svolto un lavoro legislativo e scientifico per valutare le proprietà frenanti che il freno deve presentare in termini di sicurezza e, infine, la sua approvazione come componente di sicurezza. Le attività di costruzione e produzione sono state gestite dai tecnici della società Koupený Sro

Innanzitutto, è stato realizzato un modello in scala 1:10 di una cabina con freno, sul quale sono state misurate le caratteristiche dinamiche dell'effetto frenante. Sono stati testati sei tipi di ganasce freno realizzate con materiali e superfici di contatto differenti con la rotaia. È stata inoltre determinata la forza con cui le ganasce del freno devono essere premute contro la rotaia per ottenere l'effetto frenante desiderato. Sono state effettuate circa 60 misurazioni e, dai risultati, è stato scelto il tipo di ganasce freno lavorate più adatto, in grado di garantire una potenza frenante sufficiente su binario bagnato e con la cabina a pieno carico. Allo stesso tempo, il sistema frenante non deve arrestarsi troppo bruscamente quando la cabina è vuota su binario asciutto. Queste due limitazioni sono contraddittorie e sono chiaramente specificate dalla normativa sugli ascensori inclinati dal punto di vista della sicurezza delle persone e dei carichi trasportati. Tali condizioni sono state opportunamente testate su un campione di un freno finito e, successivamente, su una cabina già completata, e i risultati sono stati analoghi a quelli ottenuti con il modello precedentemente realizzato e conformi alla normativa. Il freno della cabina è stato approvato come componente di sicurezza dell'ascensore per imbarcazioni presso la diga di Orlík.

Sala macchine e meccanismo di avvolgimento

La nuova sala macchine sulla piattaforma girevole è stata costruita con le stesse dimensioni in pianta dell'originale e lo spazio è stato definito dalle dimensioni della piattaforma girevole. Il progetto della sala macchine è stato consultato con lo studio SM architects sro e adattato in base alle ipotesi tecniche fornite dall'investitore. Tutta l'attrezzatura doveva essere inserita nella nuova sala macchine, anche quella che originariamente si trovava all'esterno della sala macchine.

Il nuovo meccanismo di carica è alloggiato nello stesso ampio spazio dell'originale, nonostante le prestazioni del dispositivo siano state aumentate e le misure di sicurezza siano molto più rigorose rispetto a 50 anni fa. Il tamburo della fune era una vera pazzia: grazie alle sue dimensioni e alle scanalature controrotanti, l'albero originariamente fisso e continuo non poteva essere utilizzato nella nuova macchina per mancanza di spazio all'interno della sala macchine. Inoltre, il nuovo freno a disco e il nuovo motoriduttore richiedevano una soluzione diversa per la costruzione dell'albero. Per la tecnologia di produzione dei tamburi è stata consultata la società ADIng, sro

Sistema frenante dell'unità di potenza

L'ascensore è dotato di molteplici sistemi di sicurezza. Oltre al freno del veicolo sopra descritto, la trazione dispone di altri tre freni.

Il freno a disco di sicurezza PIV con rilascio idraulico agisce direttamente sul tamburo. Si tratta del cosiddetto freno principale, che in caso di perdita di energia elettrica o di interruzione dello scarico di sicurezza apre la valvola a farfalla e arresta il tamburo con una decelerazione controllata, anche in caso di rottura dell'albero di trasmissione.

Tra il motore e il cambio è presente un freno a disco di sicurezza NORD con rilascio elettrico e un freno motore elettromagnetico originale installato all'estremità del motore.

Ciascuno dei freni elencati di seguito è progettato per fermare un'auto a pieno carico che viaggia a tutta velocità se tutti gli altri freni si guastano.

L'impianto frenante è dotato di ogni interruzione del circuito di sicurezza, come in particolare eccesso di velocità rilevato da un limitatore di velocità certificato di serie situato direttamente sul tamburo di avvolgimento, interruttori di sicurezza che rilevano il rilascio di una fune o la perdita di trasmissione sicura tra la sala macchine e la cabina dell'ascensore.

Stabilizzazione delle navi nella gabbia di sollevamento della nave

Da parte dell'investitore, sono state poste grandi esigenze nello sviluppo di un sistema di stabilizzazione navale efficiente, veloce, affidabile e universale per il trasporto di navi tramite ascensore. Dal punto di vista delle richieste del pubblico sulla quantità di navi trasportate, era necessario ideare un sistema di stabilizzazione rapida delle navi senza specifiche precise per i tecnici EL-VY Chrudim in termini di tipo esatto di navi e delle loro forme . Una simile assegnazione è impossibile: nessuno può dire quale nave arriverà.

I tecnici di EL-VY Chrudim si sono uniti ai tecnici di Koupený Sro e hanno iniziato a elaborare e perfezionare questo compito. Insieme, hanno visitato i cantieri navali e studiato tutte le possibili forme di navi che avrebbero potuto essere trasportate sul nuovo ascensore per navi.

Sulla base di questi studi, l'officina Koupený ha elaborato un incarico dettagliato, che è stato presentato alla KD e, dopo l'approvazione, è stato realizzato un quarto modello della nave con prototipi dei meccanismi di stabilizzazione, il tutto in scala reale 1:1. Questo modello è stato presentato al cliente Metrostav as e all'investitore Povodí Vltava as. Il sistema è stato approvato e tutti i componenti dell'auto sono entrati in produzione.

Nel sistema di sollevamento originale, la nave trasportata veniva legata manualmente ai montanti laterali, saldamente fissati (saldati) alla struttura del carrello. L'ormeggio veniva effettuato dal comandante della nave, che ne era anche responsabile. Questo processo era piuttosto impegnativo e lungo. I nuovi sistemi esistenti fissano la nave senza l'intervento del comandante e sono controllati dalla cabina dall'operatore dell'ascensore.

Coppie opposte di parallelogrammi rigidi, azionati da motori elettrici tramite ingranaggi di sincronizzazione a catena, sono montate alle due estremità del pianale di carico del camion. In posizione ripiegata (quando l'imbarcazione viene introdotta nella cabina dell'elevatore), i meccanismi sono nascosti nelle colonne di supporto. Una volta che l'imbarcazione è stata posizionata sulla cabina, i parallelogrammi si estendono fino a 650 mm per lato e bloccano la prua e la poppa dell'imbarcazione da entrambi i lati. Per evitare di danneggiare il rivestimento dell'imbarcazione, i bracci di pressione del meccanismo sono dotati di strisce di plastica. L'estensione e la forza di pressione vengono regolate dall'operatore dell'elevatore.

Tra i parallelogrammi posti su colonne di supporto simili su ciascun lato del carrello, sono fissati tre meccanismi con cinghie tessili. A un'estremità, le cinghie sono fissate al centro del carrello, mentre all'altra estremità vengono inserite in tamburi di avvolgimento azionati, tramite ingranaggi a catena, da motori elettrici. Avvolgendo le cinghie sui tamburi, queste si accorciano e si adagiano gradualmente sui lati dell'imbarcazione. Questo sistema permette di adattarsi delicatamente a praticamente qualsiasi forma del fianco della nave senza danneggiarlo (abrasioni, ammaccature, ecc.). La tensione, e quindi l'intensità della pressione, viene regolata dall'operatore dell'elevatore. Le cinghie ritornano alla posizione iniziale riavvolgendo i tamburi grazie a meccanismi a molla che le riportano libere nelle scanalature predisposte sul fondo del carrello. Senza le molle di ritorno, le cinghie si muoverebbero liberamente sul pianale del carrello e potrebbero impigliarsi in un'imbarcazione in avvicinamento.

Gli azionamenti di entrambi i meccanismi di fissazione sono a due velocità. L'attivazione di ciascun meccanismo è possibile separatamente e il ritorno alla posizione iniziale viene eseguito automaticamente per tutti i meccanismi con un solo comando.

Fonte di alimentazione sulla cabina di sollevamento della nave

I suddetti meccanismi di stabilizzazione della nave sono azionati da un totale di 10 motori asincroni con fr. convertitori. Questi azionamenti necessitano di una notevole quantità di energia elettrica, accanto alla quale il fabbisogno energetico per il sistema di controllo dell'ascensore della cabina è trascurabile. Era quindi necessario risolvere il problema di fornire all'auto sufficiente energia elettrica senza cavo sospeso o carrello elettrico.

I tecnici EL-VY Chrudim hanno risolto il problema implementando una docking station di ricarica sulla piattaforma girevole, dove ogni volta che un'auto viene accettata sulla piattaforma girevole, le batterie vengono immediatamente ricaricate. Le batterie vengono utilizzate per alimentare tutti gli apparecchi elettrici mentre l'auto guida fuori dalla piattaforma girevole. Tuttavia, questo metodo non era sufficiente per il carico previsto dell’ascensore. 

Il sistema di ricarica della batteria dell'auto è stato integrato dalla ricarica in movimento dell'auto stessa tramite due alternatori per camion. Per mezzo di una trasmissione a catena, l'energia di rotazione viene trasmessa dalla ruota superiore dell'auto sotto la cabina al cambio, all'uscita del quale vengono azionate le cinghie degli alternatori citati. La prima stagione di navigazione ha dimostrato che questo metodo di ricarica delle batterie dell'auto è sufficiente e che il funzionamento dell'auto non è stato interrotto a causa della necessità di ricaricare le batterie.

La soluzione originale: pendenza della pista, della piattaforma girevole e dell'azionamento dell'ascensore

Il binario dell'ascensore ha due pendenze di 8º e 22º con archi di transizione con raggio di 180 m; su entrambi i lati del rilevato sono presenti fondazioni in calcestruzzo a forma di conca alle quali sono ancorate due coppie di rotaie di tipo Xa. Il binario interno con scartamento di 2,420 mm viene utilizzato per lo spostamento del gradino del carrello e delle ruote superiori del carrello su tutta la lunghezza del binario, compreso il carrello sospeso con freno del veicolo. Le ruote inferiori del carrello scorrono su di essi solo con una pendenza di 8º. Negli archi di transizione e con una pendenza del binario fino a 22º, le ruote inferiori del carrello viaggiano sulle rotaie esterne con uno scartamento di 3,120 mm, che dall'inizio della transizione salgono dolcemente sopra il livello del bordo superiore delle rotaie interne archi quindi all'inizio del percorso con una pendenza di 22º, il dislivello è di 865 mm. Ciò è necessario per mantenere il piano orizzontale della piattaforma dell'auto su entrambe le pendenze della pista.

Le rotaie esistenti sono state completamente sostituite con nuove. La sostituzione completa delle rotaie è stata effettuata dalla ZETA Chrudim, sro

L'azionamento dell'ascensore è stato aumentato per raddoppiare la capacità di carico e dalla soluzione originale è stato adottato il concetto di un tamburo di avvolgimento con due funi che corrono lungo un'elica distanti l'una dall'altra nel primo rullo e una di fronte all'altra nel secondo rullo. Secondo la normativa vigente, le corde hanno un diametro 12 volte maggiore di quello minimo calcolato, ed è stato inoltre necessario installare un dispositivo che impedisca o protegga il salto della corda su tre strati.

Il concetto di azionamento del giradischi è rimasto lo stesso dell'originale, ovvero l'azionamento con contatto positivo tramite pignone dentato e ingranaggio tubolare o scanalato. L'unità stessa è stata progettata completamente nuova con un nuovo sistema di sospensione che garantisce un funzionamento notevolmente più silenzioso rispetto al giradischi originale.

Controllo e Segnalazione Ascensori

L'ascensore per barche è controllato dal conducente, che è responsabile del funzionamento sicuro dell'ascensore tenendo il joystick di comando nella direzione di marcia, cioè guidando con la presa della persona responsabile. Da questo punto di vista il conducente dell'ascensore ha il diritto di rifiutarsi di trasportare la nave, ad esempio nel caso di un capitano sotto l'effetto di alcol.

Se l'autista sospetta che il capitano non abbia fornito informazioni vere sul peso totale della barca e superi il peso massimo consentito, può avviare la modalità di pesatura della barca durante la guida. L'auto entra in modalità pesatura e, procedendo lentamente, pesa la nave con una precisione del +/- 15%. Questa informazione è sufficiente per l'eventuale superamento del carico totale dell'ascensore di una portata massima del +15%, e il funzionamento dell'ascensore viene interrotto dal sistema; è consentita solo la discesa fino al livello dell'acqua.

In termini di segnalazione, la vettura è dotata di un sistema di visualizzazione della propria posizione in pista, con la presentazione di altre informazioni di base che possono essere trasmesse all'equipaggio trasportato.

Al fine di garantire la sicurezza e prevenire eventuali situazioni spiacevoli, sulla cabina dell'ascensore è installata una telecamera che registra tutto ciò che accade al suo interno durante l'intero processo di trasporto della nave. Se necessario, tale registrazione è disponibile presso il gestore del bacino della Moldava.