تصميم دائرة التعشيق المتبادل لملامسات الرافعة للعكس

في آليات الرفع، وحركة جسر الرافعة، وحركة العربة، يُعد التحكم في عكس اتجاه المحرك (أمامي/خلفي) من الوظائف الكهربائية الأساسية. ومع ذلك، إذا تعشق الملامسان KM1 وKM2 في نفس الوقت، فسيحدث قصر كهربائي مباشر بين الطورين L1 وL3 من مصدر الطاقة ثلاثي الأطوار عبر الملامسات الرئيسية — وهذا من أخطر الأعطال في الخزانة الكهربائية للرافعة، إذ قد يؤدي إلى احتراق الملامسات والمحرك في أحسن الأحوال، وقد يتسبب في نشوب حريق في أسوأ الأحوال. لذلك، فإن جودة تصميم دائرة التعشيق المتبادل تحدد بشكل مباشر مستوى الأمان في النظام الكهربائي للرافعة.

يستعرض هذا المقال مبدأ الحماية المزدوجة (التعشيق الكهربائي والميكانيكي)، مع تقديم مخطط توصيل عملي باستخدام ملامسات التيار المتردد من سلسلة CJX2، ويشرح بالتفصيل خطوات اختيار المكونات، وتوصيل الأسلاك، وضبط التشغيل، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها لهذه الدائرة الأساسية في آلات الرفع.

لماذا نحتاج إلى تعشيق الملامسات؟ معايير السلامة الأساسية

تعتمد حركات الرافعة الأساسية — رفع وخفض آلية الرفع، والحركة الجسرية لليسار واليمين، وتقدم وتأخر حركة العربة — على التحكم في اتجاه دوران المحرك عبر ملامسين رئيسيين للتيار المتردد هما KM1 وKM2. إذا أُغلق الملامسان الرئيسيان في نفس الوقت، يحدث قصر كهربائي مباشر بين الطورين L1 وL3 في الدائرة الرئيسية، وقد يصل تيار القصر إلى آلاف الأمبيرات، مما يؤدي إلى احتراق نقاط التلامس فورًا، وصهر عزل الأسلاك، وقد يتسبب في حريق كهربائي في الحالات الشديدة.

تنص المواصفة الفنية IEC 60204-32 (المعدات الكهربائية للآلات — الجزء 32: متطلبات آلات الرفع) بوضوح على ضرورة توفير تعشيق كهربائي بين ملامسات الحركة الأمامية والخلفية في آلات الرفع، لمنع تعشيق كلا الملامسين في نفس الوقت بسبب لحام نقاط التلامس أو عطل في دائرة التحكم. كما تشترط لائحة TSG 51-2023 (اللائحة الفنية لسلامة المعدات الخاصة) أن تعتمد دوائر التحكم المتعلقة بوظائف السلامة على مبدأ التكرار وتصميم آمن ضد الأعطال.

مبدأ تصميم دائرة التعشيق المزدوج (كهربائي + ميكانيكي)

تعتمد دائرة التحكم في عكس الحركة على آليتي حماية مستقلتين: التعشيق الكهربائي والتعشيق الميكانيكي. تعمل الآليتان بشكل منفصل وتكمل إحداهما الأخرى، فإذا فشلت إحداهما، تمنع الأخرى تعشيق KM1 وKM2 معًا.

التعشيق الكهربائي — يتم توصيل مجموعة واحدة من الملامسات المساعدة المغلقة (NC) الخاصة بالملامس KM1 على التوالي في دائرة ملف الملامس KM2، وبالمثل، يتم توصيل مجموعة NC الخاصة بالملامس KM2 على التوالي في دائرة ملف KM1. عندما يصل تيار إلى ملف KM1 وينجذب، تنفتح نقاط NC الخاصة به، مما يقطع فعليًا دائرة إمداد ملف KM2، والعكس صحيح. يضمن هذا التوصيل المتقاطع من الناحية الطوبولوجية استحالة وصول التيار إلى ملفي KM1 وKM2 في نفس الوقت.

التعشيق الميكانيكي — يتم استخدام زري تشغيل مزدوجين مرتبطين ميكانيكيًا (مثل LAY7-11BN/3) لزر التشغيل الأمامي SB2 وزر التشغيل الخلفي SB3. ترتبط نقاط التلامس المتحركة للزرين بآلية رافعة داخلية تمنع تعشيق كلا الزرين معًا؛ فعند الضغط على SB2، تدفع الآلية نقطة تلامس SB3 المتحركة إلى وضع الفتح قسريًا، والعكس صحيح. حتى لو ضغط المشغل على الزرين في نفس الوقت، فإن الزر الذي يصل إلى نقطة التلامس أولاً فقط هو الذي يكمل الدائرة، بينما يظل الزر الآخر مقفلاً ميكانيكيًا في وضع الفتح.

اختيار المكونات الرئيسية ومعاييرها

لا تعتمد موثوقية دائرة التعشيق على مبدأ التصميم فحسب، بل على الاختيار الصحيح للمكونات. فيما يلي معايير الاختيار والطرازات الموصى بها للمكونات الرئيسية في الدائرة الرئيسية ودائرة التحكم.

مبدأ اختيار التيار المقنن للملامس: في فئة الاستخدام AC-3، يجب أن يكون التيار المقنن للملامس (Ie) أكبر من أو يساوي 1.25 ضعف التيار المقنن للمحرك (In). على سبيل المثال، لمحرك YE3-132M-4 بقدرة 7.5kW، حيث In = 15.2A، يتم اختيار ملامس CJX2-5011 (50A) لضمان هامش أمان كافٍ؛ توفر وحدة الملامسات المساعدة F4-22 مجموعتين NO ومجموعتين NC، تُستخدم مجموعة NC واحدة منها للتعشيق الكهربائي. يجب ضبط تيار تشغيل المرحل الحراري FR على 1.05 ضعف تيار المحرك المقنن، أي 1.05 × 15.2A = 16.0A.

خطوات التوصيل والضبط والتشغيل

يتم توصيل وضبط دائرة تعشيق الملامسات وفق الخطوات الخمس التالية، وتتطلب كل خطوة فصل التيار الكهربائي والتحقق باستخدام ملتيميتر.

الخطوة الأولى: توصيل الدائرة الرئيسية — من الطرف السفلي لقاطع الدائرة QF، تُسحب الأطوار L1/L2/L3 إلى الأطراف العلوية للملامس KM1 (1/L1، 3/L2، 5/L3)، ثم تُوصل الأطراف السفلية للملامس KM1 (2/T1، 4/T2، 6/T3) بالأطراف العلوية للملامس KM2، مع ملاحظة أن الطورين L1 وL3 يجب أن يتبادلا المواضع: الطرف 2/T1 (الطور L1) من KM1 يُوصل بالطرف 5/L3 (الطور L3) من KM2، والطرف 6/T3 (الطور L3) من KM1 يُوصل بالطرف 1/L1 (الطور L1) من KM2، بينما يُوصل الطور L2 مباشرة (L2 إلى L2). تُوصل الأطراف السفلية للملامس KM2 بالأطراف العلوية للمرحل الحراري FR، ومن أطرافه السفلية تُسحب الأطوار U/V/W إلى المحرك.

الخطوة الثانية: توصيل دائرة التحكم — من الطور L1 بعد قاطع الدائرة QF، يُسحب خط الطاقة لدائرة التحكم، ويُمرر عبر زر الإيقاف SB1 (NC)، ثم زر التشغيل الأمامي SB2 (NO)، وبعدها تتفرع الدائرة إلى مسارين: المسار الأمامي يمر عبر الملامس المساعد NC للملامس KM2 (للتعشيق الكهربائي) ليصل إلى ملف KM1؛ والمسار الخلفي يمر عبر الملامس المساعد NC للملامس KM1 ليصل إلى ملف KM2. تُجمع الأطراف المتبقية لملفي KM1 وKM2 معًا وتُوصل بخط التعادل N لمصدر طاقة التحكم.

الخطوة الثالثة: توصيل نقاط التلامس ذاتية القفل — يتم توصيل ملف الملامس KM1 على التوازي مع نقطة التلامس المساعدة المفتوحة NO الخاصة به (نقطة التلامس ذاتية القفل)، وكذلك الأمر بالنسبة لملف الملامس KM2 مع نقطة التلامس المساعدة NO الخاصة به. وبهذا، عند تحرير زر التشغيل، يستمر الملامس في تغذية ملفه عبر نقطة التلامس الخاصة به، محققًا وظيفة الحفاظ الذاتي على حالة التوصيل.

الخطوة الرابعة: الفحص الساكن قبل التغذية الكهربائية — افصل قاطع الدائرة الرئيسي QF، واستخدم ملتيميتر في وضع قياس المقاومة لفحص دائرة التحكم نقطة بنقطة: عند الضغط على SB2، يجب أن يكون طرفا ملف KM1 في حالة توصيل (مقاومة حوالي 50~80Ω)، بينما يجب أن يكون طرفا ملف KM2 في حالة قطع (لأن نقطة التلامس المساعدة المغلقة NC للتعشيق المتبادل تكون مفصولة)؛ وعند الضغط على SB3، ينعكس الوضع. وعند الضغط على SB2 وSB3 معًا، يجب أن يمنع الترابط الميكانيكي توصيل الدائرتين في نفس الوقت.

الخطوة الخامسة: الاختبار الديناميكي واختبار الحمل — افصل أولًا توصيلات المحرك (الأطراف U/V/W أسفل مرحل الحمل الزائد FR تبقى معلقة)، ثم أغلق قاطع الدائرة QF، واضغط بالتتابع على SB2 وSB1 وSB3 وSB1، وتحقق بملتيميتر في وضع قياس الجهد المتردد عند الأطراف السفلية لـ FR: عند الضغط على SB2، يجب أن تكون جهود الأطوار الثلاثة U/V/W طبيعية مع صحة تسلسل الأطوار، وعند الضغط على SB3، يجب أن تكون جهود الأطوار الثلاثة U/V/W طبيعية مع تبديل بين L1 وL3. تأكد من أن صوت انجذاب الملامس واضح وخالٍ من الاهتزاز، وأن ارتفاع حرارة الملف ضمن الحدود الطبيعية. أخيرًا، قم بتوصيل المحرك، وشغّله لمدة 5 دقائق في كل من وضع اللاحمل والحمل المقنن، للتحقق من صحة اتجاه دوران المحرك وسلاسة تشغيله.

تحليل مقارن لخطط التعشيق المتبادل

تختلف خطط التعشيق المتبادل في الموثوقية والتكلفة والملاءمة حسب التطبيق، وفيما يلي مقارنة بين ست خطط شائعة من أربعة أبعاد.

تحليل الأعطال الشائعة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

قد تواجه دائرة التحكم في عكس اتجاه دوران الرافعة، أثناء التشغيل طويل الأمد، أعطالاً مثل فشل التعشيق المتبادل، أو عدم جذب الملامس، أو فصل قاطع الدائرة بشكل غير طبيعي. فيما يلي أكثر ثلاثة أنواع من الأعطال شيوعاً وطرق استكشافها وإصلاحها.

العطل الأول: الدوران الأمامي طبيعي لكن الدوران العكسي لا يعمل — أولاً، افحص ما إذا كان الطرف الملامس المفتوح (NO) لزر الدوران العكسي SB3 موصلاً (باستخدام وضع الجرس في الملتيميتر)، ثم افحص ما إذا كان الطرف المساعد المغلق (NC) للملامس KM1 يعاني من ضعف التلامس بسبب الاستخدام الطويل. باستخدام الملتيميتر، قس مقاومة الطرف NC للملامس KM1 (عادةً ما يكون معنوناً بالطرفين 61-62) في حالة تحرير KM1، ويجب أن تكون قراءة المقاومة صفر أوم (0Ω)؛ وإذا كانت المقاومة أكبر من 10Ω، فيجب استبدال وحدة الطرف المساعد. أخيراً، افحص ما إذا كانت مقاومة ملف الملامس KM2 طبيعية (القيمة القياسية 50~80Ω)، وإذا كان الملف محترقاً، فيجب استبدال الملامس.

العطل الثاني: الملامس ينفصل فور جذبه (الاهتزاز) — ضعف تلامس طرف التغذية الذاتية هو السبب الأكثر شيوعاً. في لحظة جذب KM1، يجب أن يكون الطرف المساعد المفتوح (NO) للملامس KM1 (عادةً ما يكون معنوناً بالطرفين 53-54) المتوازي مع طرفي الزر SB2 مغلقاً بشكل موثوق للحفاظ على تغذية الملف. إذا تعرض هذا الطرف للأكسدة أو كان نابضه يعاني من إجهاد مما أدى إلى زيادة مقاومة التلامس، فإن الملف سيفقد الطاقة بعد تحرير الزر SB2، فينفصل الملامس؛ وعند إعادة ضبط الزر SB2، يعود التيار ليتصل، مما ينتج عنه ظاهرة اهتزاز سريعة بين الجذب والفصل. الحل هو تنظيف أو استبدال الطرف المساعد، وفي الحالات الطارئة يمكن تقصير سلك التغذية الذاتية مؤقتاً للحفاظ على التشغيل.

العطل الثالث: قاطع الدائرة يفصل فور إغلاقه — قصر بين الأطوار في الدائرة الرئيسية. أولاً، افحص ما إذا كان الملامسان KM1 وKM2 يجذبان في نفس الوقت (افصل مصدر طاقة التحكم واضغط يدوياً على القلب الحديدي المتحرك للملامس للملاحظة)، وإذا كان كلا الملامسين في حالة إغلاق، فهذا يعني أن دائرة التعشيق المتبادل قد فشلت تماماً. في هذه الحالة، افصل الطاقة فوراً، واستبدل أطراف التعشيق في دائرة التحكم، وافحص ما إذا كانت توصيلات تبديل الأطوار L1/L3 في الدائرة الرئيسية صحيحة — فخطأ توصيل التبديل (عدم تقاطع L1/L3) يؤدي إلى عدم تغير اتجاه دوران المحرك، لكنه لا يسبب قصراً؛ أما إذا كانت توصيلات KM1/KM2 على نفس الطور وجذبا معاً بسبب فشل التعشيق، فسيحدث قصر مباشر.

قراءات ذات صلة

مزيد من المحتوى حول سلامة الكهرباء للرافعات وتفسير المعايير:

① تفسير معيار IEC 60204-32 "سلامة الآلات الكهربائية" — مواصفات تصميم واختيار وتركيب المعدات الكهربائية للرافعات؛

② لائحة TSG 51-2023 "إجراء التفتيش الفني لسلامة آلات الرفع" — مبادئ التصميم التكراري والسلامة عند الفشل لدوائر التحكم الآمنة؛

③ معيار ISO 4301 / FEM 1.001 "مواصفة تصميم الرافعات" — الحسابات التصميمية وعامل الأمان لآليتي الرفع والسير.

④ GB/T 28264-2012 "نظام مراقبة وإدارة السلامة لآلات الرفع" — تكوين المعاملات ومعيار القبول — إعداد معاملات المراقبة ومعيار القبول لنظام التحكم الكهربائي للرافعة؛

⑤ خطة اختيار وتكوين نظام التحكم الكهربائي للرافعات — دليل تكوين المكونات الكهربائية الكامل من الملامسات إلى PLC.

الأسئلة الشائعة