التصميم الهندسي لنظام الحماية الآمنة للرافعات: الدائرة الآمنة/درجة الحماية/المسافة الآمنة/جميع معلمات منع التصادم
📌 النقاط الرئيسية تتألف أنظمة الحماية والسلامة للرافعات من ثلاثة أجزاء رئيسية: ① دوائر السلامة الكهربائية (قنوات مزدوجة احتياطية من PL d إلى PL e، زمن قطع الإيقاف الطارئ ≤200 مللي ثانية)؛ ② أجهزة السلامة الميكانيكية (الخطأ الإجمالي لمحدد الحمولة الزائدة ≤ ±5%، نقطة تشغيل محدد ارتفاع الرفع ≤ 20 مم، مسافة امتصاص صدمات محدد مسافة الحركة ≥ 1.5 م)؛ ③ الحماية والتشابك (درجة الحماية الداخلية IP23/IP44، في الهواء الطلق IP54/IP55، التأريض ≤4Ω، كشف التصادم 0.5~20m). تم تصميم النظام وفقًا لمعايير GB/T 3811-2008 وGB/T 28264-2017، وعند تشغيل أي من العناصر الثلاثة المترابطة، تتوقف الآلة بالكامل.
يتألف نظام الحماية والسلامة للرافعات من ثلاثة أجزاء رئيسية هي: دوائر الأمان الكهربائية، وأجهزة الأمان الميكانيكية، وأجهزة القفل الوقائي. وتُزوَّد جميع الرافعات التي تنتجها شركة «كرويد للصناعات الثقيلة» بنظام الحماية والسلامة وفقًا لمعياري GB/T 3811-2008 وGB/T 28264-2017. ويجب أن يفي التصميم بمتطلبات المعيار GB/T 3811-2008 «معايير تصميم الرافعات»، والمعيار GB/T 28264-2017 «نظام إدارة مراقبة سلامة آلات الرفع»، والمعيار GB/T 16855.1 «سلامة الآلات - المكونات ذات الصلة بالسلامة في أنظمة التحكم». تستعرض هذه الورقة، من منظور التصميم الهندسي، بشكل منهجي إجراءات تصميم أنظمة السلامة، ومعايير اختيار الأجهزة الأساسية، وحلول المشكلات الشائعة.
يمكن الاطلاع على المعلومات الأساسية حول الحماية الأمنية والأسئلة الشائعةالدليل الشامل لإجراءات السلامة في الرافعات. يمكن الرجوع إلى إعدادات نظام الحماية الذكيدليل إعداد نظام الحماية الآلي للرافعات. يمكن الرجوع إلى تفسير معايير نظام المراقبة الآمنة للرافعاتشرح معيار GB/T 28264 الخاص بنظام مراقبة السلامة للرافعات الجوية。
المكونات الثلاثة الرئيسية لنظام الحماية والسلامة للرافعات
أولاً: تصميم دوائر السلامة الكهربائية
تتبع الدائرة الآمنة هيكلًا مزدوج القنوات مع تكرار — حيث يستخدم كل من حد الرفع، وحد الحمل الزائد، والإيقاف الطارئ قناتين مستقلتين للإشارات، وتعمل القناتان وفقًا لمنطق ”وال” (لا يكون الإخراج صالحًا إلا عندما تكون القناتان في حالة طبيعية). وعند حدوث عطل في أي من القناتين، يتوقف النظام تلقائيًا ويصدر رمز خطأ. يجب أن تصل درجة الأداء الأمني وفقًا لمعيار GB/T 16855.1 إلى PL d~PL e (مما يعادل احتمال الفشل الخطير في الساعة ≤10⁻⁷). يستخدم زر الإيقاف الطارئ من النوع الأحمر ذي الرأس الفطري والمزود بقفل ذاتي، ويكون الوقت المستغرق من الضغط عليه حتى انقطاع التلامس الرئيسي للموصل ≤200 مللي ثانية. يُوصى باستخدام مرحلات الأمان من سلسلة Pilz PNOZ أو SICK Flexi Classic، حيث تُشار إلى حالة نقاط التلامس عبر مؤشرات LED، ويجب فحص حالة انصهار نقاط التلامس بشكل دوري (كل ثلاثة أشهر).
ثانياً: اختيار أنواع أجهزة السلامة الميكانيكية
يتم اختيار محدد الحمولة الزائدة وفقًا للمعيار GB/T 12602-2020، حيث يبلغ الخطأ الإجمالي الإلكتروني ≤±5%، ويتم ضبط نقطة التشغيل في نطاق يتراوح بين 100% و110% من الحمولة المقدرة. ينقسم محدد ارتفاع الرفع إلى نوع الثقل (بسيط وموثوق به ولكن دقته منخفضة) ونوع اللولب (دقة عالية وعمر افتراضي طويل)، ويتم تشغيله عندما يرتفع الخطاف الفارغ إلى مسافة أمان تبلغ ≥2 لفات من البكرة، ويكون الانحراف العلوي لنقطة التشغيل ≤20 مم. يُخصص لمحددات مسافة حركة العربة الكبيرة/الصغيرة مسافة توسيد لا تقل عن 1.5 متر أو تُحسب وفقًا لمسافة الكبح × 1.25. تُستخدم مشابك السكك الحديدية المقاومة للرياح من النوع اليدوي في المسافات المتوسطة والصغيرة، بينما يُستخدم النوع الكهربائي في المناطق ذات المسافات الكبيرة والضغط الجوي العالي، وتُحسب قوة التثبيت على أساس 1.5 ضعف الحمل الريحي التصميمي.
ثالثاً: درجات الحماية والحماية بالتأريض
تصنيف الحماية الكهربائية وفقًا لمعيار GB/T 4208-2017: في الأماكن الداخلية ذات درجة الحرارة العادية، يُختار تصنيف IP23 (حماية ضد الأجسام الغريبة التي يبلغ قطرها 12.5 مم أو أكثر) أو IP44 (حماية ضد الأجسام التي يبلغ قطرها 1 مم أو أكثر + حماية ضد رش الماء)؛ في الأماكن الخارجية/المفتوحة، يُختار IP54 (مقاومة الغبار + مقاومة رش الماء) أو IP55 (مقاومة الغبار + مقاومة رش الماء)؛ وفي الأماكن التي تحتوي على غبار أو نشارة الخشب أو السيراميك وغيرها، يُختار IP6X (مقاومة تامة للغبار) + IP65 (مقاومة رش الماء). تُستخدم حماية التأريض بنظام TN-S ثلاثي الأطوار وخماسي الأسلاك، ويتم توصيل الغلاف المعدني للمعدات بالكامل بسلك PE، ويجب ألا تزيد مقاومة التأريض عن 4 أوم (يُقاس باستخدام مقياس مقاومة التأريض ZC-8). يُستخدم في قضيب التوصيل الأرضي فولاذ مسطح مجلفن مقاس 40×4 أو سلك ذو قلب نحاسي بمساحة ≥16 مم²، ويكون طول اللحام ≥100 مم.
رابعاً: نظام منع التصادم والمراقبة الأمنية
عند تشغيل عدة رافعات جوية في نفس الوقت، يجب تزويدها بنظام لمنع التصادم، مع اختيار أنواع المستشعرات التالية: الليدار (دقة عالية، 10~20 م)، الأشعة تحت الحمراء (دقة متوسطة، 5~15 م)، الموجات فوق الصوتية (دقة منخفضة لكنها غير متأثرة بالغبار، 0.5~5 م). يقوم نظام المراقبة الآمنة، وفقًا لمتطلبات GB/T 28264-2017، بمراقبة المعلمات في الوقت الفعلي، مثل الحمولة المرفوعة وارتفاع الرفع ومسافة التشغيل وسرعة الرياح (في الهواء الطلق)، مع تخزين البيانات لمدة لا تقل عن 72 ساعة. ويترابط نظام المراقبة مع الدائرة الآمنة: فعند تشغيل أي جهاز أمان، يقوم نظام المراقبة بتسجيل الحدث وإصدار إنذار صوتي.
| أجهزة السلامة | النوع | المعلمات الرئيسية | المعايير المطبقة |
|---|---|---|---|
| مرحل الأمان | قناتان مزدوجتان احتياطيتان | PL d~PL e، زمن القطع ≤ 200 مللي ثانية | GB/T 16855.1 |
| محدد الحمولة الزائدة | إلكتروني/ميكانيكي | الخطأ الإجمالي ≤ ±5%، إنذار 110% | GB/T 12602-2020 |
| حدود ارتفاع الرفع | من النوع المطرقي/اللولبي | الانحراف عن نقطة التشغيل ≤ 20 مم | GB/T 3811-2008 |
| محدد مسار الحركة | نوع الرافعة/نوع الكامة | مسافة التوقف ≥ 1.5 م أو مسافة الكبح × 1.25 | GB/T 3811-2008 |
| مشبك تثبيت السكة المقاوم للرياح | يدوي/كهربائي | قوة التثبيت ≥ 1.5 ضعف الحمل الهوائي | GB/T 3811-2008 |
| جهاز منع التصادم | الليزر/الأشعة تحت الحمراء/الموجات فوق الصوتية | مسافة الكشف: 0.5~20 م | GB/T 28264-2017 |
📌 توصيات بشأن المعايير ذات الصلة
• GB/T 24818.4-2009 «الرافعات - الممرات ومرافق الحماية - الجزء 4: الرافعات ذات الذراع»
• GB/T 6974.6-2008 «الرافعات — المصطلحات — الجزء 6: الرافعات السككية»
• GB/T 6974.7-2008 «الرافعات - المصطلحات - الجزء 7: الرافعات العائمة»
الأسئلة الشائعة
سؤال: هل يمكن استبدال المرحل الأمني بالمرحل العادي؟
الإجابة: لا يجوز ذلك على الإطلاق. تتميز مرحلات الأمان بتوجيه إجباري للنقاط التلامسية الداخلية (لضمان عدم بقاء النقاط التلامسية المفتوحة دائمًا والمغلقة دائمًا في حالة الإغلاق في آن واحد)، كما أنها مزودة بوظيفة الفحص الذاتي للأعطال. قد تتعطل المرحلات العادية في حالة انصهار النقاط التلامسية أو انحشارها، مما قد يؤدي إلى وقوع حوادث أمنية خطيرة عند استخدامها في دوائر الأمان. يجب استخدام مرحلات أمان معتمدة في دوائر الأمان.
سؤال: ما هو مستوى الحماية الذي يجب اختياره للرافعات الجسرية الخارجية؟
الإجابة: يجب ألا يقل تصنيف الحماية (IP) للخزانة الكهربائية عن IP55 (مقاومة الغبار + مقاومة رش الماء)، ويُوصى باستخدام تصنيف IP65 (مقاومة الغبار + مقاومة رش الماء القوي) في البيئات الساحلية أو ذات الرطوبة العالية. يجب اختيار محركات بدرجة حماية IP54 أو أعلى، مع إضافة حلقات مانعة للتسرب إلى منافذ صندوق التوصيلات. ويجب تزويد الخزانة الداخلية بجهاز تدفئة وإزالة الرطوبة (بقوة 50~100 واط، يتم تشغيله تلقائيًا عند بلوغ الرطوبة ≥70%)، وذلك لمنع حدوث قصر كهربائي ناتج عن التكثف.
سؤال: هل خطأ محدد الحمولة الزائدة 5% كافٍ فعليًّا؟
الإجابة: يشير الخطأ الإجمالي المطلوب بموجب معيار GB/T 12602-2020، والذي يبلغ ≤±5%، إلى الخطأ في السلسلة الكاملة التي تشمل المستشعر والمحول وجهاز العرض. في المنتجات الفعلية، يتم ضبط المعايرة عند الخروج من المصنع لشركة كرود للصناعات الثقيلة في نطاق ±3%، كما يتم ضبط نقاط التشغيل (الإنذار/القطع) وفقًا للحمل المقنن 105%~108%، مما يضمن السلامة دون التأثير على الإنتاج بسبب التوقف المتكرر الناتج عن الحمل الزائد الطفيف.
سؤال: ما هو المسافة الآمنة الكافية التي يجب الحفاظ عليها؟
الإجابة: المسافة الآمنة = مسافة الكبح × 1.25 + مسافة حركة المخمد. تقوم شركة «كرويد للصناعات الثقيلة» بحساب المسافة الآمنة وفقًا للمعلمات الفعلية خلال فحص ما قبل الشحن وتدوينها على اللوحة التعريفية المثبتة على هيكل الماكينة. على سبيل المثال، بالنسبة للرافعة الجسرية سعة 32 طنًا وطول 30 مترًا: سرعة حركة العربة الرئيسية v = 25 م/دقيقة ≈ 0.417 م/ثانية، وتبلغ تسارع الكبح a = 0.2 م/ث²، وزمن استجابة النظام t = 0.1 ثانية، ومسافة الكبح = v²/(2a) + t × v = 0.434 + 0.042 = 0.476 م. المسافة الآمنة = 0.476 × 1.25 + 0.3 (مسافة التخميد) = 0.895 م، ويُتخذ في الهندسة قيمة ≥1 م. ونظرًا لوزن الرافعة الجسرية الكبير، يُوصى فعليًّا بمسافة ≥1.5 م.
