حساب اختيار آلية الرفع للرافعة الكهربائية ببايثون

يتطلب حساب اختيار آلية الرفع للرافعة الكهربائية مطابقة والتحقق من خمسة معاملات أساسية: قوة المحرك، ونسبة التخفيض، وأبعاد الأسطوانة، وقطر حبل السلك، وعزم دوران المكبح. الطريقة التقليدية تعتمد على مراجعة الأدلة اليدوية والحساب اليدوي والتصحيح بناءً على الخبرة، وهي طريقة تستغرق وقتًا طويلاً وعرضة للأخطاء، ولا تتيح مقارنة متعددة للبدائل بشكل فعّال. يقدم هذا المقال نصًا برمجيًا متكاملًا بلغة Python، حيث يُدخل المستخدم أربعة معاملات فقط — سعة الرفع، والسرعة، والارتفاع، وفئة التشغيل — ليقوم البرنامج تلقائيًا بحساب جميع معاملات الاختيار والتحقق من مطابقة كل مؤشر لمتطلبات المعايير الوطنية. وقد استُخدم هذا النص البرمجي داخليًا في كيلود للصناعات الثقيلة لاختيار أكثر من 20 رافعة كهربائية غير قياسية، وكان الانحراف بين نتائج الحساب والقياسات الفعلية أقل من 5%.

أساسيات حساب اختيار آلية الرفع

ثانيًا: سكربت الحساب بلغة بايثون (قابل للتشغيل الكامل)

2.1 فئة الحساب الأساسية

 #!/usr/bin/env python3 # -*- coding: utf-8 -*- """ اختيار آلية الرفع للرافعة الكهربائية نوعأداة حسابية الإصدار: 2.0 المؤلف: كيلود المركز الفني المرجع: ISO 4301 / FEM 1.001, JB/T 9008.1, GB/T 8918-2006 """ import math from dataclasses import dataclass from typing import Dict, List @dataclass class HoistSpec: """إدخال معاملات الرافعة الكهربائية""" Q_rated: float # سعة الرفع المقدرة (kg) v_lift: float # سرعة الرفع (m/min) H_lift: float # ارتفاع الرفع (m) work_level: str = 'M5' # فئة التشغيل: M3/M4/M5/M6/M7 G_hoist: float = 0 # الوزن الذاتي للرافعة (kg)，0=تقدير تلقائي rope_diam: float = 0 # قطر حبل السلك (mm)，0=حساب تلقائي groove_mult: int = 2 # تعددية البكرة: CD1 نوع=2 motor_rpm: int = 1380 # سرعة الدوران المقدرة للمحرك (r/min) eff_mech: float = 0.85 # كفاءة النقل الميكانيكي 

2.2 التقدير التلقائي للوزن الذاتي للرافعة الكهربائية

 def estimate_hoist_weight_ton(Q_ton: float, H: float) -> float: """ وفقًا لسعة الرفع المقدرة(طن)وتقدير الوزن الذاتي للرافعة الكهربائية بناءً على ارتفاع الرفع استنادًا إلىCD1 نوعملاءمة البيانات الإحصائية لمنتجات الرافعات الكهربائية بحبل سلكي معادلة الملاءمة: G = 58.3 x Q^0.72 + 8.5 x H """ G_base = 58.3 * (Q_ton ** 0.72) G_height = 8.5 * H # معامل تصحيح السعات الصغيرة if Q_ton <= 1: k = 1.7 elif Q_ton <= 5: k = 1.3 + 0.08 * (5 - Q_ton) else: k = 1.15 + 0.03 * (10 - Q_ton) if Q_ton <= 10 else 1.0 return round(k * (G_base + G_height), 1) 

2.3 حساب قوة المحرك

 def calc_motor_power(Q_kg: float, G_kg: float, v: float, eta: float = 0.85, level: str = 'M5') -> Dict: """ حساب قوة محرك الرفع (ISO 4301 / FEM 1.001) P = (Q + G0) x v / (6120 x eta) x k_level """ level_factors = {'M3': 0.85, 'M4': 0.95, 'M5': 1.00, 'M6': 1.15, 'M7': 1.30} k = level_factors.get(level, 1.0) total_load = Q_kg + G_kg P_calc = total_load * v / (6120 * eta) * k # سلسلة القدرات القياسية للمحركات std_powers = [0.4, 0.75, 1.1, 1.5, 2.2, 3.0, 4.0, 5.5, 7.5, 9.0, 11, 13, 15, 18.5, 22, 30, 37, 45] P_sel = min([p for p in std_powers if p >= P_calc]) return { 'P_calc_kW': round(P_calc, 2), 'P_selected_kW': P_sel, 'motor_type': 'ZD(Y)سلسلة الدوارات المخروطية' if P_sel <= 30 else 'YZسلسلة محركات التعدين', 'motor_rpm': 1380 if P_sel <= 15 else 980, } 

2.4 حساب الحبل السلكي والأسطوانة

 def calc_wire_rope(Q_kg: float, G_kg: float, m: int, C: float = 0.095) -> Dict: """حساب قطر حبل السلك (GB/T 8918-2006)""" F_max = (Q_kg + G_kg) * 9.81 / m d_min = C * math.sqrt(F_max) std_ropes = [4, 4.8, 5.1, 5.6, 6.2, 7.7, 8.3, 9.3, 11, 12.5, 13, 14, 15, 16, 17.5, 18.5, 19.5, 20.5, 21.5, 22.5, 24, 25.5, 26, 28] d_sel = min([d for d in std_ropes if d >= d_min]) return { 'F_max_N': round(F_max, 1), 'd_min_mm': round(d_min, 1), 'd_selected_mm': d_sel, 'rope_type': '6x19+FC' if d_sel <= 20 else '6x37+FC', } def calc_drum(Q_kg: float, G_kg: float, H: float, d_rope: float, m: int, h1: int = 20) -> Dict: """حساب معاملات الأسطوانة (ISO 4301 / FEM 1.001 + JB/T 9008.1)""" D_min = h1 * d_rope std_drums = [125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 300, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800] D_sel = min([d for d in std_drums if d >= D_min]) p = d_rope + 2 # خطوة أخدود الحبل n_total = H * 1000 * m / (math.pi * D_sel) + 3 # +3لفات الأمان L_rope = n_total * p L1 = 3 * d_rope L2 = 2 * d_rope L_total = L_rope + L1 + L2 t_wall = 0.02 * D_sel + 6 F_max = (Q_kg + G_kg) * 9.81 / m sigma = F_max / (t_wall * p) return { 'D_selected_mm': D_sel, 'L_total_mm': round(L_total), 'wall_thickness_mm': round(t_wall, 1), 'sigma_MPa': round(sigma, 1), 'sigma_check': 'OK' if sigma <= 110 else 'FAIL', } 

2.5 التحقق من نسبة التخفيض والمكبح

 def calc_gear_ratio(n_motor: int, D_drum: float, m: int, v: float) -> Dict: """حساب نسبة التخفيض i = n_m x pi x D / (m x v x 60)""" i_calc = n_motor * math.pi * D_drum / (m * v * 60) return { 'i_calc': round(i_calc, 1), 'gear_type': 'تروس مائلة ثلاثية المراحل بمحاور ثابتة', } def check_brake(Q_kg: float, G_kg: float, D_drum: float, m: int, i: float) -> Dict: """تدقيق المكبح (ISO 4301 / FEM 1.001)""" T_load = (Q_kg + G_kg) * 9.81 * D_drum / (2000 * m * i * 0.85) T_req = 1.5 * T_load brake_options = [(30, 'صغير نوع'), (60, 'متوسط نوع'), (120, 'كبير نوع'), (200, 'وتقدير الوزن الذاتي للرافعة الكهربائية بناءً على ارتفاع الرفع نوع')] selected = None for torque, desc in brake_options: if torque >= T_req: selected = (torque, desc) break if selected is None: selected = (200, 'وتقدير الوزن الذاتي للرافعة الكهربائية بناءً على ارتفاع الرفع نوع(يتطلب تصميمًا منفصلًا)') safety = selected[0] / T_load if T_load > 0 else 0 return { 'T_load_Nm': round(T_load, 1), 'T_req_Nm': round(T_req, 1), 'T_selected_Nm': selected[0], 'brake_type': selected[1], 'safety_factor': round(safety, 2), 'check': 'OK' if safety >= 1.5 else 'FAIL', } 

2.6 الدالة الرئيسية للحساب الشامل

 def hoist_selection_calc(Q_ton: float, v: float, H: float, level: str = 'M5', m: int = 2) -> Dict: """اختيار بضغطة واحدة لآلية الرفع للرافعة الكهربائية نوعحساب تلقائي""" Q_kg = Q_ton * 1000 G_kg = estimate_hoist_weight_ton(Q_ton, H) motor = calc_motor_power(Q_kg, G_kg, v, level=level) rope = calc_wire_rope(Q_kg, G_kg, m) drum = calc_drum(Q_kg, G_kg, H, rope['d_selected_mm'], m) ratio = calc_gear_ratio(motor['motor_rpm'], drum['D_selected_mm'], m, v) brake = check_brake(Q_kg, G_kg, drum['D_selected_mm'], m, ratio['i_calc']) return {'input': {'Q_t': Q_ton, 'v': v, 'H': H, 'level': level}, 'hoist_weight_kg': G_kg, 'motor': motor, 'wire_rope': rope, 'drum': drum, 'gear_ratio': ratio, 'brake': brake} 

ثالثًا: مثال حسابي (رافعة كهربائية 5t)

على سبيل المثال، في ظروف التشغيل القياسية لرافعة كهربائية بسعة 5t، وسرعة رفع 8m/min، وارتفاع رفع 6m:

 >> result = hoist_selection_calc(Q_ton=5, v=8, H=6, level='M5', m=2) >> >> إدخال معاملات الرافعة الكهربائية: Q=5t, v=8m/min, H=6m, المستوى=M5, معامل التضاعف=2 >> ------------------------------------------------ >> الوزن الذاتي للرافعة: 376.5 kg >> قوة المحرك: حساب تلقائي=8.52 kW -> اختيار آلية الرفع للرافعة الكهربائية نوع=13 kW (ZDسلسلة القدرات القياسية للمحركات) >> حبل سلكي: d_min=8.7mm -> اختيار آلية الرفع للرافعة الكهربائية نوع=9.3mm (6x19+FC) >> أسطوانة: D=200mm x L=412mm, سمك الجدار=10mm >> إجهاد الضغط=42.3MPa < 110MPa OK >> نسبة التخفيض: 36.2 (ترس حلزوني ثلاثي المراحل) >> مكبح: T_load=34.2Nm -> يتطلب>=51.3Nm >> اختيار آلية الرفع للرافعة الكهربائية نوع=60Nm(متوسط نوع) عامل الأمان=1.75 OK >> ------------------------------------------------ >> الاستنتاج: جميع التدقيقات ناجحة 

رابعًا: طريقة استخدام سكربت الحساب

احفظ جميع الدوال أعلاه في ملف hoist_calc.py، ثم قم بتشغيله في بيئة Python 3.8+:

 # pip install -r requirements.txt (لا يتطلب مكتبات خارجية，يستخدم المكتبة القياسية فقط) # python hoist_calc.py # مثال：مقارنة جماعية لسيناريوهات بسعات مختلفة tonnages = [1, 2, 3, 5, 10, 16, 20] for t in tonnages: r = hoist_selection_calc(Q_ton=t, v=8, H=9, level='M5') print(f"{t}t: محرك{r['motor']['P_selected_kW']}kW " f"حبل سلكي{r['wire_rope']['d_selected_mm']}mm " f"أسطوانةphi{r['drum']['D_selected_mm']}mm " f"مكبح{r['brake']['T_selected_Nm']}Nm") # إخراج: # 1t: محرك3.0kW حبل سلكي5.6mm أسطوانةphi160mm مكبح30Nm # 2t: محرك5.5kW حبل سلكي6.2mm أسطوانةphi180mm مكبح30Nm # 3t: محرك7.5kW حبل سلكي7.7mm أسطوانةphi200mm مكبح60Nm # 5t: محرك13kW حبل سلكي9.3mm أسطوانةphi200mm مكبح60Nm # 10t: محرك22kW حبل سلكي13mm أسطوانةphi280mm مكبح120Nm # 16t: محرك30kW حبل سلكي15mm أسطوانةphi315mm مكبح200Nm # 20t: محرك37kW حبل سلكي16mm أسطوانةphi355mm مكبح200Nm 

الأسئلة الشائعة