حساب اختيار المحمل الدوار وقدرة التحمل وفق JB/T 2300-2011

المعيار JB/T 2300-2011 هو معيار صناعي للمحامل الدوارة، صدر عام 2011 ليحل محل نسخة عام 1999. يُعد المحمل الدوار مكونًا أساسيًا في آلية دوران الرافعة، حيث يتحمل التأثير المشترك لحمولة الرفع، وعزم الدوران، وعزم الانقلاب. يستخدم على نطاق واسع في معدات الرفع التي تتطلب وظيفة الدوران، مثل الرافعات البرجية، والرافعات المجنزرة، والرافعات المحمولة على شاحنة، والرافعات البورتالية، ومفرغات السفن. ينطبق هذا المعيار على التصميم والاختيار وفحص التصنيع لأربعة أنواع هيكلية من المحامل الدوارة: النوع أحادي الصف من الكرات، والنوع ثنائي الصف من الكرات، والنوع ثلاثي الصفوف من الأسطوانات، والنوع المتقاطع من الأسطوانات.

الأنواع الهيكلية للمحامل الدوارة

يحدد المعيار أربعة أنواع هيكلية أساسية للمحامل الدوارة: النوع أحادي الصف من الكرات (سلسلة 01) — يتكون من مسار تدحرج واحد ومجموعة واحدة من الكرات الفولاذية، وهو الأبسط هيكليًا والأقل تكلفة، مناسب للرافعات البرجية الصغيرة والمتوسطة ورافعات الشاحنات، بقدرة تحمل متوسطة لكن بأبعاد محورية مضغوطة. النوع ثنائي الصف من الكرات (سلسلة 02) — يتكون من مساري تدحرج ومجموعتين من الكرات، يتمتع بقدرة تحمل أكبر لكن بأبعاد محورية أكبر، مناسب للرافعات المتوسطة. النوع المتقاطع من الأسطوانات (سلسلة 11) — الأسطوانات مرتبة بشكل متقاطع، ومسار تدحرج واحد يمكنه تحمل القوى المحورية والشعاعية في آن واحد، بصلابة جيدة وقدرة تحمل عالية، مناسب للرافعات البرجية الكبيرة والرافعات الزاحفة، وهو الخيار السائد حاليًا لمعدات الدوران ذات السعة الكبيرة. النوع ثلاثي الصفوف من الأسطوانات (سلسلة 13) — ثلاث صفوف مستقلة من الأسطوانات تتحمل القوى المحورية والشعاعية وعزم الانقلاب بشكل منفصل، بقدرة تحمل قصوى، مناسب للرافعات ذات الحمولة فائقة الضخامة ومفرغات السفن، لكنه الأعلى وزنًا وتكلفة بين الأنواع الأربعة.

يضع المعيار متطلبات لصلابة سطح مسار التدحرج، والمواد، والمعالجة الحرارية، ودقة التصنيع لمختلف أنواع المحامل الدوارة. يجب ألا تقل صلادة سطح مسار التدحرج عن HRC55~62، وألا يقل عمق الطبقة المصلدة عن 2.5mm. يجب ألا تقل صلادة العناصر الدوارة عن HRC60~65، وألا يتجاوز الفرق في قطر العناصر الدوارة في نفس المجموعة 0.005mm. يتم اختيار صلابة سطح سن الترس في المحمل الدوار وفقًا لمتطلبات الاستخدام — فالتروس المعالجة بالتبريد والتلطيف بصلادة HB260~300 مناسبة للدوران منخفض ومتوسط التردد، بينما التروس المصلدة بالحث بصلادة HRC50~55 مناسبة للدوران عالي التردد. تُصنع مادة حلقة الترس من 42CrMo أو 50Mn، وبعد المعالجة بالتبريد والتلطيف يتم تفريز التروس أو تشكيلها، بدقة لا تقل عن المستوى 8. يجب إجراء فحص بالجسيمات المغناطيسية على مسار التدحرج بعد التصنيع، ولا يُسمح بوجود شروخ أو عيوب خطية.

يعد الختم والتشحيم ضمانًا مهمًا للتشغيل الموثوق للمحمل الدوار. يشترط المعيار أن يكون المحمل الدوار مزودًا بحلقة ختم مزدوجة الشفة (واحدة داخلية وأخرى خارجية)، وأن تكون مادة حلقة الختم من مطاط البولي يوريثان (TPU) المقاوم للزيت والتآكل، مع نطاق درجة حرارة تشغيل يتراوح بين -20~+80℃. تعتمد طريقة التشحيم على تعبئة شحم الليثيوم، حيث يجب ملء 60%~70% من مساحة مسار التدحرج قبل التركيب. يجب تزويد المحمل الدوار بفتحات تشحيم لا يقل عددها عن 2 (موزعة بشكل متماثل بزاوية 180°)، وفترات التشحيم هي: أسبوعيًا للرافعات التي تعمل بشكل مستمر يوميًا، وشهريًا للرافعات التي تعمل بشكل متقطع. تختار كيلود للصناعات الثقيلة المحامل الدوارة من النوع المتقاطع من الأسطوانات في رافعاتها البرجية والزاحفة، حيث تتفوق قدرة تحملها بحوالي 30% على النوع أحادي الصف من الكرات بنفس المواصفات.

طريقة حساب قدرة التحمل

تحدد المواصفة القياسية التحقق من قدرة تحمل المحمل الدوار من خلال منحنيات قدرة التحمل الساكنة والديناميكية. معادلة التحقق من السعة الساكنة: Fa×fL×fA≤Coa، حيث Fa هو الحمل المحوري المكافئ، وfL هو معامل الحمل (يُؤخذ من 1.0~1.45 وفقًا لفئة التشغيل)، وfA هو معامل الأمان الإضافي (يُؤخذ من 1.0~1.25)، وCoa هو الحمل المحوري الساكن المقدر. يتم التحقق من العمر الديناميكي بنسبة سعة الحمل الديناميكية إلى الحمل الفعلي لحساب العمر الافتراضي (عدد دورات الدوران)، ويجب ألا يقل العمر الافتراضي عن 30000 دورة (لوضع التشغيل المستمر) أو 15000 دورة (لوضع التشغيل المتقطع). يتم توفير منحنيات قدرة تحمل المحمل الدوار من قبل الشركة المصنعة في كتالوج المنتج، ويجب على المصممين اختيار المواصفات المناسبة بناءً على الحمل الفعلي بحيث تقع النقطة أسفل منحنى التحقق.

حساب الحمل المحوري المكافئ (Fa) هو الخطوة الأساسية في الاختيار، ويتطلب النظر في التأثير المشترك للقوة المحورية، والقوة الشعاعية، وعزم الانقلاب. يقدم المعيار معادلة حسابية تفصيلية: Fa=Fr×tanα+Fz+4.5M/D0، حيث Fr هي القوة الشعاعية (N)، وα هي زاوية التلامس (تُؤخذ عمومًا من 45°~60°)، وFz هي القوة الخارجية المحورية (N)، وM هو عزم الانقلاب (N·m)، وD0 هو قطر دائرة مركز مسار التدحرج (m). يجب على المصممين الانتباه إلى أن المحمل الدوار يتحمل حمولة مركبة، وأن اختيار المواصفات بناءً على القوة المحورية فقط فقط يؤدي إلى خطر سلامة جسيم — فالحمل الناتج عن عزم الانقلاب على الحواف يمكن أن يصل إلى عدة أضعاف الحمل المحوري المركزي، لذا يجب دائمًا استخدام بيانات الحمل ثلاثية الأبعاد للتحقق أثناء الاختيار.

قيم عامل الأمان المحددة في المعيار: للرافعات العامة (الرافعات البرجية، رافعات الشاحنات، إلخ) تُؤخذ من 1.1~1.3؛ للرافعات المينائية ذات التشغيل المستمر (الرافعات البورتالية، مفرغات السفن، إلخ) تُؤخذ من 1.25~1.45؛ وللأماكن المزدحمة أو المعدات الهامة تُؤخذ من 1.5~2.0. بعد الاختيار، يجب أيضًا التحقق من قوة براغي التوصيل — يجب ألا تقل قوة الشد المسبق للبرغي عن 1.5 ضعف قوة الشد المحورية الناتجة عن الحمولة المقدرة للمحمل الدوار. يُوصى بمادة 40Cr أو 42CrMo للبراغي، بفئة خواص 10.9 أو 12.9، ويتم حساب عزم الربط بدقة وفقًا لمواصفات البرغي ودرجته. عند الاستخدام في بيئة عالية الحرارة، يجب تخفيض قدرة التحمل وفقًا لمنحنى التخفيض لدرجة الحرارة.

متطلبات سطح سن ترس المحمل الدوار

تفرض المعايير متطلبات دقيقة على سطح أسنان الترس الداخلي أو الخارجي في المحمل الدوار. تُختار صلابة سطح السن وفقًا لظروف التشغيل: الترس المعالج بالتبريد والتلطيف بصلابة HB260~300 مناسب للدوران منخفض ومتوسط التردد (مثل تردد دوران أبراج الرافعات الأقل من 5 دورات/ساعة)، ويتميز بتكلفة أقل وسهولة الإصلاح في الموقع؛ أما الترس المصلد بالحث بصلابة HRC50~55 فيناسب الدوران المستمر عالي التردد (مثل تردد دوران مفرغ السفن الذي قد يصل إلى 20 دورة/ساعة أو أكثر)، ويوفر مقاومة تآكل أفضل. يُفضل استخدام فولاذ 42CrMo أو 50Mn لتصنيع حلقة الترس، وتُعالج بالتبريد والتلطيف قبل التفريز أو التشكيل، بحيث لا تقل دقة التصنيع عن الدرجة 8 وفقًا لمعيار GB/T 10095. يجب ألا تقل بصمة التلامس لسطح السن عن 40% في اتجاه ارتفاع السن، ولا عن 50% في اتجاه عرض السن.

يُحدد الحد الأدنى للخلوص الجانبي لزوج التروس وفقًا للموديول وفئة الدقة: الخلوص الجانبي الأدنى 0.2~0.3 مم للموديول الأقل من 10 مم، و0.3~0.5 مم للموديول بين 10~20 مم. يؤدي الخلوص الجانبي الصغير جدًا إلى انحشار التروس بسبب التمدد الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة، بينما يسبب الخلوص الكبير ضوضاء صدمية وتسارعًا في التآكل. يجب ألا يتجاوز الانحراف الشعاعي لدائرة رأس السن متطلبات الدرجة 8. لا تزيد خشونة سطح السن عن Ra 3.2 ميكرومتر، ولا عن 1.6 ميكرومتر لسطح الأسنان المعالج بالكربنة والتبريد الفوري. بعد التركيب، يجب فحص الخلوص الجانبي للتعشيق وبصمة التلامس، ومعالجة أي مشكلة فور اكتشافها. يجب استبدال مجموعة المحمل الدوار بالكامل إذا تجاوزت مساحة التقعر السطحي 20% من سطح السن أو في حالة كسر الأسنان.

متطلبات التركيب والصيانة

تؤثر جودة تركيب المحمل الدوار تأثيرًا مباشرًا على العمر الافتراضي واستقرار التشغيل. قبل التركيب، يجب فحص استواء سطح التثبيت — بحيث لا يتجاوز الانحراف 0.3 مم ضمن طول 1 متر، ولا يتجاوز الاستواء الكلي 0.8 مم. يجب استخدام مسامير عالية القوة (الدرجة 10.9 أو 12.9) لربط المحمل، ويُحسب عزم الربط وفقًا لمواصفات المسمار ودرجته. يجب شد المسامير تدريجيًا على 3~4 مراحل بترتيب قطري متقاطع، مع التحقق النهائي من عزم الربط باستخدام مفتاح عزم. بعد التركيب، يجب فحص مرونة دوران المحمل الدوار — بحيث يدور بحرية دون انحشار أو ضوضاء غير طبيعية عند التشغيل اليدوي أو بالسرعة المنخفضة. يجب ألا يتجاوز الانحراف الشعاعي 0.2 مم، وألا يتجاوز الانحراف المحوري 0.3 مم.

تشمل الصيانة اليومية وفحوصات الصيانة الدورية ما يلي: فحص أسبوعي لارتخاء براغي التوصيل (فحص 20% من المسامير بمفتاح عزم، وإعادة الربط إذا كانت القيمة أقل من 95% من القيمة المحددة)؛ فحص شهري لتآكل أو تقادم حلقة الختم، وزيادة خلوص مسار التدحرج (قياس الخلوص المحوري بمؤشر قرصي ومقارنة القراءات مع القيم الأولية)؛ فحص ربع سنوي لحالة تعشيق التروس (التقعر السطحي، كسر الأسنان، أو الاهتراء غير الطبيعي). يجب استبدال الشحم الأولي بعد 1000 ساعة تشغيل، ثم إعادة التشحيم كل 500 ساعة أو شهريًا. يجب استبدال المحمل الدوار في الحالات التالية: تقشر سطح مسار التدحرج أو عمق انبعاج يتجاوز 0.5 مم، تلف أو اهتراء العنصر الدوار بما يتجاوز 0.2 مم، انخفاض سمك السن بأكثر من 20% بسبب تآكل سطح السن، أو زيادة الخلوص المحوري بأكثر من 1.5 ضعف القيمة الأصلية.

جدول المقارنة لمعايير اختيار المحمل الدوار

يلخص الجدول التالي التطبيقات النموذجية ومعايير الأداء الأساسية لأربعة أنواع من المحامل الدوارة، ليكون مرجعًا في التصميم والاختيار.

الأسئلة الشائعة