تحليل آلية الرفع وعجلات الرافعة العلوية: الأسطوانة والبكرات
تصميم واختيار آلية الرفع ومجموعة العجلات للرافعة العلوية: وفقًا لمعيار ISO 4301 / FEM 1.001، يُحسب قطر الأسطوانة بالمعادلة D≥(h₁×h₂)×d، حيث تكون القيمة A5 بمقدار 16 ضعفًا وA7 بمقدار 20 ضعفًا لقطر حبل السلك. يُوصى باستخدام مادة ZG50Mn2 لمداس العجلة مع معالجة حرارية بالتبريد الفوري بصلابة HB350~450. يجب تزويد آلية الرفع بمكبحين مستقلين على عمود السرعة العالية وعمود السرعة المنخفضة لتلبية متطلبات السلامة الإلزامية.
آلية الرفع (Hoisting Mechanism) هي نظام التنفيذ الأساسي الذي يمكّن الرافعة من أداء وظيفة الرفع والنقل، وتتكون من مجموعة الأسطوانة، ومجموعة البكرات، ومخفض السرعة، والمكبح. أما مجموعة العجلات فهي الأساس الحامل لتمكين الرافعة من أداء وظيفة السير. يستعرض هذا المقال، بالاستناد إلى معيار ISO 4301 / FEM 1.001، بشكل منهجي حساب قطر الأسطوانة والتحقق من سمك الجدار، واختيار البكرات ومعايير الاهتراء، ومواد العجلات وعمليات المعالجة الحرارية، مع تقديم معاملات تصميم وبيانات هندسية كاملة.
تصميم مجموعة الأسطوانة في الرافعة العلوية
الأسطوانة (Drum) هي العنصر الدوار الأساسي في آلية الرفع الذي يُلف حوله حبل السلك وينقل قوة الدفع. يُحسب قطر الأسطوانة وفقًا لمعادلة ISO 4301 / FEM 1.001: D ≥ (h₁×h₂)×d، حيث h₁ هو معامل مرتبط بفئة التشغيل (A5 = 16، A7 = 20)، وh₂ هو معامل مرتبط ببنية حبل السلك (اللف المتقاطع = 1.0)، وd هو قطر حبل السلك. كلما زاد قطر الأسطوانة، قل إجهاد الانحناء على حبل السلك وزاد عمره الافتراضي، لكنه يزيد أيضًا من حجم ووزن الأسطوانة. هندسيًا، يُفضل اختيار القيمة الأصغر التي تحقق المعاملات لتقليل الوزن الذاتي للرافعة العلوية.
| فئة التشغيل | h₁معامل | موصى بهD/dنسبة |
|---|---|---|
| A3~A4(الخفيف) | 14 | ≥14×d |
| A5(المتوسط) | 16 | ≥16×d |
| A6(الثقيل) | 18 | ≥18×d |
| A7~A8(الشديد الثقل) | 20 | ≥20×d |
فيما يلي جدول الاختيار السريع لأسطوانات الحبل السلكي وفقًا لقطر حبل السلك، مع التوصية بسمك الجدار:
| قطر حبل السلك | A5قطر الأسطوانة | A7قطر الأسطوانة | سمك جدار الحديد الزهر | فولاذ مصبوبسمك جدار الحديد الزهر |
|---|---|---|---|---|
| ∅14mm | ∅224mm | ∅280mm | 16mm | 12mm |
| ∅18mm | ∅280mm | ∅355mm | 18mm | 14mm |
| ∅22mm | ∅355mm | ∅450mm | 22mm | 16mm |
| ∅28mm | ∅450mm | ∅560mm | 28mm | 20mm |
| ∅32mm | ∅500mm | ∅630mm | 32mm | 24mm |
| ∅36mm | ∅560mm | ∅710mm | 36mm | 26mm |
تصميم مجموعة البكرات
يُعد إجهاد ضغط الجدار المؤشر الرئيسي للتحقق من قوة الأسطوانة. على سبيل المثال، في رافعة علوية بسعة 50 طن (بحبل سلكي ∅28mm، وأسطوانة ∅560mm، وسماكة جدار 20mm، ومادة ZG270-500، وقوة شد قصوى 130kN)، يبلغ إجهاد ضغط الجدار حوالي 92.5MPa، بينما الإجهاد المسموح به هو 125MPa (عامل أمان 4)، مما يحقق هامش أمان يبلغ 26%. وفقًا لمعيار ISO 4301 / FEM 1.001، تكون معاملات مجرى الحبل كالتالي: نصف قطر قاع المجرى R=(0.53~0.56)×d، وعمق المجرى h≥0.35×d، والخطوة s=d+(2~4)mm.
اختيار مواد مجموعة العجلات
تتكون مجموعة عجلات الرافعة العلوية من العجلات وصندوق المحمل الزاوي وعمود العجلة. يؤثر اختيار مادة العجلة بشكل مباشر على قدرة التحمل وعمر الخدمة، وتُعد المعالجة الحرارية العامل الحاسم لضمان مقاومة التآكل.
| المكوّن | الوظيفة | المادة الموصى بها |
| العجلة | تحمل الحمولة والتوجيه | فولاذ مصبوب ZG270-500 أو فولاذ مدرفل |
| صندوق المحمل | تثبيت المحمل وتوزيع الأحمال | فولاذ مصبوب أو حديد زهر |
| عمود العجلة | نقل عزم الدوران ودعم الدوران | فولاذ سبائكي مع معالجة حرارية |
| الأجزاء | المواد الموصى بها | المعالجة الحراريةالطريقة | صلادةالمتطلبات | عمق الطبقة المصلدة |
|---|---|---|---|---|
| مداس العجلة | ZG50Mn2/ZG50MnMo | تصلد سطحي(التردد المتوسط/اللهب) | HB 350~450 | 10~20mm |
| شفة العجلة | ZG50Mn2/ZG50MnMo | تصلد سطحي | HB 300~380 | 8~15mm |
| ترسسطح السن | 40Cr/42CrMo | سطح السنتبريد فوري/الكربنة | HRC 50~58 | 1~2mm |
| ترسالقلب | 40Cr/42CrMo | المعالجة الحرارية بالتبريد والتقسية | HB 250~300 | كامل الجسم |
| أسطوانة | ZG270-500 | التطبيع+تقسية | HB 160~220 | كامل الجسم |
| بكرة | HT200/ZG270-500 | إزالة الإجهاداتالتلدين | — | — |
| يتم تحقيق صلادة HB 350~450 على مداس العجلة من خلال التصلد السطحي بالتردد المتوسط، بعمق طبقة مقسّاة يتراوح بين 10~20 مم، مما يسمح بتحمل إجهاد التلامس بين العجلة والسكة. بينما تبلغ صلادة شفة العجلة HB 300~380، وهي أقل قليلاً من صلادة سطح السير لتقليل مخاطر انتشار الشروخ أثناء الاهتراء. أما أسطح أسنان التروس فتُعالج بالكربنة والتبريد الفوري لتحقيق صلادة عالية تتراوح بين HRC 50~58، مع معالجة النواة بالتبريد والتلطيف إلى HB 250~300 للحفاظ على المتانة. يمكن الاستفادة من خبرة تقنية الفحص عبر الإنترنت للحبل السلكي للرافعة العلوية في فحص تآكل العجلات (لمزيد من التفاصيل: تقنية فحص الحبل السلكي للرافعة). |
رابعاً: تجهيزات الكبح في آلية الرفع
يُعد الكبح الآمن في آلية الرفع متطلباً إلزامياً وفق معيار ISO 4301 / FEM 1.001. يجب تجهيز آلية الرفع بمكبحين مستقلين: أحدهما على العمود عالي السرعة (عند عمود المحرك)، والآخر على عمود السرعة المنخفضة (عند الأسطوانة). يُستخدم مكبح العمود عالي السرعة للكبح التشغيلي العادي، بينما يعمل مكبح الأمان على عمود السرعة المنخفضة كخط دفاع ثانٍ للكبح الطارئ ولمنع سقوط الحمولة. يُوصى باستخدام فرامل دفع هيدروليكية لآليات الرفع من المستوى A6 فما فوق، مع تصميم عزم الكبح بنسبة 1.5 من مضاعفات الحمل الاسمي.
يمكن إجراء الفحص الدوري للمكابح وصيانتها عبر منصة المراقبة عن بعد للرقمنة الخاصة بالرافعة العلوية (لمزيد من التفاصيل: حلول المراقبة عن بعد للرافعة الرقمية)، حيث يتم تحقيق الصيانة التنبؤية من خلال مراقبة عدد مرات عمل المكبح، وزمن الكبح، وارتفاع حرارة المكبح وغيرها من المعاملات.
خامساً: حلول مكونات الآلات من كيلود للصناعات الثقيلة
تشمل مكونات الرافعة العلوية من كيلود للصناعات الثقيلة توريداً شاملاً لمجموعة الأسطوانة (أسطوانات ملحومة من HT200/ZG270-500/Q345B)، ومجموعة البكرات (بكرات من HT200/ZG270-500/فولاذ مدرفل)، ومجموعة العجلات (عجلات من ZG50Mn2/ZG50MnMo مع تصلد سطحي)، ومخفضات السرعة، والقارنات، والمكابح. تُنفَّذ جميع المكونات وفق معياري ISO 4301 / FEM 1.001 وGB/T 10051، مع توفير تقارير حساب التحقق من القوة الكاملة ووثائق المعالجة الحرارية. تقدم كيلود للصناعات الثقيلة استشارة فنية مجانية وخدمات اختيار المكونات.
الأسئلة الشائعة
س: كيف يتم اختيار مجموعة الأسطوانة لآلية الرفع في الرافعة العلوية؟
ج: يُؤخذ قطر الأسطوانة عادةً بمقدار 20~30 ضعف قطر حبل السلك، ويُحسب طول الأسطوانة بناءً على ارتفاع الرفع ومعامل التضاعف للحبل السلكي. المواد الشائعة للأسطوانة هي Q235B أو Q355B، بينما تُستخدم الأسطوانات الكبيرة الحمولة من الفولاذ المصبوب ZG270-500. يجب التحقق من قوة سمك جدار الأسطوانة وفق معيار ISO 4301 / FEM 1.001.
س: كيف يتم اختيار مادة مجموعة العجلات في الرافعة العلوية؟
ج: المواد الشائعة للعجلات هي ZG340-640 أو ZG35CrMo أو 42CrMo. يُوصى باستخدام ZG340-640 لمستويات التشغيل الأقل من A5، بينما يُوصى باستخدام ZG35CrMo مع المعالجة بالتبريد والتلطيف لمستويات A6 فما فوق. يجب أن تصل صلادة مداس العجلة إلى HB300~380 لضمان مقاومة التآكل.
س: ما هي المعايير المعتمدة في تصميم آلية الرفع؟
ج: يتم التصميم وفق معيار ISO 4301 / FEM 1.001 لمواصفة تصميم الرافعات، والأسطوانة وفق JB/T 9005.1، والبكرات وفق JB/T 9005.2، والعجلات وفق JB/T 6392.
