مخفضات التروس الدودية للرافعات وبكرات الكابلات

تتعلق تطبيقات الرفع والتحميل بشكل أساسي بتعليق الأحمال الرأسية - حيث يمنع القفل الذاتي لمخفض التروس الدودية السقوط الخطير عند فصل الطاقة عن المحرك. أما تطبيقات الونش وبكرات الكابلات فلها متطلبات أساسية مختلفة: تثبيت أفقي أو مائل مستمر الجر، والتحكم في الكابل ثنائي الاتجاه، ومقاومة الظروف البيئية الخارجية على مدى فترات طويلة.

تراكم الكابلات متعددة الطبقات: مع لف الكابل على الأسطوانة في طبقات متعددة، يزداد نصف قطر الأسطوانة الفعال باستمرار. ويزداد عزم الدوران المطلوب على مخفض التروس الدودية بشكل متناسب. يجب أن يستند الاختيار إلى حالة الأسطوانة الممتلئة (أقصى نصف قطر) - وليس حالة الأسطوانة الفارغة.

تشغيل ثنائي الاتجاه: معظم الرافعات تقوم بسحب الكابل وإخراجه. يجب أن ينقل مخفض السرعة ذو التروس الدودية عزم الدوران المقنن في كلا الاتجاهين. لا تعمل خاصية القفل الذاتي إلا عند التوقف - أما أثناء سحب الكابل بواسطة المحرك، فيتحكم المحرك بالسرعة في كلا الاتجاهين.

التعرض للعوامل الخارجية والبحرية: تُستخدم الرافعات في بيئات قاسية، مثل أسطح السفن، ومواقع البناء، وأنفاق الكابلات تحت الأرض، والمنشآت الساحلية. يُعدّ تصنيف IP65 الحد الأدنى للمواصفات المطلوبة، بينما يتطلب التطبيق البحري تصنيف IP66 وطلاءات مقاومة للتآكل.

تسلسل الحساب

الخطوة 1: حدد أقصى قوة سحب للخط F (نيوتن) عند الحمل الكامل. أضف عامل الخدمة: F_design = F_actual × SF (استخدم SF 1.75–2.5 لقوة الرافعة).

الخطوة الثانية: احسب أقصى نصف قطر للأسطوانة r_max: r_max = نصف قطر النواة + (قطر السلك × عدد الطبقات). استخدم دائمًا r_max، وليس نصف قطر النواة.

الخطوة 3: عزم الدوران الناتج المطلوب T = F_design × r_max (م).

الخطوة الرابعة: سرعة دوران الأسطوانة عند الحمل الكامل: n_drum = (v × 1000) / (2π × r_max_mm). استخدم v = سرعة الكابل عند الحمل الكامل للأسطوانة.

الخطوة 5: النسبة المطلوبة i = n_motor / n_drum.

الخطوة السادسة: تأكد من أن T_catalog ≥ T_required وتحقق من الطاقة الحرارية للتشغيل المستمر.

مثال عملي: ونش المسح البحري

طلب: رافعة كابل الميكروفون المائي. قوة السحب 2500 نيوتن، سرعة الكابل 8 م/دقيقة، قطر قلب الأسطوانة 120 مم، قطر السلك 8 مم، 4 طبقات. عامل القوة = 2.0.

r_max = 60 + (8 × 4) = 92 مم
F_design = 2500 × 2.0 = 5000 شمال
T_output = 5,000 × 0.092 = 460 نيوتن متر
عدد الطبول = 8000 / (2π × 92) = 13.8 دورة في الدقيقة
النسبة = 1450 / 13.8 = 105 ← اختر 100:1

تم الاختيار: WP135 بنسبة 100:1، T_catalog 520 نيوتن متر > 460 نيوتن متر مطلوبة. ✓
IP66، طلاء إيبوكسي بحري، موانع تسرب من مادة فيتون، زيت صناعي من نوع PAO.

نسبة كبيرة، مرحلة واحدة

يُعدّ مُخفّض السرعة ذو المرحلة الواحدة من نوع التروس الدودية الطريقة الأمثل من حيث الحجم والتكلفة لتحقيق نسب التخفيض الكبيرة اللازمة لتطبيقات الونش. تتطلب سرعات كابل الونش (5-30 متر/دقيقة) نسب تخفيض كبيرة (60:1-100:1) من محرك قياسي بسرعة 1450 دورة في الدقيقة. يُحقق مُخفّض السرعة ذو المرحلة الواحدة من نوع التروس الدودية ذلك في تصميم صغير الحجم. بينما تتطلب المحركات الحلزونية مرحلتين أو ثلاث مراحل تخفيض للوصول إلى نسب تخفيض مماثلة.

تثبيت الوضع ذاتي القفل

عند نسب تروس أعلى من 40:1، يقوم مخفض التروس الدودية بالقفل الذاتي عند توقف المحرك، حيث لا يمكن لشد الكابل أن يعيد تدوير الأسطوانة. وهذا يلغي الحاجة إلى مكابح ميكانيكية منفصلة في العديد من تطبيقات الرافعات، مما يقلل التكلفة والتعقيد.

محرك بزاوية قائمة 90 درجة

تُدار أسطوانات الرافعة عادةً بزاوية 90 درجة بالنسبة لمحور المحرك. وتؤدي الهندسة القائمة الزاوية المتأصلة في مخفض التروس الدودية إلى إلغاء مرحلة تروس مخروطية منفصلة، ​​مما يقلل من عدد مكونات نظام نقل الحركة وعدد نقاط العطل المحتملة.

ضوضاء تشغيل منخفضة

تعمل آلية التروس الدودية ذات التلامس المنزلق بهدوء أكبر من محركات التروس المستقيمة أو الحلزونية عند عزم الدوران والنسبة المكافئة - وهو أمر مهم بالنسبة لرافعات سطح السفينة حيث يتم تنظيم مستويات الضوضاء، وللتركيبات تحت الأرض أو المباني حيث تشكل الاهتزازات المنقولة بالهيكل مصدر قلق.

مع لف الكابل على الأسطوانة في طبقات متعددة، يحدث شيئان في وقت واحد يزيدان من الطلب على مخفض التروس الدودية مع امتلاء الأسطوانة:

زيادة عزم الدوران: عزم الدوران الذي يجب أن يوفره مخفض التروس الدودية يساوي قوة السحب مضروبة في نصف القطر الفعال. مع زيادة قطر الأسطوانة مع كل طبقة من طبقات الكابل، يزداد ذراع العزم، وبالتالي يزداد عزم الدوران المطلوب بشكل متناسب. تتطلب أسطوانة يزيد نصف قطرها الأساسي من 60 مم إلى 92 مم عزم دوران إضافي قدره 53% من مخفض التروس الدودية للحصول على نفس قوة السحب - وهو فرق لا يمكن تجاهله عند اختيار الأسطوانة.

تغييرات السرعة: عند ثبات السرعة الخطية للكابل، تنخفض سرعة دوران الأسطوانة مع امتلائها نتيجةً لزيادة محيطها. أما عند ثبات سرعة المحرك ونسبة التخفيض، فتزداد سرعة الكابل مع امتلاء الأسطوانة، وهو عكس ما يتوقعه معظم المشغلين. في التطبيقات التي تتطلب سرعة كابل مضبوطة، يتطلب ذلك إما محركًا متغير السرعة أو قبول تغير السرعة.

قاعدة التصميم: احرص دائمًا على اختيار مُخفِّض السرعة ذي التروس الدودية المناسب لحالة امتلاء الأسطوانة. إذا تم اختياره بشكل صحيح، فسيكون ضمن الحدود المسموح بها في جميع ظروف التحميل المتوسطة.

الحالة 1: سفينة المسح الجيوفيزيائي البحري

متطلبات: نشر واستعادة جهاز استقبال الصوت تحت الماء. قوة سحب الكابل 2500 نيوتن، 8 أمتار/دقيقة، قطر قلب الأسطوانة 150 مم، 6 طبقات من الكابل، قطر السلك 12 مم.

r_max = 75 + (12×6) = 147 مم؛ T = 3000 × 2.0 × 0.147 = 882 نيوتن.متر

مخفض تروس دودي مختار: WP135 بنسبة 100:1، IP66، طلاء إيبوكسي بحري، مثبتات من الفولاذ المقاوم للصدأ، حشوات من الفيتون، زيت PAO صناعي. اجتاز اختبار رذاذ الملح NSS لمدة 500 ساعة.

الحالة الثانية: أسطوانة كابلات تحت الأرض - آلة حفر الأنفاق

متطلبات: بكرة سحب كابلات الطاقة والاتصالات التي تغذي آلة حفر الأنفاق أثناء تقدمها. سرعة الكابل 1.5 متر/دقيقة، قوة الشد 800 نيوتن، تشغيل مستمر. درجة الحماية IP65.

مخفض تروس دودي مختار: WP80 بنسبة 80:1، IP65، زيت مقاوم للضغط الشديد. قفل ذاتي بنسبة 80:1 يثبت الكابل عندما تكون آلة حفر الأنفاق ثابتة بدون فرامل منفصلة.

العمر التشغيلي: أكثر من 22000 ساعة عمل خلال عقد آلة حفر الأنفاق لمدة 3 سنوات، بدون أي أعطال في الأختام.

الحالة 3: ونش مؤقت في موقع البناء

متطلبات: رافعة سحب مواد لتركيب واجهات المباني الشاهقة، مشروع مدته 6 أشهر، تشغيل متقطع. أقصى حمولة 4500 نيوتن، سرعة الكابل 6 أمتار/دقيقة.

مخفض تروس دودي مختار: WP100 بنسبة 60:1، SF 2.0، حديد زهر IP54. يتم تغيير الزيت المعدني القياسي عند انتهاء المشروع.

ملاحظة حول التكلفة: بالنسبة للتركيبات المؤقتة التي تستغرق ستة أشهر، يُعد شراء مُخفِّض سرعة دودي قياسي جديد للمشروع أكثر فعالية من حيث التكلفة من استئجار وحدة ذات مواصفات أعلى. وتُمثل التكلفة الإجمالية لمُخفِّض السرعة الدودي جزءًا صغيرًا من قيمة عقد تركيب الواجهة.