مراقبة توزيع حرارة مخفض السرعة في الرافعة العلوية وتشخيص حراري

يُعد مخفض السرعة مكوّن نقل رئيسي في آلية رفع الرافعة العلوية، وتُمثل الحرارة الناتجة عن احتكاك التروس والمحامل المصدر الأساسي لمجاله الحراري. عند ظهور تأكل سطحي (تعرج) على التروس، أو اهتراء في المحامل، أو نقص في زيت التشحيم، يزداد معامل الاحتكاك الموضعي مما يؤدي إلى ارتفاع غير طبيعي في درجة الحرارة. لا تستطيع أنظمة مراقبة النقطة الواحدة التقليدية (مثل PT100 الملاصق) سوى قياس درجة حرارة حوض الزيت أو السطح الخارجي للهيكل، دون القدرة على تحديد موقع مصدر الحرارة. يقوم نظام KL-GEAR-THERM بتركيب كاميرا حرارية مصغرة (160×120 بكسل، NETD<50mK) عند نافذة الفحص الخاصة بمخفض السرعة، ويراعي في أسلوب المراقبة متطلبات مراقبة حرارة آليات النقل وفقًا للمواصفة ISO 4301 / FEM 1.001 (المرجع السابق ISO 4301 / FEM 1.001). كما يتم تثبيت مزدوجات حرارية PT100 على مبيت محمل عمود السرعة العالية، ومبيت محمل عمود السرعة المنخفضة، وفي حوض الزيت، ليتم دمج بيانات القناتين المزدوجتين لإعادة بناء مجال درجة الحرارة ثلاثي الأبعاد.

مكونات النظام وإعادة بناء مجال الحرارة

تلتقط الكاميرا الحرارية الإشعاع الداخلي عبر نافذة من الياقوت الأزرق (بقطر 40 مم، نفاذية >92% في نطاق 8~14 ميكرومتر) مثبتة على نافذة فحص مخفض السرعة، ويتم إدخال هواء مضغوط جاف بضغط 0.2MPa على جانبي النافذة لمنع تكثف رذاذ الزيت. تُثبت مستشعرات PT100 بقواعد مغناطيسية (قوة جذب ≥5 كجم) دون الحاجة إلى حفر أو عمل ثقوب في الهيكل، ويمكن اختيار موقع التثبيت على السطح الخارجي لحلقة مبيت المحمل أو في قاع حوض الزيت. يتم دمج جامع البيانات في صندوق توصيل مقاوم للانفجار (Ex d IIB T4 Gb)، ويتواصل مع البوابة الطرفية عبر بروتوكول RS485 Modbus RTU.

تلتقط كاميرا كيلود للصناعات الثقيلة الحرارية صورة حرارية كل 5 دقائق، بينما تجمع مستشعرات PT100 قراءات دقيقة لدرجة الحرارة كل 10 ثوانٍ (بدقة ±0.3°C). يقوم النظام، بالاستناد إلى نموذج ديناميكي حراري محدود العناصر (تمت محاكاته مسبقًا باستخدام وحدة ANSYS Steady-State Thermal)، بتحويل الصور الحرارية السطحية إلى تقديرات لدرجات حرارة التروس والمحامل الداخلية. يتم إطلاق إنذار عندما يتجاوز تدرج الحرارة في منطقة معينة >8°C/إطار أو عندما يتجاوز معدل تغير درجة الحرارة >3°C/ساعة. في الظروف التشغيلية العادية، تكون درجة حرارة هيكل مخفض السرعة أقل من درجة حرارة الزيت بمقدار 8~15°C، وإذا زاد هذا الفرق ليصل إلى 20°C أو أكثر، فهذا يشير إلى انسداد في مسار زيت التشحيم أو ضعف في التبريد.

النموذج الحراري وتحديد الارتفاع غير الطبيعي في الحرارة

يعتمد النظام على نموذج تحليل حراري محدود العناصر (ANSYS Steady-State Thermal) لحساب توزيع مجال درجة الحرارة ثلاثي الأبعاد لمخفض السرعة مسبقًا في الظروف التشغيلية العادية. تستخدم الشبكة المحدودة العناصر عناصر رباعية السطوح (بحجم 3~5 مم)، مع تكثيف موضعي في مناطق تلامس أسنان التروس (بحجم شبكة 0.5 مم)، ليصل إجمالي عدد العقد إلى حوالي 500,000 عقدة. تشمل الشروط الحرارية الحدودية: كثافة التدفق الحراري الناتج عن تعشيق التروس (محسوبة وفقًا لمعيار AGMA 2001-D04، وترتبط بإجهاد التلامس السطحي وسرعة الانزلاق)، وحرارة احتكاك المحامل (وفقًا لمعادلة Palmgren التجريبية، وترتبط بالحمولة الديناميكية المكافئة وسرعة الدوران)، ومعامل الحمل الحراري لزيت التشحيم (حوالي 80~150 واط/م²·كلفن في ظروف التزييت بالرش، وحوالي 200~500 واط/م²·كلفن في ظروف التزييت القسري)، بالإضافة إلى الحمل الحراري الطبيعي بين الهيكل والبيئة المحيطة (حوالي 10~25 واط/م²·كلفن). بعد معايرة النموذج بالبيانات المقاسة، يصل خطأ التنبؤ بمجال درجة الحرارة الثابت إلى ≤±1.5°C. تشمل معاملات النموذج: كفاءة تعشيق التروس 98~99% (للمرحلة الواحدة)، وفقدان قدرة احتكاك المحامل (محسوب وفقًا لنموذج SKF، ويرتبط بالحمولة وسرعة الدوران)، ومعامل الحمل الحراري لزيت التشحيم (حوالي 50~150 واط/م²·كلفن في التزييت بالرش). تتميز خصائص توزيع الحرارة الطبيعي بأن: درجة حرارة مبيت محمل عمود السرعة العالية هي الأعلى (أعلى من حرارة الزيت بـ5~8°C)، يليها مبيت محمل عمود السرعة المنخفضة (أعلى من حرارة الزيت بـ3~5°C)، بينما تكون درجة حرارة الجزء العلوي من الهيكل هي الأدنى (أقل من حرارة الزيت بـ10~15°C).

عندما ينحرف مجال الحرارة المقاس عن النموذج بما يتجاوز العتبة المحددة، يطلق النظام تلقائيًا منطق تحديد الحالات غير الطبيعية. الخصائص الحرارية للأعطال النموذجية هي:

تأكل (تعرج) التروس — ارتفاع موضعي في حرارة منطقة التعشيق بمقدار 2~4°C مع ارتفاع عام في حرارة الزيت بمعدل 1~2°C/يوم.

اهتراء المحامل — معدل ارتفاع حرارة مبيت المحمل المقابل >1°C/ساعة، ويمكن للاكتشاف المبكر أن يوفر إنذارًا قبل 7~14 يومًا.

نقص زيت التشحيم — ارتفاع غير طبيعي في حرارة الجزء العلوي من الهيكل (عندما يكون الفرق عن حرارة الزيت <5°C، يُشار إلى انخفاض مستوى الزيت).

ضعف التبريد — استمرار الفرق بين حرارة سطح الهيكل وحرارة الزيت >20°C، مما يشير إلى انسداد زعانف التبريد أو عطل في مروحة التبريد.

في أحد التطبيقات على مخفض سرعة رافعة بوابة 40t في أحد الموانئ، أطلق النظام إنذارًا قبل 9 أيام من اهتراء محمل عمود السرعة العالية (معدل ارتفاع حرارة مبيت المحمل 1.8°C/ساعة)، وتم استبدال المحمل خلال نافذة التوقف المخطط لها، مما حال دون وقوع حادث توقف مفاجئ.

مجالات الاستخدام ونصائح الاختيار

نظام KL-GEAR-THERM مخصّص لمراقبة المجال الحراري لمخفضات السرعة في مختلف أنواع الروافع العلوية، بما في ذلك مخفض رفع الرافعة الجسرية، ومخفض سير الرافعة القنطرية، ومخفض ونش الرفع في الرافعة المعدنية. ويُصنّف النظام إلى ثلاثة مستويات تجهيز حسب قدرة المخفض ودقة المراقبة المطلوبة:

الإصدار الأساسي — كاميرا حرارية واحدة + 2 قناة PT100، مناسب لمخفضات بقدرة ≤75kW.

الإصدار القياسي — كاميرتان حراريتان + 4 قنوات PT100، مناسب لمخفضات بقدرة 75~200kW.

الإصدار المعزّز — ثلاث كاميرات حرارية + 6 قنوات PT100 + مستشعر اهتزاز، مناسب للمخفضات الكبيرة بقدرة ≥200kW أو مكونات السلامة الحيوية.

يُنصح عادةً باستخدام الإصدار المعزّز للرافعات المينائية والرافعات المعدنية، نظرًا لطول فترات التشغيل المتواصل وتقلبات الحمولة الكبيرة التي تؤدي إلى تسارع تراكم إجهاد التعب في التروس والمحامل.

عند اختيار النظام في الموقع، يجب أيضًا مراعاة أبعاد وتصميم نافذة الفحص الخاصة بالمخفض:

نافذة فحص قياسية (قطر ≥80mm) — يمكن تركيب مكونات نافذة الياقوت مباشرة.

نافذة فحص صغيرة (قطر 40~80mm) — يلزم استخدام شفة محوّل للتركيب.

مخفضات مغلقة بدون نافذة فحص (مثل بعض المخفضات المستوردة) — يلزم فتح ثقب في الهيكل للتركيب، ويُفضَّل تجهيز المنفذ في المصنع مسبقًا.

للمراقبة في المناطق المقاومة للانفجار (مثل ورش الكيماويات ومستودعات الفحم)، يتوفر النظام بنسخة مقاومة للانفجار بتصنيف Ex d IIC T4، حيث تكون الكاميرات الحرارية ومستشعرات PT100 مغلّفة بالكامل داخل هيكل عازل للانفجار، وتتصل بالبوابة عبر حاجز أمان جوهري. وقد نفّذت كيلود للصناعات الثقيلة هذا النظام بنجاح على أكثر من 300 مخفض سرعة متنوع، حيث بلغت قدرة أكبر مخفض منفرد 500kW (رافعة علوية 380t في أحد مصانع الصلب).

مستويات التجهيز والمعلمات التقنية

متطلبات الصيانة والمعايرة

تنقسم أعمال صيانة نظام KL-GEAR-THERM إلى فئتين: التفتيش اليومي والمعايرة الدورية. يتم التفتيش اليومي تلقائيًا كل يوم، ويشمل الفحص الذاتي للكاميرا الحرارية (ضوضاء قراءة البكسل ≤1DN)، والتحقق عبر الإنترنت من PT100 (دقة المقاومة المرجعية المدمجة عالية الدقة ±0.01%)، وفحص نظافة نافذة الياقوت (معدل النفاذية ≥85% طبيعي، وعند انخفاضه عن 70% يصدر تنبيه بضرورة ضبط ضغط النفخ أو استبدال النافذة). يقوم النظام تلقائيًا بإنشاء تقرير صيانة يوميًا في الساعة 3:00 صباحًا، يسجل انحراف نقطة الصفر وتغيرات الحساسية لكل قناة، ويمكن لفريق التشغيل والصيانة الاطلاع عليه عبر الواجهة الإلكترونية. عند حدوث خلل، يرسل النظام تنبيهات عبر الرسائل النصية وتطبيق واتساب.

فيما يتعلق بالمعايرة الدورية، يُنصح بإعادة معايرة الكاميرا الحرارية في المصنع كل عامين (بما في ذلك تصحيح إشعاع الجسم الأسود وتصحيح عدم الانتظام NUC)، كما يتم التحقق عبر الإنترنت من PT100 كل 6 أشهر (يقوم النظام بمقارنة المقاومة المرجعية ويخرج معامل المعايرة تلقائيًا). يجب فحص نظافة سطح نافذة الياقوت كل 3 إلى 6 أشهر حسب ظروف التشغيل، وفي البيئات ذات الضباب الزيتي الكثيف (مثل ورش المعالجة الحرارية) يمكن تقصير المدة إلى مرة واحدة شهريًا. توفر كيلود للصناعات الثقيلة خدمة التشخيص عن بعد، حيث يمكن لفريق التشغيل والصيانة الاطلاع على مخططات اتجاه درجة حرارة جميع مخفضات السرعة المتصلة في الوقت الفعلي، ويتم إصدار تقرير صحي شامل شهريًا لمساعدة المستخدمين على تحديد أفضل نافذة زمنية للصيانة وتجنب التوقف غير المبرمج.

مقارنة الحلول التقنية لقياس الحرارة

الأسئلة الشائعة