تحليل أعطال حبال الأسلاك في الرافعات العلوية والعوامل المؤثرة على عمرها التشغيلي

يُعدّ حبل السلك أحد أكثر مكونات الرفع استخدامًا. فهو يتميز بقدرة تحمل عالية للأحمال، ومرونة جيدة، وحركة سلسة، وانخفاض مستوى الضوضاء. وتستخدم جميع الرافعات العلوية تقريبًا حبل السلك لنقل الأحمال. وإذا انقطع حبل السلك فجأةً نتيجة عطل ما، فقد تكون العواقب وخيمة. لذا، يُعدّ تحليل أعطال حبل السلك أمرًا بالغ الأهمية لأسباب تتعلق بالسلامة والاقتصاد على حد سواء. تُحلّل هذه المقالة العوامل المختلفة التي تُسبب انقطاع حبل السلك في الرافعات العلوية بهدف المساعدة في إطالة عمره الافتراضي.

1. قوة واستطالة حبل سلك الرافعة العلوية

بحكم التصميم، تكون أقصى قوة تحمل لسلك الحبل أقل من قوة تحمل جميع أسلاكه مجتمعة. ويرتبط ذلك ببنية الحبل ومستوى أداء جميع الأسلاك فيه. عند تصميم سلك الحبل، يجب مراعاة جميع عوامل التحميل، بما في ذلك الأحمال الإضافية، والتسارع، والتباطؤ، وسرعة الحبل، وغيرها من العوامل. كما يجب مراعاة عدد البكرات والأسطوانة، وترتيبها الهيكلي، وطريقة تركيبها، بالإضافة إلى الظروف التي تُسبب التآكل والتلف، وطول الحبل.

تُصنع أسلاك الحبال السلكية عادةً من فولاذ كربوني إنشائي عالي الجودة، بنسبة كربون تتراوح بين 0.5% و0.8%. ويبلغ معامل المرونة للحبل السلكي حوالي 1.6×10⁵ نيوتن/مم². ويقيس هذا المعامل مدى استطالة الأسلاك تحت تأثير الحمل.

عند تحميل حبل سلكي، تتحرك أسلاكه بالنسبة لبعضها البعض، إذ تُعدّل مواقعها للوصول إلى حالة استقرار تتناسب مع الحمل المُطبّق. ينتج عن ذلك نوعان من الاستطالة. فعندما يحمل الحبل السلكي حملاً لأول مرة، تُعيد الأسلاك ترتيب نفسها قليلاً، مما يُنتج استطالة دائمة تُعرف بالاستطالة البنائية. وفي الوقت نفسه، تحدث استطالة قابلة للاسترداد تُعرف بالاستطالة المرنة. وتعتمد الاستطالة البنائية إلى حد ما على مقدار الحمل المُطبّق.

كلما صغر قطر الأسلاك في الحبل، قلّ عزم الانحناء اللازم لثنيها، وزادت مرونة الحبل. تتميز الحبال السلكية التي تحتوي على عدد أكبر من الأسلاك، والحبال السلكية ذات اللب الليفي، بمرونة أفضل عمومًا. أما الحبال السلكية المعدنية بالكامل المصنوعة من عدد أقل من الأسلاك، فتتميز بمرونة أقل، مع أن الأولى تتمتع عمومًا باستطالة أكبر من الثانية. وتوفر المرونة الأكبر مقاومة أفضل للتلف.

2. بكرات الرافعة العلوية

يُعبّر عن بُعد البكرة الرئيسية عمومًا باستخدام قطر البكرة في أسفل أخدود الحبل بالإضافة إلى قطر سلك الحبل كقطر لف أدنى. بكرة الرافعة كلما صغر حجم السلك، زادت الضغوط الناتجة عن الانحناء وضغط التلامس بين السلك والبكرة. وكلما زاد إجهاد الانحناء، زادت سرعة إجهاد الأسلاك في الحبل. كما أن زيادة ضغط التلامس تُسرّع من تلف الحبل وتآكل البكرة.

مع ازدياد حجم البكرة، يقل الضغط بين الحبل والبكرة، وكذلك درجة الانحناء. إذا كان إجهاد الانحناء هو العامل الوحيد المعتبر، فيمكن زيادة قطر البكرة لحبل سلكي ذي نقاط تلامس 6×19 إلى 90 ضعف قطر الحبل لإطالة عمره. مع ذلك، باستثناء المعدات الخاصة، نادرًا ما تُستخدم بكرات بهذا القطر الكبير عمليًا لسببين:

1. إن استخدام بكرة كبيرة كهذه غير عملي لمعظم معدات الرفع.
2. نادراً ما يكون الانحناء هو العامل الوحيد الموجود في أي حالة تشغيل.

عمليًا، تؤثر عوامل أخرى كثيرة على عمر الحبل بالإضافة إلى الانحناء، بما في ذلك الإجهاد المتكرر، والتآكل، والطرق، والصدمات، والاهتزازات، والالتواء، وسرعة الدوران، ولف البكرة بشكل غير صحيح، والتآكل، وعدم كفاية الصيانة. وقد يكون لعامل واحد أو أكثر من هذه العوامل تأثير أكبر على عمر الحبل من حجم البكرة.

يُحدد الحجم الأمثل للبكرة بمراعاة عوامل السلامة والتشغيل الاقتصادي وغيرها. مع ذلك، فإن الضغط العالي بين الأسلاك عند نقاط تلامس الحبل، بالإضافة إلى إجهاد الانحناء العالي الناتج عن مرور الحبل فوق بكرة صغيرة، قد يُسهم في تلف الحبل وانقطاعه. في ظل هذه الظروف غير المواتية، غالباً ما يحدث انقطاع في الأسلاك بين نقاط تلامس الخيوط المتجاورة. يصعب، بل يستحيل أحياناً، اكتشاف الانقطاعات في هذه المواقع بالفحص الخارجي.

لذلك، بالنسبة للمعدات ذات متطلبات السلامة الصارمة الأخرى، ينبغي اختيار بكرات أكبر بحيث تتطور عملية تلف الحبل بشكل تدريجي أكثر ويحدث التلف على سطح الحبل، حيث يسهل اكتشافه وتقييمه.

3. أخاديد حبل بكرة الرافعة العلوية

لكي يؤدي حبل السلك وظيفته على أكمل وجه، يجب أن يكون قطر أخدود الحبل في البكرة كبيرًا بما يكفي للحفاظ على خلوص مناسب حول الحبل. لا يمكن أن يظل قطر أخدود الحبل ثابتًا، إذ يتأثر تغيره بشكل رئيسي بنوع حبل السلك، وإلى حد كبير بمادة البكرة والضغط المطبق عليها.

بسبب التآكل المستمر للأخدود، يتقلص حجمه عادةً مع اقتراب حبل السلك من نهاية عمره الافتراضي. وهذا يُسبب مشكلة: ففي كل مرة يتم فيها تركيب حبل سلك جديد، يلزم إعادة تشكيل الأخدود أو استبدال البكرة. ولكن عمليًا، تُعد إعادة تشكيل الأخدود أو استبدال البكرة غير مُجدية اقتصاديًا.

عند إعادة تشكيل أخدود، تُصلح الحافة أولاً، ثم يُقطع قاع الأخدود إلى القطر المناسب. إذا قُطع قاع الأخدود فقط، فقد تصبح زاوية الحلق المجاورة للقاع صغيرة جدًا بحيث لا توفر خلوصًا كافيًا، مما يزيد بشكل كبير من تآكل سلك الحبل.

4. ضغط حبل سلك الرافعة العلوية

إضافةً إلى إجهاد الانحناء الناتج عن مرور الحبل فوق البكرة، يتعرض الحبل السلكي لضغط شعاعي ناتج عن احتكاكه بالبكرة. يُولّد هذا الضغط إجهاد قص في الحبل، ويُغيّر بنيته، ويؤثر على معدل تآكل أخدود البكرة. لذا، ينبغي مراعاة مقدار الضغط الشعاعي ومقاومة مادة البكرة للتآكل عند اختيار بنية الحبل السلكي الأنسب.

5. أسطوانات الرافعة العلوية

ال طبل الرافعة الأبعاد، وشكل الأخاديد، والضغط مماثلة للشروط التي نوقشت أعلاه بالنسبة للبكرات.

عندما يكون سطح الأسطوانة أملسًا، يكون الضغط الشعاعي الفعلي مرتفعًا نسبيًا لأن سلك الحبل مدعوم من جانب واحد فقط، بينما تبقى مساحته المحيطية غير مدعومة. في هذا النوع من الأسطوانات، يتآكل كل من الحبل والأسطوانة بشكل أسرع مقارنةً بالأسطوانات ذات الأخاديد، كما أن الحبل أكثر عرضة للتلف بفعل الضغط.

عندما يكون إجهاد الانحناء هو العامل الرئيسي المؤثر على عمر خدمة حبل السلك، يمكن أن يكون قطر الأسطوانة أصغر قليلاً من قطر البكرة في النظام. وذلك لأن الحبل، أثناء الحركة في اتجاه واحد، ينحني مرتين فوق كل بكرة، ولكن مرة واحدة فقط على الأسطوانة. ينحني الحبل للمرة الأولى عند اقترابه من البكرة، حيث يتحول من خط مستقيم إلى انحناء البكرة. وينحني للمرة الثانية عندما يستقيم مرة أخرى عند مغادرته البكرة.

في بعض الحالات، تكون مسافة حركة الحبل قصيرة. عندما يتحرك جزء من الحبل ذهابًا وإيابًا على الأسطوانة دون المرور فوق بكرة، يقل عدد دورات الانحناء ويتطور التلف بشكل أبطأ.

عند استخدام أسطوانة ذات أخاديد، يساعد شكل الأخاديد المناسب في تثبيت الحبل الملفوف في الوضع الصحيح. من المهم الحفاظ على مسافة مناسبة بين الأخاديد لضمان وجود خلوص كافٍ، دون إفراط، بين لفات الحبل المتجاورة. هذا يمنع احتكاك الحبل الملفوف على الأسطوانة بالحبل الملفوف عليها مسبقًا.

بالنسبة لللف متعدد الطبقات، يجب أن تكون المسافة بين خطوط مركز الأخاديد كافية لمنع أسلاك الحبال من ملامسة بعضها البعض عند أقصى زاوية ميل.

6. عوامل الفشل الأخرى

1. تآكل: يُعدّ التآكل سببًا شائعًا لتلف حبال الأسلاك. ويمكن أن يكون للبيئة المسببة للتآكل الناتجة عن بيئة التشغيل تأثير كبير على عمر الحبل.
2. تأثير التحميل والاهتزاز: يؤدي تطبيق أحمال الصدمات على حبل سلكي وتعريضه للاهتزاز إلى توليد إجهادات انحناء عالية التردد. ويكون تأثير الاهتزاز شديدًا بشكل خاص عند طرف الحبل، وقد يتسبب في فشله نتيجة الإجهاد.
3. ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط: إذا عمل حبل سلكي في درجة حرارة عالية للغاية، فقد يفشل لأن قوة الشد الخاصة به تنخفض.

يُظهر تحليل الأعطال أعلاه أن فشل حبل سلك الرافعة العلوية غالبًا ما يكون نتيجة تراكم عوامل متعددة. في أي تحقيق فعلي في الأعطال، ينبغي تحليل هذه العوامل بشكل شامل، وتحديد أهميتها النسبية، وتحديد السبب الرئيسي للعطل للمساعدة في إطالة عمر خدمة حبل السلك.

زورا تشاو

خبير في حلول الرافعات العلوية/الرافعات الجسرية/الرافعات الجيبية/أجزاء الرافعات

مع ما يزيد عن 10 سنوات من الخبرة في مجال تصدير Crane Overseas، ساعدت أكثر من 10,000 عميل في الإجابة على أسئلتهم واهتماماتهم قبل البيع، وإذا كانت لديك أي احتياجات ذات صلة، فلا تتردد في الاتصال بي!

واتساب: +86 189 3735 0200

بريد الالكتروني: zorazhao@dgcrane.com