Technische Universiteit Delft
Faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen Transporttechnologie
R. van der Wekken Automatisering van de 2000-12 Jumbo Container Crane: dynamica van de spreader in een container kadekraan. Doctoraalopdracht, Rapport 96.3.TT.4771, Sectie Transporttechniek en Logistieke Techniek.
De toekomstverwachting wijst op een gestage groei van het containertransport en de grootte van de containerschepen. Binnen 5 tot 10 jaar wordt het 8.000 TEU Jumbo Container Vessel verwacht. Ook dit schip zal bij voorkeur in één etmaal behandeld moeten worden. Dit resulteert in een benodigde overslagcapaciteit van 300 tot 350 containers per uur per schip. Uitgaande van éénzijdige behandeling met 6 kranen is een gemiddelde overslagcapaciteit van 50 tot 55 containers per uur per kraan benodigd. Deze grote containerstroom per uur vergt een compleet nieuwe ontwerp van de overslagterminal met als uitgangspunt voor de modaliteit 'zee': verhoging van de kade en ontkoppeling van kat en kraancabine door automatisering van de kat.
De huidige overslagcapaciteit op de DSL terminal bedraagt gemiddeld 120 tot 140 containers per uur per schip of ± 30 tot 35 containers per uur per kraan (4 kranen per schip). De technische overslagcapaciteit is ± 60 containers. Hierdoor moet de gemiddelde overslagcapaciteit met ± 83% worden verhoogd. Op de DSL terminal wordt gebruik gemaakt van een automatisch 2e-kat systeem en een semi-automatische chassisbelader. Beide systemen zorgen voor een capaciteitsverhoging. Door de vele beveiligingen waarvan de systemen moeten worden voorzien op de overslagpunten, is de werkelijke cyclustijd van de systemen groter dan op basis van de theorie wordt verwacht. De cyclustijd van de 2e-kat is 51,5 s tegenover 60 s van de kraan zonder 2e-kat. De ontwikkeling van automatic pendulum control (APC) systemen voor het beheersen van de spreaderslingering en de automatisering wordt bepaald door het feit dat de kraandrijver (KD) zich op de kat bevindt. Het APC is een hulpmiddel voor de KD en de prestaties worden beperkt door de ergonomie van de kraandrijver. De probleemanalyse laat zien dat de eisen van 2000-12 niet haalbaar zijn met de huidige inrichting van het
containeroverslag op de zeekade.
Voor het onderzoek naar de haalbaarheid van automatisering van de kat moeten de invloedsfactoren op de positionering van de spreader in kaart gebracht worden. De belangrijkste prestatieparameters hebben betrekking op:
de beweging, positie en oriëntatie van de spreader tijdens de automatische cyclus, gekenmerkt door de uitwijking Xsway en de rolhoek αL van de spreader;
de prestaties van het APC, gekenmerkt door de mogelijke katbewegingen en de slingertijd T van de last (bestaande uit headblock, spreader en container).
De actieve invloedsparameters bestaan uit de katversnelling, luchtweerstand en windbelasting. De belangrijkste passieve invloedsparameters bestaan uit de geometrieparameter (βgeo = LL/Ltr), de pendule lengte (Lρ) en de zwaartepuntsafstand (HL). De rolhoek van de spreader is sterk afhankelijk van βgeo. De slingertijdbepaling in de praktijk (op basis van de mathematische slinger), blijkt voor kleine slingerlengten (<< 10 m, hoofdzakelijk boven het schip) sterk af te wijken van de werkelijke slingertijd, afhankelijk van βgeo. Het toepassen van parallelle hijskabels zorgt voor een voorspelbaar slingergedrag, zowel wat betreft de beweging als de werkelijke slingertijd. Deze aspecten hebben een grote invloed op de prestaties van APC-systemen. Op basis van deze bevindingen worden parallelle hijskabels aanbevolen tijdens automatisch bedrijf.
Op basis van de bevindingen van het onderzoek is een voorontwerp gemaakt van de Jumbo Container Crane. Belangrijk is de taakverandering van de KD tijdens automatisch bedrijf. De kraan moet ook conventioneel kunnen draaien in de begin- en eindfase van de behandeling van het schip. Volgens het ontwerp van de JCC op het Jumbo Service Center is berekend dat het overslagrendement verhoogd kan worden tot ± 70%, en de technische overslagcapaciteit van 60 naar ± 79 containers per uur. Hiermee kan worden voldaan aan de eisen van het 2000-12 project.
Rapporten studenten Transporttechniek en Logistieke Techniek
