محدد الحمل الزائد ومحدد عزم الحمل في الرافعات: مبدأ العمل والتركيب
? يقيس محدد الحمل الزائد وزن الحمولة الفردية، ويُستخدم في الرافعات الجسرية والقنطرية والرافعات الكهربائية ذات المسار الثابت، مع ضبط العتبة عند 110% للإنذار و125% للفصل الإجباري (وفقًا لـISO 4306-2011 — الرافعات الجسرية للأغراض العامة)؛ بينما يقيس محدد عزم الحمل حاصل ضرب الحمولة × المدى في الزمن الحقيقي، وهو مخصص للرافعات الذراعية والبرجية والمتحركة التي تتغير فيها زاوية الميلان، مع التوقف الديناميكي وفقًا لمنحنى عزم الحمل (وفقًا لـISO 10245-5:2005).
من بين أجهزة الحماية في آلات الرفع، يُعد محدد الحمل الزائد ومحدد عزم الحمل أكثر جهازين يسببان الالتباس. ورغم أن كليهما يندرج تحت نطاق الحماية من الحمل الزائد، إلا أن هناك فروقًا جوهرية بينهما في مبدأ العمل، والطرازات المناسبة، ومواقع التركيب، ومعايير المعايرة. يستعرض هذا المقال الفروق التقنية بين النوعين بالتفصيل من منظور هندسي عملي، لمساعدة المهندسين على الاستخدام الدقيق في مرحلة التصميم والاختيار والصيانة الدورية.
الفرق بين محدد الحمل الزائد ومحدد عزم الحمل في مبدأ العمل
محدد الحمل الزائد (Overload Limiter) هو جهاز حماية يقيس الوزن الفعلي لحمولة الرفع، ويقارنه بالقيمة المقدرة المسبقة الضبط، ثم يقطع طاقة الرفع تلقائيًا أو يُصدر إنذارًا عند تجاوز الحد. يعتمد مبدأ عمله على مستشعر قوة (أو مستشعر من نوع المحور) مركّب عند طرف عمود البكرة الثابتة أو على عارضة الخطاف، حيث يحوّل قوة الحمولة إلى إشارة كهربائية تماثلية 4~20mA، وتقوم وحدة التحكم بمقارنتها مع العتبة المضبوطة: عند بلوغ الحمولة 110% من القيمة المقدرة، يُصدر إنذارًا صوتيًا وضوئيًا ويقطع دائرة الرفع (مع إبقاء دائرة الخفض سالكة)، وعند بلوغها 125%، يتم فصل ملف ملامس الرفع قسريًا لتحقيق توقف صارم. المنطق الأساسي لمحدد الحمل الزائد هو مقارنة متغير واحد فقط — أي الاهتمام بما إذا كانت الكتلة المطلقة للحمولة المعلقة تتجاوز سعة الرفع المقدرة أم لا.
محدد عزم الحمل (Load Moment Limiter, LML) هو جهاز حماية مصمم خصيصًا للرافعات المتغيرة الميلان. على عكس محدد الحمل الزائد، يجمع LML متغيرين في وقت واحد: حمولة الرفع ومدى الذراع، ويحسب لحظيًا عزم الحمل الفعلي الناتج عن (الحمولة × المدى)، ثم يقارنه بمنحنى عزم الحمل المقدر عند نفس المدى. عندما يصل عزم الحمل الفعلي إلى نطاق 90%~100% من العزم المقدر، يُصدر إنذارًا تحذيريًا، وعند تجاوز 100%، يوقف تلقائيًا الحركات في الاتجاهات الخطرة (يمنع زيادة الميلان والرفع، ويسمح بتقليل الميلان والخفض). المنطق الأساسي هو مقارنة ديناميكية مع منحنى عزم الحمل: فالحمولة نفسها قد تكون آمنة عند مدى معين وغير آمنة تمامًا عند مدى آخر.
الرافعات المناسبة لمحدد الحمل الزائد ومحدد عزم الحمل
محدد الحمل الزائد مناسب للرافعات التي يكون فيها ارتفاع الرفع ثابتًا تقريبًا وموضع نقطة تأثير الحمولة غير متغير. من الطرازات النموذجية المناسبة: الرافعة الكهربائية أحادية العارضة من نوع LD/LX، والرافعة الكهربائية ثنائية العارضة من نوع LH، والرافعة الجسرية للأغراض العامة من نوع QD، والرافعة القنطرية من نوع MH/MG، والرافعة الكهربائية بحبل سلكي من نوع CD1/MD1. وفقًا لأحكام لائحة TSG 51-2023 — اللائحة الفنية لسلامة المعدات الخاصة، يجب تزويد الرافعات الجسرية والقنطرية التي تبلغ سعة الرفع المقدرة فيها >=3t بمحدد الحمل الزائد.
محدد عزم الحمل مخصص للرافعات الذراعية التي يتغير فيها مدى العمل. من الطرازات النموذجية المناسبة: الرافعة المحمولة على شاحنة، والرافعة المجنزرة، والرافعة على عجلات، والرافعة البرجية، والرافعة البوابة الدوارة، والرافعة السكك حديدية، والرافعة المحمولة. وفقًا لأحكام IEC 60204-32-2020 — أجهزة الحماية من الحمل الزائد لآلات الرفع، يجب تزويد الرافعات الذراعية التي تبلغ سعة الرفع المقدرة فيها >=3t بمحدد عزم الحمل. لا يمكن التبديل بين النوعين في نطاقات تطبيقهما: فتركيب محدد الحمل الزائد على رافعة ذراعية يشكل خطرًا لأنه لا يستشعر تغير المدى، بينما تركيب محدد عزم الحمل على رافعة جسرية لا يشكل خطرًا على السلامة لكنه يسبب هدرًا في التكلفة وتعقيدًا في الضبط.
مقارنة تكوين المستشعرات ومواقع التركيب
محدد الحمل الزائد — يتطلب عادةً مستشعر وزن واحد فقط من نوع قوة الشد أو من نوع المحور. مواقع التركيب ثلاثة: ① عند طرف عمود البكرة الثابتة — حيث تُدمج مقاييس الإجهاد في محور البكرة التي يمر حولها الحبل السلكي لقياس المركبة العمودية لشد الحبل، وهو مناسب للرافعات الجسرية المتوسطة من 5~32t؛ ② مستشعر عارضة الخطاف — يُركب مستشعر قوة الشد على عارضة الخطاف لقياس الكتلة الإجمالية للحمولة مباشرة، وهو مناسب للرافعات من نوع QD ذات الحمولات الكبيرة (>=50t)؛ ③ مستشعر عزم الدوران على عمود خرج المحرك — يقيس عزم خرج المحرك لحساب الحمولة بشكل غير مباشر دون تعديل البنية الميكانيكية، وهو مناسب لتحديث المعدات القديمة، لكن دقته تتأثر بتقلبات كفاءة المحرك (+/-5%FS).
محدد عزم الحمل — يتطلب ما لا يقل عن 2~3 مستشعرات تعمل معًا: خلية وزن (لقياس كتلة الحمولة الفعلية) + مستشعر الزاوية (لقياس زاوية ارتفاع الذراع) + مستشعر إزاحة اختياري (لقياس تمدد طول الذراع). تُركب خلية الوزن عادةً عند محور جذر الذراع أو عند منفذ قياس ضغط أسطوانة تغيير الميلان، بينما يُركب مستشعر الزاوية عند نقطة دوران الذراع. تقوم وحدة تحكم دمج البيانات بحساب عزم الحمل المسموح به في المدى الحالي لحظيًا باستخدام جدول منحنى الحمولة. وقد أصبح التكوين المزدوج المتكرر (حساب متزامن بواسطة المستشعرين A وB، مع إنذار إذا تجاوز الفرق بين النتيجتين 15%) هو المعيار القياسي في الصناعة لمحددات عزم الحمل في الرافعات الذراعية.
| بعد المقارنة | محدد الحمل الزائد | محدد عزم الحمل(LML) |
|---|---|---|
| القياسمعامل | مفردالحمولةالوزن | الحمولةxالمدى(مركبعزم الدوران) |
| مستشعرالكمية | 1قطعة(قوة الشد/نوع المحور الدبوسي) | 2~3قطعة(الوزن+الزاوية+الإزاحة) |
| منطق التحكم | الحمولة>=110%إنذار مسبق،>=125%القطع | عزم الدوران>=100%قيمة المنحنى توقف الحركة في الاتجاه الخطير |
| الطرازات المطبقة | جسري/قنطرية (Gantry)/رافعة كهربائية | ذراعي/برجي/متحرك/بوابة دوارة |
| موضع التركيب | ثابتعمود البكرة/عارضة الخطاف/عمود المحرك | جذر الذراع+دوراننقطة المفصل+أسطوانة تغيير الميلان |
| إشارة الخرج | 4~20mAإشارة تناظرية+مرحلمغلق عادة | ناقل CAN+متعدد القنواتمرحلخرج متدرج |
| دورة المعايرة | كل6شهر(لائحة TSG 51 — اللائحة الفنية لسلامة المعدات الخاصة-2023) | كل12شهر(GB/T 12602-2020) |
| دقةالمتطلبات | +/-3% FS | +/-5% FM(كاملنطاق القياسعزم الدوران) |
استراتيجية ضبط العتبات والإنذار
يعتمد نظام الإنذار في محدد الحمل الزائد على ثلاثة مستويات تدريجية. يُضبط مستوى ما قبل الإنذار عند 90% من الحمولة المقدرة، حيث يتم تفعيل مؤشر ضوئي أصفر لتنبيه المشغّل دون قطع التيار الكهربائي. أما مستوى الإنذار الرئيسي فيُضبط عند 100% من الحمولة المقدرة، حيث ينطلق إنذار صوتي ومرئي مع السماح بإكمال الحركة الجارية. وعند بلوغ مستوى القطع الإجباري عند 110% من الحمولة المقدرة، يتم فصل ملف ملامس الرفع مع قفل ذاتي، ولا يُرفع القفل إلا عبر زر إعادة تعيين مخصص. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يمتلك محدد الحمل الزائد وظيفة فحص ذاتي: عند تشغيل الطاقة، يصدر تلقائيًا نبضة فحص ذاتي تحاكي حالة الحمل الزائد للتحقق من سلامة عمل المرحلات.
أما محدد عزم الحمل فيعتمد استراتيجية إنذار متعددة الأبعاد. في نظام الإحداثيات ثنائي الأبعاد (الحمولة-المدى)، يحدد محدد عزم الحمل ثلاث مناطق: المنطقة الآمنة الخضراء (عزم الدوران الفعلي < 90% من عزم الدوران المقدر)، ومنطقة التحذير الصفراء (90% إلى 100%)، والمنطقة الخطرة الحمراء (> 100%). عندما تتجه حركة الذراع نحو الاتجاه الخطير (زيادة الوصلة أو الرفع) ويدخل النظام إلى المنطقة الحمراء، يتم قفل هذا الاتجاه تلقائيًا مع السماح بالحركة العكسية (تقليل الوصلة أو الخفض) لضمان إنزال الحمولة بأمان. بالنسبة للرافعة المحمولة على شاحنة، يجب أن يميز محدد عزم الحمل بين منحنيات عزم الدوران المقدرة لمناطق العمل الثلاث: الأمامية والجانبية والخلفية.
| شروط الإطلاق | محدد الحمل الزائد الاستجابة | محدد عزم الحمل(LML) الاستجابة |
|---|---|---|
| 90%الحمولة المقدرة | تحذير بمؤشر أصفر | منطقة التحذير الصفراء(تنبيه خفيف) |
| 100%الحمولة المقدرة | إنذار صوتي ومرئي،السماح بإتمام الحركة | منطقة التحذير الصفراء(تنبيه قوي)،منع زيادة المدى/رفع |
| 110%الحمولة المقدرة | قطع إجباريرفعالدائرة مع قفل ذاتي | منطقة الخطر الحمراء،قفل الاتجاه الخطير،السماح فقط بتقليل المدى/خفض |
| طريقة إعادة الضبط | زر إعادة ضبط مخصص(فيزيائي أوشاشة لمس) | إعادة ضبط تلقائية(فك القفل تلقائيًا بعد العودة للمنطقة الآمنة) |
| الفحص الذاتيتردد | فحص ذاتي عند كل تشغيل + تشغيل يدوي شهري | كل4فحص ذاتي كل ساعة + تحقق يدوي قبل بدء كل وردية |
خامسًا: طرق المعايرة وإجراءات الضبط
إجراءات معايرة محدد الحمل الزائد — الخطوة 1: تركيب الأوزان القياسية أو جهاز التحميل الهيدروليكي، والبدء بتحميل 50% من الحمولة المقدرة لمعايرة انحراف الصفر في خلية الوزن. الخطوة 2: التحميل حتى 100% من الحمولة المقدرة، وضبط كسب وحدة التحكم لجعل القراءة مطابقة للقيمة المعيارية (الانحراف المسموح +/-3%). الخطوة 3: التحميل حتى 110% و125% للتحقق من وظيفتي الإنذار والقطع. الخطوة 4: الخفض إلى الصفر بدون حمل للتحقق من خطأ العودة إلى الصفر (انحراف الصفر <= 1% من نطاق القياس). يجب أن يتضمن سجل المعايرة تاريخ المعايرة وأرقام الأوزان والقيم المقاسة الفعلية عند كل نقطة وتوقيع القائم بالمعايرة، ويُحفظ لمدة دورة فحص واحدة على الأقل (6 أشهر).
إجراءات معايرة محدد عزم الحمل — وهي أكثر تعقيدًا، إذ يجب تنفيذها عند ثلاثة مديات مختلفة (الحد الأدنى لطول الذراع / المدى المتوسط / الحد الأقصى لطول الذراع). عند كل مدى، يتم التحميل تباعًا بنسب 50% / 75% / 100% / 110% من عزم الدوران المقابل للحمولة المقدرة، للتحقق من دقة إيقاف محدد عزم الحمل عند نفس قيمة الحمولة عبر المديات المختلفة. تستغرق عملية المعايرة الكاملة حوالي 2~3 ساعات، وتنفذها هيئة فحص متخصصة مؤهلة وتختم تقرير الفحص بختمها. تقوم كيلود للصناعات الثقيلة بتزويد جميع الرافعات المصنّعة بمحدد حمل زائد معاير من المصنع، مع إرفاق تقرير المعايرة ودليل التشغيل مع المعدات.
سادسًا: أخطاء التركيب والضبط الشائعة
الخطأ الأول: مد كابل إشارة المستشعر مع كابل الطاقة في نفس القناة — إشارة خلية الوزن في محدد الحمل الزائد ومحدد عزم الحمل هي إشارة ضعيفة بمستوى الميلي فولت (عادة 2mV/V)، وعند مدها مع كابل طاقة PWM الصادر من محول التردد في نفس القناة، يتسبب الاقتران الكهرومغناطيسي في توليد ضوضاء على كابل الإشارة تفوق الإشارة الفعلية بعدة أضعاف، مما يؤدي إلى قراءات متقلبة أو إنذارات خاطئة في وحدة التحكم. الطريقة الصحيحة هي مد كابل إشارة المستشعر في أنبوب فولاذي منفصل، مع تأريض أحد طرفي الأنبوب. تلتزم كيلود للصناعات الثقيلة في التركيب المصنعي بمعيار الفصل بين كابل الإشارة وخط القدرة في قنوات منفصلة، وتوفر خدمة إرشاد للتركيب الميداني.
الخطأ الثاني: تخطي التحقق من حالة الصفر أثناء المعايرة — كثير من عمليات الضبط الميداني تتحقق فقط من نقطة المدى الكامل وتتجاهل نقطة الصفر. عندما يتجاوز انحراف الصفر في المستشعر 1% من نطاق القياس، تتأثر خطية القياس على كامل المدى. يجب أن تبدأ كل معايرة من حالة الصفر، وتسجيل قراءة الصفر، ثم التحميل التدريجي.
الخطأ الثالث: التحقق من محدد عزم الحمل عند الحد الأدنى لطول الذراع فقط — عند الحد الأدنى لطول الذراع يكون عزم الدوران المقدر في أقصى قيمة، ولكن إذا كان مستشعر الزاوية يعاني من انحراف صفري عند الذراع الطويل، فقد يحدث قطع مبكر أو متأخر في عزم الدوران عند المدى الأقصى، مما يجعل الحماية الفعلية غير فعالة. يجب التحقق الكامل من نقاط المدى الثلاثة.
الأسئلة الشائعة
س: هل يمكن استخدام محدد عزم الحمل بدلاً من محدد الحمل الزائد في الرافعة الجسرية؟
ج: ممكن تقنيًا لكنه غير ضروري. في الرافعة الجسرية يكون مدى الرفع ثابتًا، وبالتالي يصبح مستشعر الزاوية في محدد عزم الحمل عنصرًا زائدًا عن الحاجة، مما يزيد من نقاط الأعطال وتكاليف الصيانة. لائحة TSG 51-2023 تنص بوضوح على أن الرافعة الجسرية يجب أن تُجهز بمحدد الحمل الزائد وليس محدد عزم الحمل، ويُنصح بالاختيار وفق المعيار. إذا كان من المحتمل إضافة آلية تغيير ميل الذراع للرافعة الجسرية لاحقًا، يمكن تجهيز واجهة احتياطية لمحدد عزم الحمل.
س: ما الفرق بين قيمتي القطع 110% و125% في محدد الحمل الزائد؟
ج: 110% هي نقطة القطع الأولى، حيث يتم قطع دائرة الرفع فقط مع بقاء دائرة الخفض تعمل بشكل طبيعي، مما يسمح للمشغل بإنزال الحمولة بأمان إلى الأرض ثم التحقق من السبب. أما 125% فهي نقطة القطع الإجباري، حيث يتم قطع ملف ملامس الرفع مباشرة مع قفل ذاتي، ولا يمكن فك القفل إلا عبر زر إعادة تعيين مخصص. هذان المستويان من الحماية مصممان وفقًا لمعيار ISO 4306، لضمان توقف صارم في حالات الحمل الزائد القصوى.
س: لماذا يجب على محدد عزم الحمل التمييز بين منطقة العمل الأمامية والجانبية؟
ج: في الرافعة المحمولة على شاحنة، يختلف عزم الانقلاب الكلي بين الاتجاه الأمامي والجانبي بسبب اختلاف امتداد الرافعات. عادةً ما يكون امتداد الرافعات الجانبية أصغر من الأمامية، وبالتالي تكون مقاومة الانقلاب أضعف، وعزم الدوران المقدر الجانبي عند نفس طول الذراع والمدى لا يتجاوز 70%~80% من القيمة الأمامية. يقوم محدد عزم الحمل بالتعرف على رباعيات العمل الحالية عبر مشفر الدوران، ويقوم تلقائيًا بالتبديل إلى منحنى عزم الدوران المقدر المناسب، لتجنب الأخطاء في التقييم أثناء العمل الجانبي.
س: الرافعات القديمة قيد التشغيل لا تحتوي على محدد الحمل الزائد، كيف يمكن تركيبها؟
ج: بالنسبة للمعدات القديمة المستخدمة، يُنصح باعتماد حل مستشعر عزم الدوران على عمود خرج المحرك، حيث لا يتطلب أي تعديلات هيكلية ولا يغيّر مسار تحميل آلية الرفع، ومدة التنفيذ حوالي 1-2 يوم. يُركّب المستشعر على القارنة بين المحرك ومخفض السرعة، بدقة تبلغ ±5% FS، بما يتوافق مع متطلبات لائحة TSG 51-2023. بعد التركيب، يجب الاستعانة بجهة تفتيش متخصصة لإجراء المعايرة الأولى وإصدار تقرير المعايرة.
توفّر كيلود للصناعات الثقيلة خدمات اختيار وتركيب وتحديث أجهزة الحماية الشاملة للرافعات العلوية والجسرية والذراعية، بما في ذلك محدد الحمل الزائد، محدد عزم الحمل، محدد الارتفاع، المفاتيح الحدية، ونظام القفل المتشابك الآمن PLC، عبر خط الاستشارة الساخن 400-086-9590.
