نظام كشف اهتراء شفة عجلة الرافعة العلوية وتحليل اقتران السكة

يُعد تآكل شفة العجلة ومداس العجلة في عجلة الرافعة الجسرية السبب الرئيسي لقضم السكة، والضوضاء غير الطبيعية، والتلف المبكر للعجلة. يستند تقييم عمر التصميم والاستخدام للعجلة إلى معيار ISO 4301 / FEM 1.001 (مواصفة تصميم الرافعات) ومعيار FEM 1.001 لقياس سمك الشفة، بينما تعتمد الطريقة التقليدية على القدمة ذات الورنية لقياس سمك الشفة وقطر مداس العجلة يدويًا، مما يتطلب إيقاف الرافعة وأعمال رفع، مع جهد بدني عالٍ وعدد نقاط قياس محدود (عادةً 2~4 نقاط فقط لكل سكة). يقوم نظام KL-WHEEL-LASER بتركيب مستشعر محيط ليزري ثنائي الأبعاد في نهاية السكة، وعند مرور الرافعة، يقوم تلقائيًا بمسح المحيط الكامل لمداس وشفة كل مجموعة عجلات، حيث يستغرق الالتقاط الواحد 0.2 ثانية فقط، وتبلغ دقة سمك الشفة ±0.1 مم، ودقة قطر المداس ±0.3 مم.

مبدأ الكشف بالليزر للمحيط

يقوم نظام كيلود للصناعات الثقيلة بتركيب مستشعري محيط ليزريين ثنائيي الأبعاد (Keyence LJ-X8060، ليزر أزرق 405 نانومتر، دقة تكرار المحور Z 0.4 ميكرومتر) في نهاية السكة، بحيث يستهدف الأول نطاق تلامس مداس العجلة مع السكة، والثاني يستهدف الجزء الخارجي من شفة العجلة. عندما تمر الرافعة بسرعة منخفضة تتراوح بين 0.1~0.3 م/ث عبر منطقة الكشف، يقوم كل مستشعر بجمع بيانات المقطع العرضي لمحيط العجلة بتردد 200 هرتز. يضمن المشفر أخذ عينات متساوية المسافات بحيث يحصل كل عجلة على ≥50 مقطعًا عرضيًا للمحيط. يستخرج النظام المعاملات الأساسية من سحابة نقاط المحيط: سمك الشفة (يُقاس عند ارتفاع 12 مم من خط الأساس للمداس، وفقًا لمعيار FEM 1.001)، وقطر المداس (تركيب دائرة بطريقة المربعات الصغرى)، وعمق تآكل المداس (بالمقارنة مع المحيط المرجعي الأصلي)، وزاوية الشفة (المعيارية 70°).

تتم مقارنة بيانات الكشف تلقائيًا مع السجلات التاريخية لإنشاء منحنيات الاتجاه. يتم إطلاق إنذار عندما يتجاوز تآكل سمك الشفة 30% من السماكة الأصلية، أو عندما ينخفض قطر المداس بأكثر من 5 مم، أو عندما تكون زاوية الشفة أقل من 65°. يعمل النظام بتلقائية كاملة دون تدخل بشري، ويُكمل دورة كشف واحدة عند كل مرور. يمكن للنظام التعرف على أكثر من 8 طرازات لعجلات الرافعة وضبط عتبات الكشف تلقائيًا.

تحليل تلامس العجلة والسكة والتنبؤ بالعمر

يتم نمذجة سلوك تلامس العجلة مع السكة باستخدام نظرية تلامس هيرتز: تكون منطقة التلامس بيضاوية الشكل، ويتم تحديد نصف المحور الرئيسي (a) ونصف المحور الثانوي (b) من خلال نصف قطر انحناء العجلة R_w، ونصف قطر انحناء السكة R_r، وحمل العجلة P، ومعامل المرونة للمادة E. أقصى إجهاد تلامس عند منطقة التلامس هو σ_max=3P/(2πab)، وبالنسبة لعجلة صب فولاذي ZG340-640 وسكة QU80 المستخدمة بشكل شائع في الرافعات العلوية، يتراوح σ_max عند التحميل الكامل حوالي 600~900 ميجا باسكال. عندما يتآكل سمك الشفة إلى أقل من 20 مم، تنزاح منطقة التلامس نحو جذر الشفة، مما يؤدي إلى زيادة معامل تركيز الإجهاد عند جذر الشفة بمقدار 1.5~2 مرة، ويسرع من بدء شرخ الإجهاد في جذر الشفة.

يقوم نظام KL-WHEEL-LASER تلقائيًا بحساب زاوية تلامس العجلة والسكة λ والحدبة المكافئة λ_eq بناءً على القيم المقاسة لسمك الشفة وقطر المداس. عندما تكون λ_eq>0.4، يشير ذلك إلى عدم تطابق العجلة والسكة، ويُنصح بتدوير العجلة أو استبدالها. يجمع النظام أيضًا بيانات من 5 عمليات كشف للتنبؤ بالعمر المتبقي للعجلة: معدل تآكل سمك الشفة (مم/10,000 كم) × الكمية المتبقية الحالية = مسافة التشغيل المتبقية (10,000 كم). على سبيل المثال، في أحد مصانع الصلب، رافعة علوية بسعة 32 طنًا، يبلغ معدل تآكل شفة العجلة حوالي 0.12 مم/10,000 كم (بمتوسط تشغيل 12 ساعة يوميًا)، وعندما يتآكل سمك الشفة من 25 مم الأولي إلى قيمة الإنذار 16 مم، يكون العمر المتبقي حوالي 750,000 كم (أي حوالي 14 شهرًا).

مجالات الاستخدام وخطط التركيب

نظام KL-WHEEL-LASER مناسب للكشف المباشر عن عجلات جميع أنواع الرافعات العلوية، ويشمل ذلك الرافعات الجسرية (بحر السكة 10~40 م)، والرافعات القنطرية (بحر السكة 18~60 م)، والرافعات المعلقة (سكة حديد I). يتم تركيب مستشعر المحيط الليزري في نهاية السكة، ويتم تثبيته على الأساس الخرساني على جانبي السكة عبر حامل مخصص. الحامل مصنوع من فولاذ مقاوم للصدأ 304 (بسماكة 8 مم)، مع نطاق ضبط ارتفاع ±50 مم لاستيعاب انحرافات ارتفاع السكة. درجة حماية المستشعر IP67، ويمكنه العمل بشكل مستمر في بيئات تتراوح حرارتها بين −20~+60 درجة مئوية ورطوبة تصل إلى 95%. يتم الاتصال بين المستشعر والبوابة الطرفية عبر إيثرنت صناعي (Cat6a، مسافة نقل ≤100 م)، وتوضع البوابة في خزانة كهربائية قريبة (بدرجة حماية IP54).

في السيناريوهات التي تتشارك فيها عدة رافعات علوية نفس السكة (مثل وجود عدة رافعات في نفس العنبر داخل مصنع الصلب)، يدعم النظام خاصية التعرف على الرافعات المتعددة: يتم تركيب علامات RFID على كل رافعة علوية (بتردد تشغيل 902~928MHz UHF، ومسافة قراءة 0~5m)، مع تركيب قارئ RFID في نهاية السكة. عند مرور الرافعة العلوية عبر منطقة الكشف، يتم التعرف تلقائيًا على رقم الرافعة وتُسجَّل بيانات الكشف في ملف المعدات المقابل. بعد تطبيق هذا الحل على رافعة علوية بسعة 42t في أحد مصانع الصلب (6 رافعات تعمل على نفس السكة)، يتم تلقائيًا جمع بيانات المحيط لـ48 عجلة من العجلات الست جميعًا كل شهر، مما يحل محل الفحص اليدوي الذي كان يستغرق يومين شهريًا. خلال 6 أشهر من التشغيل، أصدر النظام إنذارًا مبكرًا لـ3 حالات تجاوزت فيها شفة العجلة حد الاهتراء المسموح، وتمت معالجة جميع الحالات ضمن نافذة الصيانة المخطط لها، مما منع تلف العجلات وتفاقم ظاهرة قضم السكة. وقد تم نشر نظام كيلود للكشف عن العجلات في أكثر من 20 شركة في قطاعي الصلب والموانئ.

مقارنة تقنيات الكشف

الأسئلة الشائعة