معيار GB/T 22437.1-2008 لتصميم أحمال الرافعات

يتبنى المعيار GB/T 22437.1-2008 بشكل مكافئ المعيار ISO 8686-1:1989، وهو معيار منهجي متخصص لحساب أحمال الرافعات. خلال مرحلة التصميم، يجب تحديد جميع الأحمال التي قد تتعرض لها الرافعة طوال عمرها الافتراضي، والتحقق من قوة الهيكل واستقراره وفقًا لأخطر توليفات الأحمال. ينطبق هذا المعيار على حساب الأحمال لجميع أنواع الرافعات، ويحدد طرق تحديد القيم ومعاملات التركيبة لكل من: الحمل الذاتي، حمولة الرفع، حمل القصور الذاتي، حمل الرياح، حمل درجة الحرارة، والأحمال الخاصة.

نظام تصنيف الأحمال في معيار الرافعات

يقسم المعيار جميع الأحمال التي تتحملها الرافعة إلى ثلاث فئات رئيسية. الأحمال العادية (الفئة I) – الأحمال التي تظهر بشكل متكرر أثناء التشغيل العادي للرافعة، وتشمل: الحمل الذاتي (الوزن الذاتي للهيكل والمعدات)، حمولة الرفع المقدرة (بما في ذلك أقصى قدرة رفع مع وزن موزع الرفع)، أحمال القصور الذاتي الناتجة عن البدء والكبح (أحمال التسارع الناتجة عن بدء آلية الرفع والقوى الأفقية الناتجة عن تسارع أو تباطؤ آلية السير)، حمل الرياح في حالة العمل (يُحسب وفقًا لمناطق ضغط الرياح المحلية ومعاملات الارتفاع)، وقوة الانحراف الجانبي أثناء السير (القوة الأفقية التوجيهية الناتجة عن حركة جسرية منحرفة). الأحمال غير العادية (الفئة II) – الأحمال التي قد تظهر في ظروف تشغيل غير طبيعية، وتشمل: حمل الرياح في حالة عدم العمل (يُحسب وفقًا لأقصى سرعة رياح متوقعة مرة كل 50 عامًا)، أحمال التوقف المفاجئ، حمولة الاختبار، وحمل درجة الحرارة. الأحمال الخاصة (الفئة III) – أحمال نادرة الحدوث ولكنها شديدة الخطورة، وتشمل: الحمل الزلزالي، أحمال الاصطدام، والأحمال الخاصة بالعمليات الصناعية.

يختلف معامل الأمان الجزئي للأحمال المستخدم لكل فئة، مما يعكس تأثير احتمال ظهور الحمولة ومدتها على السلامة الهيكلية. معامل الأمان الجزئي لأحمال الفئة I يتراوح بين 1.0 و1.3 (يؤخذ 1.0 لحساب الكلال)، وللفئة II بين 1.0 و1.1، وللفئة III يساوي 1.0. كلما زاد معامل الأمان الجزئي، زادت عدم قابلية الحمولة للتنبؤ، وزادت متطلبات التكرار الآمن. يؤكد المعيار بشكل خاص على أن المصممين يجب عليهم تحديد فئة الحمولة بدقة أثناء الحساب، ولا يجوز تصنيف أحمال الفئة II ضمن الفئة I لتقليل متطلبات السلامة، ولا يجوز تصنيف أحمال الفئة I ضمن الفئة II مما يؤدي إلى تصميم مبالغ فيه وهدر.

قواعد توليفات الأحمال وتطبيقاتها

توليفات الأحمال هي المحتوى الأساسي لهذا المعيار. تحدد المواصفة القياسية ثلاثة أنواع من توليفات الأحمال وفقًا لظروف التشغيل: التوليف A – حالة العمل بدون رياح (تُستخدم لحساب مقاومة الكلال والتحقق من قوة المحرك)، وتشمل: الحمل الذاتي + حمولة الرفع + حمل القصور الذاتي + قوة الانحراف الجانبي، بعامل أمان يبلغ 1.50 (للكلال العام) / 1.25 (لكلال المواقع المحلية). التوليف B – حالة العمل مع الرياح (تُستخدم لحساب المقاومة الساكنة)، وتُضاف إلى التوليف A قيمة حمل الرياح في حالة العمل، بعامل أمان يبلغ 1.34. التوليف C – حالة عدم العمل (تُستخدم للتحقق من ثبات ضد الانقلاب وسلامة مقاومة الرياح)، وتشمل: الحمل الذاتي + حمل الرياح في حالة عدم العمل أو أحمال خاصة أخرى، بعامل أمان يبلغ 1.15.

التحديدات المحددة لقيم الأحمال في التوليفات: يُحسب الحمل الذاتي بناءً على الوزن الفعلي للهيكل، وتشمل حمولة الرفع سعة الرفع المقدرة ووزن مجموعة موزع الرفع، وتُضرب بمعامل الحمل الديناميكي φ2 (1.0~1.2)، بينما يتراوح معامل الصدم عند رفع الحمولة عن الأرض φ1 بين 1.1 و1.3. تُحسب أحمال القصور الذاتي وفقًا لتسارع أو تباطؤ كل آلية وكتلتها المتحركة: قوة القصور الذاتي لآلية الرفع تساوي φ5 × حمولة الرفع (φ5 هو معامل الحمل الديناميكي للقيادة المتغيرة السرعة)، بينما قوة القصور الذاتي لآلية السير تساوي كتلة السير × تسارع السير. يُحسب حمل الرياح وفقًا لخريطة مناطق ضغط الرياح ومعاملات الارتفاع في الملحق A من المعيار GB/T 3811. تُحسب قوة الانحراف الجانبي أثناء السير بالمعادلة التجريبية F=λ×ΣP (λ هو معامل القوة الجانبية، ΣP هو إجمالي حمولة العجلة). يجب على المصممين اختيار أخطر توليفات الأحمال بناءً على ظروف التشغيل الفعلية للرافعة.

قيم معاملات الحمولة الديناميكية وشروط تطبيقها

تُعد معاملات الحمولة الديناميكية (معاملات φ) في المعيار من المعاملات الأساسية في حساب الحمولة، ويشكل الفهم الصحيح واختيار هذه المعاملات مفتاحًا لضمان دقة حسابات التصميم. φ1 — معامل الصدمة عند رفع الحمولة عن الأرض (1.1~1.3)، فعند رفع الحمولة بسرعة من الأرض، تؤدي مرونة حبل الرفع إلى تضخيم الحمولة الديناميكية لحظة انفصال الحمولة عن الأرض، وتعتمد قيمة المعامل على سرعة الرفع وصلابة الحبل السلكي. φ2 — معامل الصدم للرفع (1.0~1.2)، ويأخذ في الاعتبار تأثير الصدمات عند بدء وإيقاف آلية الرفع. φ3 — معامل التفريغ المفاجئ (1.5~2.0)، ويعكس الحالة القصوى عند سقوط الحمولة بشكل غير متوقع، ويُطبق عند انقطاع حبل فولاذي أو انفصال الحمولة. φ4 — معامل الصدمة للحركة، ويعتمد على حالة وصلة السكة وسرعة الحركة، ويُؤخذ بقيمة 1.1~1.3 للوصلات المستوية. φ5 — معامل الحمولة الديناميكية للقيادة متغيرة السرعة، ويُستخدم في حساب قوة القصور الذاتي عند بدء وكبح آلية الرفع. φ6 — معامل الحمولة الديناميكية لحمولة الاختبار (1.0~1.1)، ويُستخدم في حساب الحمولة أثناء اختبار الحمل الديناميكي.

يجب تحديد معاملات الحمولة الديناميكية بالدمج بين ظروف تشغيل الرافعة وفئة التشغيل وطبيعة الحمولة. فعلى سبيل المثال، تكون احتمالية التفريغ المفاجئ في رافعة الصب أعلى منها في الرافعة العادية، لذا يجب اختيار قيمة أعلى لمعامل φ3؛ أما رافعة الميناء فتُستخدم بشكل متكرر وتحتوي على وصلات سكة متعددة، لذا يجب اختيار القيمة القصوى لمعامل φ4. بالنسبة للرافعات من فئة التشغيل A7~A8، يجب أن تكون قيم معاملات الحمولة الديناميكية أكثر صرامة بنحو 10%~15% مقارنة بالفئات A1~A3. ويشير المعيار أيضًا إلى أنه لا ينبغي الجمع بين القيم القصوى لعدة معاملات حمولة ديناميكية في نفس الوقت، بل يجب اختيار مجموعة الأحمال المناسبة وفقًا لظروف التشغيل الفعلية. تلتزم كيلود للصناعات الثقيلة في حسابات التصميم باختيار معاملات الحمولة الديناميكية وفقًا للمعيار بدقة، وتقوم بمراجعة كل معامل على حدة بناءً على ظروف التشغيل الفعلية للمستخدم.

مجموعات الأحمال وجدول مقارنة المعاملات

يلخص جدول المقارنة التالي الأحمال المشمولة وعامل الأمان ونوع حسابات التصميم المطبقة لكل مجموعة من مجموعات الأحمال الثلاث، ويجب على المصممين اختيار المجموعة المناسبة وفقًا لفئة التشغيل الفعلية وبيئة العمل للرافعة.

طريقة حساب حمل الرياح

يُعد حمل الرياح من الأحمال البيئية الأساسية في حسابات تصميم الرافعات. تحدد المواصفة طريقة حساب حمل الرياح وفقًا للملحق A من معيار GB/T 3811: حيث يُؤخذ ضغط الرياح في حالة العمل بقيمة تتراوح بين 150~250Pa (حسب منطقة ضغط الرياح)، بينما يُحسب ضغط الرياح في حالة عدم العمل بناءً على أقصى سرعة رياح متوقعة مرة كل 50 عامًا في الموقع. تُحسب قيمة حمل الرياح وفق المعادلة Fw=Cw×p×A، حيث يمثل Cw معامل قوة الرياح (الذي يعتمد على الشكل الهندسي للهيكل ومعامل التظليل)، وp هو ضغط الرياح، وA هي مساحة السطح المعرض للرياح. بالنسبة للهياكل الشبكية، يجب حساب مساحة السطح المعرضة للرياح باستخدام معامل التظليل. كما تنص المواصفة على ضرورة مراعاة تأثير الرياح النابضة عند الحساب في حالة عدم العمل، وذلك بأخذ معامل الاهتزاز β=1.6~2.0 لتعويض التضخيم الديناميكي الناتج عن الطبيعة النابضة للرياح على الهيكل. وتكون تأثيرات الاهتزاز أكثر وضوحًا في الهياكل الشاهقة (مثل الرافعات البرجية)، حيث يجب اختيار القيم الأعلى. يبلغ ارتفاع ضغط الرياح في المناطق الساحلية والمكشوفة حوالي 15%~25% مقارنة بالمناطق الحضرية الداخلية، لذا يجب تحديد منطقة ضغط الرياح وفقًا لموقع تركيب الرافعة الفعلي.

تشدد المواصفة أيضًا على معالجة حالات خاصة متعددة في حساب حمل الرياح: في حالة عدم العمل، يجب حساب مساحة السطح المعرضة للرياح للرافعة في الاتجاه الأكثر خطورة (بما في ذلك المساحة المسقطة لأجزاء الدوران عند زوايا دوران مختلفة). بالنسبة للرافعات القابلة للدوران، يجب وضع خطاف العربة في مواقع محددة في حالة عدم العمل لتقليل حمل الرياح — عادةً يتم تحريك العربة بالقرب من صاري البرج ورفع الخطاف إلى أعلى موضع. يجب حساب قوة التثبيت أو قوة الإرساء لأجهزة الأمان ضد الرياح (مشبك السكة، جهاز الإرساء، كابل مقاوم للرياح، إلخ) بمقدار 1.25 ضعف حمل الرياح في حالة عدم العمل، لضمان عدم انزلاق الرافعة أو انقلابها في ظروف الرياح القصوى.

الأسئلة الشائعة حول أحمال الرياح