دليل فحص قوة وصلابة الهيكل المعدني للرافعات وفق GB/T 30024-2013
معيار GB/T 30024-2013 «التحقق من قدرة الهيكل المعدني للرافعة» هو المعيار العام لحساب قدرة التحمل والتحقق من الهيكل الفولاذي للرافعة. يعتمد هذا المعيار بشكل مكافئ على ISO 20332:2008، ويحدد طرق التحليل وقواعد التحقق لقوة وصلابة واستقرار الهيكل المعدني للرافعة. تقدم هذه المقالة شرحًا تفصيليًا لطرق الحساب الأساسية وقواعد التقييم في المعيار.
يعتمد معيار GB/T 30024-2013 «التحقق من قدرة الهيكل المعدني للرافعة» بشكل مكافئ على ISO 20332:2008، ويُعد معيارًا مكملاً لمواصفة التصميم GB/T 3811-2008. يوفر هذا المعيار منهجية منهجية للتحقق من قدرة تحمل الهيكل المعدني للرافعة، ويغطي تحليل الأحمال، وحساب الإجهاد، وتقييم الكلال، والتحقق من الاستقرار.
المنهجية الأساسية للتحقق من القدرة
يعتمد المعيار أسلوب معامل الأمان الجزئي في التحقق من القدرة. تُضرب كل حمولة في معامل الأمان الجزئي المقابل لها ثم تُجمع، وتُقارن بقيمة مقاومة التصميم للمادة. تشمل معاملات الأمان الجزئي: معامل الوزن الذاتي γG (عادةً 1.1)، ومعامل الحمولة الحية γP (1.3~1.5)، ومعامل الديناميكي φ (معامل صدم الرفع 1.05~1.3) وغيرها.
إجراءات التحقق: إنشاء نموذج العناصر المحدودة أو نموذج تحليلي للهيكل ← تحديد مجموعة الأحمال لكل ظروف التشغيل ← حساب القوى الداخلية لكل عضو ← التحقق من القوة والصلابة والاستقرار لكل مقطع عرضي ← تقييم عمر الكلال للمناطق الحساسة للإجهاد ← إصدار تقرير التحقق.
التحقق من القوة والصلابة
التحقق من القوة: الإجهاد العمودي σ ≤ σR/γm (σR هي مقاومة الخضوع للمادة، وγm هو معامل الأمان الجزئي للمادة ويساوي 1.33). إجهاد القص τ ≤ τR/γm. يُفحص الإجهاد المركب وفق معيار Von Mises: σv ≤ σR/γm. بالنسبة لفولاذ Q235B، يبلغ الإجهاد المسموح حوالي 170MPa.
فحص الصلابة: انحراف العارضة الرئيسية عند الحمل الكامل f ≤ S/700 (المستوى A1~A4) أو S/800 (المستوى A5~A8). انحراف طرف كابولي للرافعة القنطرية f ≤ L/350. يُحسب الاستقرار الكلي وفقًا لمسائل الاستقرار من النوع الثاني في معيار GB/T 3811.
تقييم الكلال
يجب إجراء تقييم الكلال للهيكل المعدني للرافعات من فئة التشغيل A5 فما فوق. يحسب المعيار عمر الكلال بناءً على عدد دورات الإجهاد وسعة الإجهاد. تكون مقاومة الكلال لخط اللحام أقل من المعدن الأساسي، لذا تُعد مناطق اللحام من أكثر المناطق حرجًا في تقييم الكلال. عندما تكون نسبة دورة الإجهاد أكبر من 0.1، يجب التصميم وفقًا لعمر الكلال غير المحدود (بحيث تكون سعة الإجهاد أقل من حد الكلال).
جدول مقارنة معاملات التحقق للهيكل المعدني
| البند | المعيار / القيمة | ملاحظات |
|---|---|---|
| معامل الأمان الجزئي للمادة γm | 1.33 | لتحديد الإجهاد المسموح |
| معامل الوزن الذاتي γG | 1.1 | للأحمال الثابتة |
| معامل الحمولة الحية γP | 1.3 ~ 1.5 | للأحمال المتحركة |
| معامل الديناميكي φ | 1.05 ~ 1.3 | معامل صدم الرفع |
| حد انحراف العارضة الرئيسية | S/700 (A1~A4) أو S/800 (A5~A8) | عند الحمل الكامل |
| حد انحراف الطرف الكابولي | L/350 | للرافعات القنطرية |
| الإجهاد المسموح لفولاذ Q235B | ≈ 170MPa | بعد تطبيق معامل الأمان |
| نسبة دورة الإجهاد للتصميم غير المحدود | > 0.1 | يُشترط أن تكون سعة الإجهاد أقل من حد الكلال |
| التحققالبند | متطلبات المعيار | Q235Bالقيمة المسموحة | Q345Bالقيمة المسموحة | التحققالطريقة |
|---|---|---|---|---|
| موجبإجهاد | σ≤σR/γm | ≤170MPa | ≤250MPa | العناصر المحدودة/الطريقة التحليلية |
| إجهاد القص | τ≤τR/γm | ≤100MPa | ≤145MPa | الأقصىإجهاد القصالطريقة |
| المركبإجهاد | Von Mises | ≤170MPa | ≤250MPa | σv=√(σ²+3τ²) |
| انحراف | f≤S/700~S/800 | بواسطةالبحريحدد | طريقة التراكب/العناصر المحدودة | |
| استقرار الانبعاج | معيار GB/T 3811النوع الثاني | وفقًا لـنحافةالاستعانة بالجداول | معادلة أويلر/العناصر المحدودة | |
| إجهاد(العمر اللانهائي) | Δσ≤ΔσD | وفقًا لـخط اللحامتصنيف الجداول | الاسميإجهادالطريقة | |
| كيلودالمعيار | كيلود للصناعات الثقيلةجميعرافعة جسرية ورافعة قنطريةوفقًا لـGB/T 30024التحقق من قدرة النظام،إصدار تقرير حسابات العناصر المحدودة | |||
الأسئلة الشائعة
س: ما العلاقة بين معيار GB/T 30024 ومعيار GB/T 3811؟
ج: معيار GB/T 3811-2008 هو مواصفة تصميم الرافعات، ويحدد المتطلبات الأساسية للتصميم وطرق حساب الحمولة. أما معيار GB/T 30024-2013 فهو معيار التحقق من قدرة الهيكل المعدني، ويحدد كيفية التحقق من مطابقة الهيكل الصلب لمتطلبات التصميم. ببساطة، يشرح GB/T 3811 "كيفية التصميم"، بينما يشرح GB/T 30024 "كيفية التحقق من سلامة التصميم".
س: ما هي محتويات تقرير التحقق من القدرة؟
ج: وفقًا لمتطلبات المعيار، يجب أن يتضمن تقرير التحقق من القدرة: ① المعايير الفنية الرئيسية للرافعة (سعة الرفع، البحر، فئة التشغيل، إلخ)؛ ② شرح لظروف تشغيل مجموعة الأحمال وقيم معامل الأمان الجزئي؛ ③ نتائج حساب الإجهاد واستنتاجات التحقق لكل مقطع عرضي حرج؛ ④ نتائج حساب الصلابة (الانحراف)؛ ⑤ نتائج التحقق من الاستقرار؛ ⑥ نتائج تقييم الكلال (لفئة A6 فما فوق)؛ ⑦ الاستنتاج النهائي — ما إذا كانت متطلبات التصميم مستوفاة.
س: لماذا الإجهاد المسموح لـ Q235B هو 170MPa ولـ Q345B هو 250MPa؟
ج: مقاومة الخضوع لـ Q235B هي 235MPa، وعند قسمتها على معامل أمان المادة γm=1.33 (شامل عامل أمان 1.1)، نحصل على إجهاد عمودي مسموح به يبلغ حوالي 170MPa. أما مقاومة الخضوع لـ Q345B فهي 345MPa، وبقسمتها على 1.33 نحصل على حوالي 250MPa. هذه هي قيم الإجهاد المسموح الموصى بها في المعيار. في التصميم الفعلي، قد تُستخدم قيمة γm تتراوح بين 1.33 و1.50 اعتمادًا على مجموعة الأحمال وأهمية الهيكل.
س: أي أنواع الرافعات تتطلب تقييم الكلال؟
ج: يجب إجراء تقييم الكلال للهيكل المعدني للرافعات ذات فئة التشغيل A6 فما فوق (الخدمة الشاقة، الخدمة الشاقة جدًا، الخدمة الأشد). يبلغ إجمالي دورة العمل لفئة A6 حوالي 2×10^5 دورة، وللفئة A7 حوالي 4×10^5 دورة، وللفئة A8 حوالي 8×10^5 دورة. يستخدم التقييم طريقة الإجهاد الاسمي، ويتم حساب عمر الكلال وفقًا لمنحنيات فئة الكلال (منحنى S-N) الواردة في ملحق معيار GB/T 30024.
