Schokdemping voor kranen
Een schokdemper voor kranen hangt in de hijslijn onder de haak en vangt een plotselinge belasting, zoals een doorschietende paal of een ruk bij het loskomen van de last, op met een beheerste kracht over zijn slag. Hoe hij werkt, hoe u de slag bepaalt en wat hij deed bij een doorschietende paal en hamer met een gezamenlijke bewegende massa van 1,500 t.
- Een schokdemper voor kranen is een hydraulische cilinder met een gasveer, in de hijslijn tussen haak en last. Als de last een ruk krijgt, valt of doorschiet, beweegt de cilinder over zijn slag en houdt hij de lijnkracht in de buurt van een ingestelde waarde, zodat die niet piekt.
- De energie die hij moet opnemen is de kinetische energie van de bewegende last. De beschikbare kracht is het verschil tussen de toegestane piek en de statische last. Met zijn slag zet hij de ene om in de andere.
- Een eerste toets: bij 90 % bruikbare slag, een kracht-slagfactor van 0.5 en een toegestane DAF van 1.3 heeft een last met een aangrijpsnelheid van 3.13 m/s ongeveer 3.7 m slag nodig.
- In een vergelijkende CONSTELLATION-studie met een doorschietende paal en hamer met een gezamenlijke bewegende massa van 1,500 t bij 5.0 m/s hield POLARIS de DAF aan de haak op 1.43, tegenover 2.28 met een starre verbinding. Daarbij werd 4.98 m van de 6.0 m slag gebruikt.
Heave-compensatoren vangen de herhaalde beweging door golven op. Een schokdemper is bedoeld voor één gebeurtenis: een paal die door een zachte laag doorschiet terwijl de kraan de hamer vasthoudt, een last die met een ruk loskomt van het dek van een bevoorradingsschip als het schip zakt, of een strop die slap wordt en plotseling weer strak trekt. Zonder schokdemper wordt de beweging alleen gestopt door de rek in hijsdraad en tuigage. Die rek is gering, dus de kracht is groot.
Wat een schokdemper doet
Tijdens een gelijkmatige hijs draagt de demper de statische last als onderdeel van de tuigage. Als de last een ruk krijgt, valt of doorschiet, beweegt de cilinder over zijn slag. De gasveer vangt het eerste deel van de gebeurtenis op. Daarna opent bij een ingestelde druk een klep, zodat de lijnkracht naar een ingestelde waarde stijgt en daar ongeveer blijft terwijl de bewegende last tot stilstand komt. De energie van de gebeurtenis verwarmt de olie in plaats van een krachtpiek in de kraan, hijsdraad en tuigage te veroorzaken.
De vorm van die kracht-slagkromme bepaalt hoeveel van de slag wordt benut. Een kromme die snel naar de toegestane piek stijgt en daar blijft, benut de slag goed. Bij een trage opbouw blijft het eerste deel onbenut. Dat aandeel is de factor η in de eerste toets hieronder.
De slag bepalen
De gebeurtenis brengt kinetische energie mee: de effectieve bewegende massa m_{\text{eff}} bij de relatieve aangrijpsnelheid v_{\text{rel}}. Dit is vaak eenvoudiger uit te drukken als de equivalente vrije-valhoogte h:
De demper kan de kracht boven de statische last benutten, tot aan de toegestane piek, over zijn bruikbare slag. Hierbij is W_{\text{ref}} de statische last waarop de DAF betrekking heeft, \psi_{\text{allow}} de toegestane DAF, S de slag, \mu het bruikbare aandeel daarvan en \eta het aandeel van die rechthoek dat door de kracht-slagkromme wordt gevuld tot het punt waarop de last stopt (Figuur 1). De opneembare energie is dan:
Door beide energieën gelijk te stellen, volgt de slag voor een eerste toets:
Op deze pagina gebruiken we steeds \mu = 0.9, zodat er marge overblijft bij de eindaanslagen, en \eta = 0.5 zowel in het rekenvoorbeeld als in Figuur 2. Werkelijke krommen vullen ongeveer de helft van de rechthoek: de kracht heeft een deel van de slag nodig om op te bouwen en neemt af naarmate de last vertraagt. In de studie met de doorschietende paal hieronder vulde de kromme ongeveer 0.53 van de rechthoek over de gebruikte 4.98 m. Daarom ligt 0.5 dichtbij en is het een voorzichtige aanname.
Rekenvoorbeeld
- De gebeurtenis. Een last grijpt aan met de snelheid van een vrije val vanaf h = 0.50\ \text{m}: v_{\text{rel}} = \sqrt{2 g h} \approx 3.13\ \text{m/s}.
- De grenswaarden. Toegestane DAF 1.3, effectieve massa gelijk aan de referentiemassa, \mu = 0.9 en \eta = 0.5.
- De slag. Bij gelijke massa’s vereenvoudigt de eerste toets totS \ge \frac{h}{\mu\, \eta\, (\psi_{\text{allow}} – 1)}dusS \ge \frac{0.50}{0.9 \cdot 0.5 \cdot 0.3} \approx 3.70\ \text{m}Een eenheid met 4 m slag voldoet.
De eerste toets controleert alleen de energie. De werkelijke piek volgt uit de ingestelde kracht-slagkromme samen met de stijfheid van de kraan, hijsdraad en tuigage. Een transiënte analyse bevestigt of de piek onder de toegestane DAF blijft en er slagreserve over is.
Getoetst aan een doorschietende paal
In onze vergelijkende CONSTELLATION-studie CS-2026-005, schoten een paal en hamer met een gezamenlijke bewegende massa van 1,500 t door bij 5.0 m/s. Hetzelfde model is tweemaal doorgerekend met één parameterset: eenmaal met een starre verbinding en eenmaal met een POLARIS van 2,000 t met 6.0 m slag.
| Resultaat | Starre verbinding | Met POLARIS |
|---|---|---|
| Piek in de lijnbelasting | 37.7 MN | 23.6 MN |
| DAF aan de haak, op basis van de statische last van 16,553 kN | 2.28 | 1.43 |
| Terugveren met volledig slappe hijsdraad na het afremmen | 2 | 0 |
| Gebruikte slag | – | 4.98 m van 6.0 m |
De eerste toets sluit hierbij aan. De bewegende massa van 1,500 t bij 5.0 m/s brengt
Bij de statische haakbelasting van 16,553 kN en de in de studie bereikte DAF kan met \mu\, \eta = 0.9 \cdot 0.5 = 0.45, elke meter slag de volgende energie opnemen:
De eerste toets vraagt dus 18.75 / 3.203 \approx 5.85\ \text{m} slag. De eenheid met 6.0 m slag voldoet; in de simulatie werd 4.98 m gebruikt. Lees de studie over het afremmen van een doorschietende paal →
Schokdemper of heave-compensator?
Een eenmalige gebeurtenis wijst op een schokdemper; herhaalde beweging door golven of een taak met continue spankracht wijst op heave-compensatie. Het oppakken van een last vanaf een bevoorradingsschip laat de grens zien. De ruk treedt eenmaal per hijs op, wanneer de hijsdraad de last overneemt terwijl het schip zakt. Een schokdemper zoals POLARIS vangt die op. Voor een hijs waarbij de last verbonden blijft met het bewegende dek is een heave-compensator geschikt. Bij tussengevallen zijn bepalend: hoe vaak de gebeurtenis terugkomt, hoe snel de eenheid zich moet herstellen, de warmte van herhaalde gebeurtenissen en de beschikbare slag.
Twee constructieprincipes
Bij conventionele schokdempers zit de gasveer in externe accumulatoren en wordt de stroming geregeld met een vernauwing, die al dan niet verstelbaar is. POLARIS, ons lichtgewicht ontwerp, heeft een klein gasvolume binnen één hydraulische cilinder en regelt de stroming met via CFD ontworpen kleppen.
| Eigenschap | Met accumulatoren | POLARIS |
|---|---|---|
| Werkingsprincipe | Gasveer in externe accumulatoren, met een hydraulische vernauwing | Klein intern gasvolume en via CFD ontworpen kleppen in één cilinder; geen externe accumulatoren of naaldkleppen |
| Afstelling | De vernauwing kan al dan niet verstelbaar zijn | Klep en voorinstelling gekozen voor de opgegeven gebeurtenis |
| Gewicht en ruimtebeslag | Externe accumulatoren voegen massa toe en nemen dekruimte in | Minder onderdelen en daardoor lichter en compacter voor een vergelijkbare taak |
| Inbedrijfstelling | Accumulatoren vullen en klep instellen per configuratie | Geen externe accumulatoren vullen; voorinstelling per configuratie |
| Levering | Diverse leveranciers | Gepatenteerd (Noors octrooi NO 349575); uitsluitend geleverd door Norwegian Dynamics |
Veelgestelde vragen
Wat doet een schokdemper voor kranen?
Hij hangt in de hijslijn onder de haak en vangt een plotselinge belasting op met een beheerste kracht over zijn slag. Als de last een ruk krijgt, valt of doorschiet, beweegt de cilinder over zijn slag en houdt hij de lijnkracht in de buurt van een ingestelde waarde terwijl de last tot stilstand komt. Zo blijven de kraan, hijsdraad en tuigage gevrijwaard van de piek die bij een starre verbinding zou optreden.
Hoe bepaalt u de slag van een schokdemper voor kranen?
Begin met een toets op energie: S \ge m_{\text{eff}}\, v_{\text{rel}}^{2} / \left( 2 \mu \eta W_{\text{ref}} (\psi_{\text{allow}} – 1) \right), waarbij \mu het bruikbare aandeel van de slag is en \eta het aandeel dat de kracht-slagkromme vult. Controleer daarna de werkelijke piek met de ingestelde kracht-slagkromme en de stijfheid van de kraan, hijsdraad en tuigage.
Heb ik een schokdemper of een heave-compensator nodig?
Een schokdemper is bedoeld voor een afzonderlijke gebeurtenis: een doorschietende paal, een ruk bij het loskomen van de last of een strop die plotseling strak trekt. Heave-compensatie is bedoeld voor herhaalde golfbeweging en taken met continue spankracht. Bij tussengevallen zijn bepalend: hoe vaak de gebeurtenis terugkomt, hoe snel de eenheid zich moet herstellen, de warmte en de beschikbare slag.
Kan een schokdemper de ruk opvangen bij het oppakken van een last vanaf een bevoorradingsschip?
Ja. Als een last loskomt van het dek van een bevoorradingsschip en het schip zakt, kan de hijsdraad plotseling strak trekken. Een schokdemper in de hijslijn, zoals POLARIS, beperkt die piek. Voor hijsen waarbij de last verbonden blijft met het bewegende dek, past een heave-compensator beter.
Wat deed POLARIS in de studie met de doorschietende paal?
In onze vergelijkende CONSTELLATION-studie CS-2026-005, waarin een paal en hamer met een gezamenlijke bewegende massa van 1,500 t bij 5.0 m/s doorschoten, bedroeg de DAF aan de haak 2.28 met een starre verbinding en 1.43 met een POLARIS van 2,000 t. De piek in de lijnbelasting daalde van 37.7 MN naar 23.6 MN. De eenheid gebruikte 4.98 m van zijn 6.0 m slag. Na het afremmen trad geen terugvering op waarbij de hijsdraad volledig slap werd, tegenover twee keer met de starre verbinding.
Hoe beschermt een schokdemper de kraancapaciteit?
Door de piek in de lijnbelasting onder de voor de hijs toegestane waarde uit de kraantabel te houden. Een lagere, geverifieerde piek of DAF kan marge behouden binnen het toepasselijke vak van de tabel. Controleer de definitie van de last in die tabel, het bereik en de configuratie, de referentielast en de projectcriteria.
Bronnen en aannames
- De eerste toets is een energiebalans voor de effectieve bewegende massa, met \mu = 0.9 en \eta = 0.5 overal. η telt alleen de kracht boven de statische last mee, tot het punt waarop de last stopt. Op het ontwerppunt van de eerste toets is dat de bruikbare slag. Teruggerekend uit CS-2026-005 (1,500 t bij 5.0 m/s, 16,553 kN statische last, DAF 1.43, 4.98 m gebruikt) is de waarde ongeveer 0.53. Het energieabsorptierendement op de POLARIS-pagina is een andere verhouding (de totale kracht gedeeld door de piekkracht), en valt daarom hoger uit.
- De resultaten voor de doorschietende paal komen uit onze gepubliceerde CONSTELLATION-studie CS-2026-005, een modelstudie en geen gecertificeerde projectanalyse.
- Bij de definitieve dimensionering worden de ingestelde kracht-slagkromme, de stijfheid en voorspanning van kraan, hijsdraad en tuigage, de slagreserve, de frequentie van de gebeurtenis, het herstel en de warmte, de omgevingsomstandigheden en de project- of klassegrondslag gecontroleerd.
Schokdemping onder de haak toevoegen?
Stuur ons:
- de bewegende massa en de statische last waaraan die hangt
- de aangrijpsnelheid, of de vrije-valhoogte of doorschietafstand
- de toegestane piek of DAF, en de last waarop die betrekking heeft
- de beschikbare slag en inbouwhoogte
- hoe vaak de gebeurtenis optreedt, en waar
Wij sturen u een eerste toets voor POLARIS en de benodigde invoergegevens voor verificatie.
Stuur uw hijscasus →
