L.
Kraan aan Boord
2. 7%~ ;T& ->z -:
Adviesdienst Verkeer en Vervmr
Rheepvaart
Kraan R.Ph.A.C.
aan Boord Savenije,
Adviesdienst Verkeer en Vervoer, Ministerie van Verkeer en Waterstaat
., . .>.A@t .... / i . 3’ / ‘; , / +-2 j .,. : Y . ,-q L,.-,-.-,-.-i. ‘;’ :. l.___._.- i -..-.. L .-^. J /’ ...
Kraan aan Boord
Inleiding Vervoer van containers per binnenvaartschip neemt sterk toe. Er is veel aandacht voor de grootschalige aanen afvoer van containers van en naar het achterland (Rijn en Antwerpen). Meer fijnmazige distributie van containers vindt eveneens plaats. Ondanks het feit dat de binnenvaart de goedkoopste vervoerswijze is, is economisch vervoer van containers niet altijd mogelijk. Dit is het gevolg van de relatief dure overslag op de terminal tussen binnenvaartschip en kade en/of vrachtwagen. Bij lange transportafstanden en bij terminals met een hoge doorzet kunnen de overslagkosten per container relatief laag worden gehouden, waardoor grootschalig containervervoer vanuit economisch oogpunt aantrekkelijk is. Helaas is dit bij kortere vervoersafstanden en dunne stromen niet het geval. Door de overslagtechniek te verbeteren en goedkoper te maken zou de vervoersmarkt voor dunne binnenlandse containerstromen kunnen worden vergroot. Het plaatsen van een kraan aan boord van een binnenvaartschip, een innovatieve techniek bij uitstek, kan een doorbraak forceren.
oneren in één bepaalde praktijk situatie. Dit betekend niet dat daarmee de andere systemen minder goed zijn. Los van de locatie en toepassing gerichte eisen zijn er ook algemene technische voorwaarden, waaraan het systeem moet voldoen. Hierbij moet gedacht worden aan aspecten zoals: l l l
l l
Naast de hierboven staande gegevens, die grotendeels de investering bepalen die nodig is, is de markt belangrijk. Voordat het systeem geïmplementeerd wordt is er duidelijkheid noodzakelijk over de verhouding van de kosten tegenover de baten. De binnenvaartschipper is een ondernemer, die eventuele investeringen in zijn bedrijf weloverwogen wil doen. Tevens is deze ondernemer vaak een eenmansbedrijf, wat grote investeringen risicovol maakt. Wat betreft economische aspecten zullen de volgende criteria van belang zijn: 0 l
Uitgangspunten Er bestaat een uitgebreid scala van mogelijkheden om een binnenvaartschip te voorzien van een eigen overslagsysteem. Al deze mogelijkheden hebben hun sterke en zwakke punten. Elke praktijksituatie zal specifieke eisen stellen voor een te implementeren systeem. Eén bepaald concept voor een binnenvaartschip met een zelflossend systeem zal dus optimaal functi-
stabiliteit &, sterkte van het schip, gebruik maken van standaard componenten, minimale investering, minimale aanpassingen kade, en de gewenste organisatie totale keten.
0
wat is de concurrentie positie ten opzichte van de weg, is de frequentie en stiptheid afdoende, en voldoet het systeem aan de wensen van de verladers.
Het inschatten van de marktpotentie en het vinden van de juiste locatie vinden kan grotendeels aan de schipper zelf worden overgelaten. Een marktonderzoek om een globaal beeld van de potentie voor dit systeem bovenwater te krijgen, is dus beperkt tot het definiëren van de haal-
Pagina 1
Kraan aan Boord
baarheid. Aangezien elke implementatie weer tot andere kosten-baten overwegingen leidt is het zinvoller om de aandacht tot enkele concrete situaties te beperken.
l
Concepten
l
Aan de basis van een ontwerp liggen vele ideeën. Zo ook bij de tot standkoming van het concept “kraan aan boord”. De eerste belangrijke bron zijn de inzendingen die volgden op de prijsvraag van het Bureau Voorlichting Binnenvaart. In deze prijsvraag werd gevraagd om een ontwerp om bij relatief korte afstanden en dunne containerstromen een aandeel van de weg te halen. Tevens heeft het Gemeentelijk Havenbedrijf met de Haven Innovatieprijs een idee beloond dat het concept toont van overslaan van containers met een kraan op het binnenvaartschip. Daarnaast is er een grote bijdrage geweest vanuit een begeleidingsgroep bestaande uit de hiervoor genoemde instanties samen met de Adviesdienst Verkeer en Vervoer, Directoraat, Generaal Vervoer, GEM, Innovatie Centrum ZuidHolland Zuid, Kantor B.V. en binnenvaartondernemers. De verzameling van ideeën is samen te vatten tot een aantal basisconcepten. Ieder concept voldoet aan een aantal uitgangspunten die vooraf zijn opgelegd: l
l
De te beschouwen trajecten gaan van “terminal-to-door” of “door-to-door”. Het transport met het schip is een onderdeel van de totale logistieke keten. Eventueel benodigd voor en natransport wordt geacht aanwezig te zijn.
l
De inzet van kleine bestaande schepen is verondersteld om een zo groot mogelijke markt te kunnen bedienen. Er wordt gebruik gemaakt met de bestaande kaden en faciliteiten, waar nodig met minimale aanpassingen. Het waterniveauverschil wordt in beperkte mate rekening gehouden, zodanig dat op kanalen en gekanaliseerde rivieren geladen en gelost kan worden.
Elk concept kan aan een aantal criteria getoets worden. Deze criteria volgen uit de opzet van het onderzoek zoals in de vorige paragraaf is beschreven. De concepten gebaseerd op Ro-Ro, een kraan op een vrij schip en een stabilit,eitsprincipe door middel van poten op de kade zijn gepresenteerd in tabel 1. Hierbij moet opgemerkt worden dat de vergelijking in deze tabel voor elke praktijksituatie weer anders uit kan pakken. In de eerste kolom van deze tabel staan de criteria vermeld die de bruikbaarheid van het systeem bepalen. De tweede kolom geeft aan wat de meest ideale situatie is. Vervolgens staat voor elk concept, genummerd van dl tot C3, aangegeven in welke mate aan het criterium wordt voldaan. De meest gunstige situatie is die van het concept waarbij dwars overgeslagen wordt. Het over de kop overslaan voorkomt complicaties betreffende de stabiliteit van het schip, maar zorgt voor logistiek moeilijke situaties bij het laden en lossen: het schip moet met de kop tegen de wal staan en er kan meestal maar één container op de wal geplaatst worden die vervolgens direct moet worden verwijderd alvorens er een volgende kan worden neergezet.
Pagina 2
Ro-Ro Al 1 A2 over over de zlj
1 kop dwars kraan lift criteria conta~nermaatl
langs en
Krs
1 A3 (A4 de over de zlj ) over ZiJ dwars langs
kraan, lift en voertuig
kraan, Iift en voertuig
[ A5 de 1 over 1 kop langs
kraan, lift en voertuig
Bl de over 1 kop dwars
kraan, lift en voertulg
.n op vrij
de
kraan
Stabiliteit met poten op de kade Cl 1 c2 1 c3 over de ZIJ 1 over de 1 over de zlj ZiJ langs langs langs kraan
kat
kraan
=-t=-
wenselijk 20 & 40
ting keren schip 1 nee voor laden &
laden
schip
20 & 40 Ja
20 & 40 Ja
20 & 40 Ja
20 82 40 Ja
20 & 40 ja
eenvoudig wel
complex geen
complex geen
complex geen
complex geen
la%
laag
hoog
hoog
hoog
soms
nee
germg
gering
eenvoudig wel
complex germg
eenvoudig
eenvoudig
eenvoudig
lastig
eenvoudig
& losl 1ast1g
I eenvoudig
1ast1g
I
l eenvoudig
I eenvoudig
lastig
Tabel 1: Verschillende Concepten.
Kraan aan Boord
Keuze
20~771 in langsrichting (schrikken), 0 2Oc-m in dwarsrichting (verzetten), l 5 graden slagzij (slingeren). De andere richtingen (stampen, gieren en dompen) moeten vrij worden gelaten. positioneren container Bij voorkeur moet er tijdens het laden lossen van het schip geen beweging van de trailer noodzakelijk zijn. Tijdens het oppakken of wegzetten van de container is de kraan vastgezet op de rails zodat deze beweging niet beschikbaar is voor het positioneren. 0
Zoals blijkt uit de voorgaande tabel heeft een schip met de mogelijkheid voor dwars overslaan van containers de meeste kans op slagen. Ook tijdens het congres Containeroverslag Binnenvaart op 27 september bleek dat de voorkeur uitgaat naar deze variant. Wel zullen de nodige technische problemen moeten worden opgelost. Voor dit uiteindelijke ontwerp zijn een aantal uitgangspunten geformuleerd: afmetingen containers Het moet mogelijk zijn om zowel 20 als 40 voets containers te lossen. De maximale massa van een container wordt vastgesteld op 30.000kg voor 40 voet containers en 25.OOOkg voor 20 voet containers met een maximale excentriciteit van 1 meter in de langsrichting. waterniveau Dit moet liggen tussen -0.5m en -2m ten opzichte van de kade. kruiphoogte De kraan moet kunnen wegzakken tot onder de bo venste laag containers. kadebelasting Er wordt verondersteld dat een hoge kadebelasting als gevolg van een stempelpoot geen probleem zal zijn zolang deze minimaal 3 meter van de kaderand af staat. schip keren van het schip Het hoeft slechts over één zijde te laden en te lossen. ruimteverlies Er moet een minimaal verlies aan ruimte zijn als gevolg van het zakken van de kraanconstructie. beweging tijdens laden en lossen Tijdens het laden en lossen van containers ondergaat het schip maximaal de volgende verplaatsingen:
Na overweging van de hiervoor genoemde voorwaarden is gekozen voor het binnenvaartschip type Hagenaar. Dit schip is net iets breder dan een standaard kempenaar. Op een kempenaar is daardoor onvoldoende ruimte voor het plaatsen van een kraan. De afmetingen van de Hagenaar zijn, met als voorbeeld het schip Henny, 62,89 x 7,25 x 2,83 meter, en het meet 878 ton. Het overgrote deel van de loswallen is met dit type schip bereikbaar. Er kunnen totaal 20 containers van 20 voet op het schip. De containerkraan is strijkbaar en komt in opgevouwen toestand niet boven de bovenste laag containers uit. Dit type schip is geschikt voor de kleine vaarwegen en situaties waarbij bruggen de maximale hoogte van het schip beperken. Op het moment dat er brede vaarwegen en een grote maximale doorvaarthoogte aanwezig zijn moet het concept aangepast moeten worden. Dit betekent dat de geschetste situatie alleen maar gunstiger wordt. De stabiliteit van het schip verbetert namelijk aanzien-
Pagina 4
Kraan aan Boord
Figuur 1: Vooraanzicht Kraanconstructie lijk en vereenvoudigt de constructie van de stempelpoten. Bovendien zal de kraanconstructie niet meer neerstrijkbaar hoeven te zijn. Dit zal resulteren in lagere kosten.
Constructie De kraan met eventuele container wordt gedragen door een frame dat aan één kant wordt afgestempeld op de kade. Hiervoor is gekozen voor een stempelpoot die op de kade wordt neergezet. Als de stempel op de kade is neergezet, zakt het zwaartepunt tot iets boven de bovenste laag containers. Dit wordt veroorzaakt door het draaipunt onder de kraan, dat geen koppel kan overbrengen. Bij de overslag van containers zal het zwaartepunt van de container zich ook naar dit punt verplaatsen (in plaats van de top van de giek). Voor het overslagwerktuig is gebruik gemaakt van één onderframe waarop een zwenkende giek is geplaatst waarbij de last in de richting van de giek kan worden verplaatst. Er wordt gebruik gemaakt van een roterende uit-
schuifbare spreader voor zowel een 20 als een 40 voets container. Een complete cyclus voor het lossen of laden van één container bestaande uit het positioneren van de spreader, laten zakken, hijsen, zwenken, zakken, opnieuw positioneren en tenslotte terug zwenken, omvat omgeveer vijf minuten. Daar moet eenmalig de tijd voor het afstempelen van de kraan bij worden geteld. Deze werkzaamheid bestaat uit het verrijden naar het midden van de kraan, het oprichten en het uiteindelijke afstempelen. Ook hier zal zo’n vijf minuten voor gerekend moeten worden. Stabiliteit Met de keuze voor een systeem dat over de zij lost, moet er aandacht besteed worden aan de stabiliteit van het schip. Hierbij moeten drie situaties worden onderscheiden: 1.
2.
Pagina 5
een opgerichte kraan zonder last en zonder stempels op de kade. een opgerichte kraan met 3O.OOOkg last zonder stempels op de kade.
Kraan aan Boord
Onderdeel
massa [kg]
spreader
5.000
bovenframe draaikrans kantelframe
7.000 700 7.000
Itotad
1 61.200
1
Tabel 2: Massa’s van de verschillende onderdelen.
m
5 Aantal
10
15
20
25
TEU
Figuur 2: MG bij laden van 20ft containers van 19.5OOkg, rijden met kraan zonder last.
5 Aantal
10
15
20
25
TEU
Figuur 3: MG bij laden van 20ft containers van 19.5OOkg, rijden met kraan met last. Pagina 6
Kraan aan Boord
kraan met stempels uitgezet op de kade. In het eerste geval bevindt het zwaartepunt van de kraan zich hoog boven het schip, wat nog erger wordt in het tweede geval, indien er een container in de kraan hangt. De derde mogelijkheid schetst de situatie waarbij het zwaartepunt zich ter hoogte van de scharnierende oplegging in het midden van het schip bevindt. Het zwaartepunt wordt in alle gevallen bepaald door de verschillende massa’s in het schip. Deze zijn weergegeven in tabel 2 op pagina 6. 3.
Bij transport van zware containers zal om stabiliteitsredenen niet de beschikbare ruimte, maar het gewicht van de lading bepalend zijn voor het aantal containers dat vervoerd kan worden. De containers staan slechts twee hoog in het ruim waardoor altijd sprake is van “vastgezette” containers. In de praktijk wordt een MG (metacenterhoogte, een maat voor de stabiliteit) aangehouden van 0,8 voor vastgezette containers. In grafiek 2 is de MG waarde weergegeven als functie van het aantal reeds geladen TEU. De 20 voet containers hebben allen een gelijke massa van 19.5OOkg met een zwaartepunt op 1.25~~ Uit de grafiek
blijkt
dat bij het maxi-
maal aantal te transporteren containers, 20 stuks, de stabiliteitsgrens wordt bereikt. De maximaal te transporteren lading is in dit geval dus 39O.OOOkg (234.000kg op de eerste laag en 156.OOOkgop de tweede laag). Door de zwaardere containers in de eerste laag te plaatsen kan uiteraard meer massa lading worden meegenomen. Bovendien wordt hier uitgegaan van allemaal volle containers. De volgende tabel (tabel 3) geeft ook de MG waarde weer, maar nu met een rijdende kraan die een container ver-
plaatst. Hier is de kraanconstructie dus niet afgestempeld. Uit deze grafiek valt te concluderen dat bij meer dan 16 TEU er niet meer met een last van 3O.OOOkg aan de kraan gereden kan worden over het schip. Er is dan 312.OOOkg geladen (234.OOOkg in de eerste laag en 78.OOOkg in de tweede wd. Investeringen Behalve het aantonen van technische haalbaarheid zijn de investeringen die gedaan moeten worden ook van belang. Een kosten-baten analyse is sterk afhankelijk van de praktijksituatie waarin het schip wordt toegepast. Aspecten zoals aantal containers en vaarafstand bepalen in grote mate het rendement van de investering. In de onderstaande tabellen 3, 4 en 5 op pagina 8 zijn de investeringsramingen opgenomen voor de kraan en de aanpassing van het schip. De investeringsraming is exclusief engineering en transport. Er is uitgegaan van één eerste exemplaar.
Vervolg Met de studie is aangetoond
dat het
mogelijk is om een kraan op een binnenvaartschip te zetten. Zelfs in het geval van een smal schip, zoals de hier gebruikte Hagenaar. Zowel de eisen, die aan stabiliteit als praktische uitvoerbaarheid zijn gesteld, zijn gehaald. Dit ontwerp geeft de mogelijkheid om kleine stromen van containers zelfstandig te vervoeren zonder tussenkomst van een kraan aan de wal. Daarmee is een uiterst flexibel systeem beschikbaar gekomen. De volgende stap is de praktijk. Zoals al eerder gezegd, is het ontwerp en de
Pagina 7
Kraan aan Boord
investeringraming kraan [Hf Staalconstructie van ca. 36.OOOkg ( roterende kop, giek, machinehuis, paralellogramconstructie, bovenframe, kantelframe, onderframe, bogies met wielen, etc.) (Hfl. 12 per kg) contragewicht (ca. 15.OOOk.q) kraanwielen (8 wielen met een diameter van 600mm) draaikrans elektrische voeding (haspel. kabel, enz.) 2 x hydrolische eenheid (elektrische aandrijving, hydrolische pomp, regeling, olie reservoir, etc.) hydraulische motoren/cilinders inclusief regelkleppen bevestiging, leidingen, kabels, censoren, etc. regeling/besturing met radiografische afstandbediening kraanrijbeweging (aandrijving, trommels, kabels. etc.
432.oool
1 1.028.000
totad
Tabel 3: Investering voor de kraan. investeringsraming spreaders [Hfl.] uitschuifbare spreader voor 20 en 40 voets spreader voor 40 voets container snreader voor 20 voets container
Tabel 4: Investering
voor de spreaders.
investeringsraming schip [Hfl.] ondersteuning kraanbaan (19.OOOkg à Hfl. (1 143.000 7750)
kraanbaan (inclusief kraanbaan in de lift)
24.000
(Hfl. lO,- per kg)
staalconstructie van 8.OOOkg voor liftdelen, geleiding lift, langsschotten ter plaatse van de lift, etc. (HA. 7,50 per kg) hydrolische cilinders lift inclusief bevestiging, leidingen, censoren, regeling, etc. totaal
60.000
80.000 307.000
Tabel 5: Investering voor het schip. Pagina 8
]
Kraan aan Boord
daarbij bewust gekozen beperkingen geheel afhankelijk van de praktijk situatie. Zo is in het ene geval een groot verschil van waterniveau te overbruggen, en hoeft in het andere geval geen veertig voets container overgeslagen te worden. Dit heeft essentiële gevolgen voor de uitvoering van de kraan en de constructie op het schip. Tegelijkertijd beïnvloedt dit de bijbehorende investeringskosten. Hierdoor is het niet zinvol om een algemeen marktonderzoek te doen naar de haalbaarheid van het kraan/schipconcept. Om tot een gedegen onderzoek te komen moet voor een concrete praktijksituatie worden gekozen. Bij de keuze van een geschikte case moeten de uitgangspunten die bij dit ontwerp zijn vastgesteld in acht worden genomen. Er is uitgegaan van een gering aantal te vervoeren containers naar plaatsen die vooralsnog niet bereikbaar zijn voor containerschepen. Dit komt meestal door het ontbreken van goede kadefaciliteiten. Hier kan de kraan op het schip een uitkomst bieden.
werkt. Een kranenbouwer moet het voorstel zodanig uitwerken dat een werf of constructiebedrijf vanaf tekening kan gaan bouwen. Hierdoor kan het ontwerp algemeen beschikbaar worden gesteld en vrij in de markt worden nagemaakt. Op deze manier wordt een optimale integratie van de kraan op het schip mogelijk gemaakt. Zo zal ook de marktwerking er voor zorgen dat de kraan voor een redelijke prijs aangeboden wordt aan de schipper.
Conclusie
Het feit dat de praktijksituatie bepalend is voor de haalbaarheid en de uitvoering van het concept, betekend
De hier gepresenteerde oplossing is één van de vele mogelijkheden. Voor elke specifieke oplossing is een ander concept te bedenken. Hier is gekozen voor het dwars overslaan van containers, waarbij de stabiliteit van het schip gewaarborgd wordt door middel van stempelpoten op de kade. Op deze manier kunnen 20 en 40 voets containers worden overgeslagen. Het geheel is uitgevoerd met een uitvouwbare kraan. Hierdoor wordt de maximale hoogte van het schip bepaald door de bovenste laag van de containers. De totale kosten van het schip
dat het ontwerp
en de kraanconstructie
er anders
uit
kan
gaan zien dan hier gepresenteerd. Dit is een gevolg van het verschuiven van wensen die aan het ontwerp worden gesteld. Tabel 1 zal aangepast moeten worden aan de hand van de gestelde wensen. Hieruit zal dan de uiteindelijke keuze voor een concept komen. Wordt er voor een bepaald concept gekozen, dan zullen de technische aspecten verder moeten worden uitge-
worden
ge-
raamd op %l$ miljoen gulden. Als vervolgactie bestaat de mogelijkheid om een pilot op te starten waarbij een concrete situatie wordt beschouwd. Op deze manier kunnen al de specifieke eisen die de omgeving oplegt in rekening worden gebracht. Tevens kunnen overbodige voorzieningen worden weggelaten, wat de investering voor de schipper ten goede zal komen.
Pagina 9
