لماذا يختلف محرك دوران مضخة الخرسانة عن أي تطبيق دوران آخر
يقوم محرك دوران الرافعة بتدوير ذراع الرافعة لوضع الخطاف في مكانه، ويبقى الحمل معلقًا بحرية، ويعود إلى مركزه تلقائيًا بفعل الجاذبية. مضخة خرسانة علبة تروس كوكبية ذات محرك دوار يدور ذراع الرافعة لتثبيت أنبوب صلب، ويتدفق الخرسانة عبر هذا الأنبوب بمعدل يتراوح بين 30 و150 مترًا مكعبًا في الساعة، مما يُنتج قوى نابضة تحاول تحريك ذراع الرافعة جانبًا مع كل ضغطة للمضخة. يتحمل ذراع الرافعة حملاً سلبيًا، بينما يتحمل ذراع مضخة الخرسانة حملاً نشطًا نابضًا يُقاوم المشغل في كل وضعية صب.
هذا التمييز - بين الحمل المعلق السلبي والتدفق النبضي النشط - هو ما يجعل محرك دوران مضخة الخرسانة مشكلة هندسية فريدة. يجب أن يوفر محرك الدوران في آن واحد أربع قدرات لا تتطلبها أي تطبيقات دوران أخرى مجتمعة: (1) دوران سلس وبطيء لتحديد موضع ذراع الرافعة، (2) تثبيت محكم ضد عزم الانقلاب، (3) تخميد النبضات من نظام توصيل الخرسانة، و(4) دقة زاوية عالية عند أذرع عزم تصل إلى 60 مترًا.
محرك دوران لحركة ذراع الرافعة. يجب أن يتحكم محرك دوران مضخة الخرسانة في ذراع رافعة يتراوح وزنها بين 12 و 18 طنًا عند أذرع عزم تصل إلى 60 مترًا - وهي أطول ذراع عزم في أي تطبيق دوران متحرك.
عزم الانقلاب - حالة التحميل التي تحدد حجم محرك الدوران وتحدد استقرار الشاحنة
عندما يمتد ذراع الرافعة إلى أقصى مدى له ويُحمّل بالكامل بالخرسانة، فإن الوزن الإجمالي للذراع والأنبوب والخرسانة بداخله يُولّد عزم دوران حول مركز الدوران. يحاول هذا العزم قلب الشاحنة عن دعاماتها. يجب على محرك الدوران (1) تدوير ذراع الرافعة عكس هذا العزم أثناء التموضع، و(2) تثبيت ذراع الرافعة بزاوية الصب في مواجهة الرياح ونبضات المضخة.
| فئة بوم | المدى (م) | كتلة الانفجار (t) | قوة الانقلاب (كيلو نيوتن متر) | عزم الدوران الدوراني |
|---|---|---|---|---|
| قصير (20 – 32 م) | 20 – 32 | 4 – 7 | 200 – 450 | 5000 – 10000 نيوتن متر |
| متوسط (36 – 47 م) | 36 – 47 | 8 – 13 | 500 – 900 | 12000 – 22000 نيوتن متر |
| طويل (52 – 65 م) | 52 – 65 | 14 – 20 | 800 – 1500 | 25000 – 45000 نيوتن متر |
حساسية زاوية الطرف عند أقصى مدى: ذراع بطول 58 مترًا، طرفه عند نقطة التثبيت، يُعادل ذراع عزم بطول 58 مترًا. عند هذا نصف القطر، ينتج عن خطأ دوران مقداره 0.1 درجة إزاحة طرفية قدرها 58000 مم × ظل (0.1 درجة) = 101 مم. يجب أن يكون خلوص محرك الدوران منخفضًا بما يكفي بحيث لا يستهلك التفاوت الزاوي عند محمل الدوران جزءًا كبيرًا من سماحية التثبيت البالغة 200 مم. عند خلوص محرك دوران مقداره 10 دقائق قوسية: التفاوت الزاوي = 0.167 درجة = 169 مم من انحراف الطرف - أي ما يعادل 85% من إجمالي الميزانية. لذلك، تتطلب محركات دوران مضخات الخرسانة مواصفات خلوص أدق من محركات دوران الرافعات من نفس فئة عزم الدوران.
نبضات مضخة الخرسانة - الحمل الديناميكي الذي لا تواجهه أي محركات دوارة أخرى
تستخدم مضخة الخرسانة ذات المكبسين الأسطوانيين لضخ الخرسانة عبر أنبوب ذراع الرافعة. يدفع كل شوط للمكبس كتلة من الخرسانة عبر الأنبوب، وعند الانتقال بين الشوطين (عندما ينتهي شوط أحد المكبسين ويبدأ الآخر)، يحدث ارتفاع مفاجئ في الضغط وانقطاع مؤقت في التدفق. ينتج عن ذلك قوة نابضة بتردد المضخة (من 15 إلى 30 شوطًا في الدقيقة) تؤثر على كل انحناء ومرفق في أنبوب ذراع الرافعة.
تنتقل قوى النبض عبر هيكل ذراع الرافعة إلى محمل الدوران ومحرك الدوران. يُولّد كل نبض قوة دفع جانبية تتراوح بين 2000 و8000 نيوتن عند طرف ذراع الرافعة، أي ما يعادل دفع شخص لطرف الذراع جانبيًا من 15 إلى 30 مرة في الدقيقة، طوال مدة الصب. يجب أن يقاوم محرك الدوران هذه الدفعات دون السماح لذراع الرافعة بالتذبذب، إذ يتضخم أي تذبذب في مركز الدوران بفعل ذراع العزم الذي يتراوح طوله بين 40 و60 مترًا، مُحدثًا إزاحات كبيرة في طرف الذراع.
لماذا تُعدّ النبضات أكثر أهمية في الأذرع الطويلة؟ تُنتج قوة جانبية مقدارها 2000 نيوتن عند طرف ذراع رافعة بطول 28 مترًا عزم دوران مقداره 56 كيلو نيوتن متر. بينما تُنتج القوة نفسها (2000 نيوتن) عند ذراع رافعة بطول 58 مترًا عزم دوران مقداره 116 كيلو نيوتن متر، أي ضعف العزم الناتج عن قوة النبض نفسها. تُضخّم الأذرع الأطول تأثير النبض عند محرك الدوران. ولهذا السبب، تتطلب محركات دوران مضخات الخرسانة طويلة المدى تعشيق تروس أكثر صلابة، وخلوصًا أقل، وصلابة التوائية أعلى من المضخات قصيرة المدى، على الرغم من أن تردد نبض المضخة وقوته متطابقان.
ينقل محرك الدوران كلاً من عزم الانقلاب الثابت الناتج عن وزن ذراع الرافعة وقوى النبض الديناميكية من نظام توصيل الخرسانة - في وقت واحد، لساعات لكل صبة.
سرعة الدوران وسلاسة الحركة - لماذا يجب أن يكون دوران ذراع مضخة الخرسانة أبطأ من دوران الرافعة؟
يمكن للرافعة المتنقلة الدوران بسرعة تتراوح بين 2 و4 دورات في الدقيقة بسلاسة تامة، حيث يعود الحمل المعلق إلى مركزه تلقائيًا بفعل الجاذبية، ويستقر موضع الخطاف في غضون ثوانٍ. أما ذراع مضخة الخرسانة فهو صلب، ولا يتمتع بخاصية التمركز الذاتي. أي تسارع أو تباطؤ دوراني في محرك الدوران يُنتج تسارعًا جانبيًا مماثلًا عند طرف الذراع. فعلى ذراع بطول 58 مترًا، حتى سرعة دوران منخفضة تبلغ 0.5 دورة في الدقيقة تُنتج سرعة طرفية تبلغ 3 أمتار في الثانية. التوقف المفاجئ من هذه السرعة يُولد قوة تباطؤ طرفية قد تُؤدي إلى انحناء الذراع أو إجهاد محمل الدوران بما يتجاوز قدرته المقدرة.
يجب أن يوفر محرك الدوران أيضًا تحكمًا تناسبيًا في السرعة - يستخدم المشغل عصا تحكم أو جهاز تحكم عن بعد لتحديد موضع الذراع، ويجب أن تكون سرعة الدوران متناسبة مع انحراف عصا التحكم من الصفر إلى الحد الأقصى. أي منطقة ميتة أو تغيير مفاجئ أو عدم خطية في استجابة السرعة ينتج عنه حركة متقطعة للذراع تتضخم عند الطرف. علبة تروس كوكبية ذات محرك دوار من شركة إيفر باور الكورية يجب أن تتعشق بسلاسة عند أدنى سرعات التروس الصغيرة - وهو شرط لجودة سطح أسنان التروس يتجاوز مواصفات محرك الدوران القياسي للرافعة.
ثلاثة أنماط أعطال تؤثر على محركات دوران مضخات الخرسانة
تُنتج نبضات مضخة الخرسانة تذبذبًا جانبيًا للقوة يتراوح بين 15 و30 هرتز عند محمل الدوران. يُحرك هذا التذبذب كرات أو بكرات المحمل ضمن نطاق تلامس ضيق - وهي نفس آلية التآكل التي تؤثر على محامل توجيه توربينات الرياح، ولكن بتردد يتراوح بين 15 و30 هرتز بدلًا من تصحيحات التوجيه التدريجية. على مدار 3000 إلى 5000 ساعة من العمل، يُحدث التآكل حفرًا في مجرى الكرات، مما يزيد من خلوص محمل الدوران ويقلل من دقة تحديد موضع ذراع الرافعة. لا يُمكن لجودة تعشيق تروس محرك الدوران تعويض خلوص المحمل المتآكل - فبمجرد أن يتآكل المحمل، يجب استبدال حلقة الدوران بالكامل.
تعمل أسنان ترس الدوران وترس الحلقة الدوارة في بيئة مليئة برذاذ الخرسانة وغبار الأسمنت ومياه الغسيل. تعمل جزيئات الأسمنت (سيليكات الكالسيوم، شديدة القلوية، درجة حموضتها من 12 إلى 13) التي تدخل في تعشيق التروس كمادة كاشطة وملوث كيميائي في آن واحد، حيث تعمل على طحن أسطح الأسنان بينما تهاجم الرطوبة القلوية الشحم وسطح الفولاذ. لا يوجد غلاف واقٍ يحمي تعشيق ترس الحلقة المكشوف في مضخة الخرسانة (على عكس تعشيق التروس المغلق في محرك توجيه توربينات الرياح) من هذا التلوث.
مع تآكل أسنان الترس الصغير وحلقة الدوران نتيجة التلوث والتحميل النبضي، يزداد الخلوص في تعشيق التروس. عند مدى 58 مترًا، تُضيف كل دقيقة قوسية من الخلوص الإضافي 17 ملم من عدم اليقين في إزاحة طرف ذراع الرافعة. ينتج عن محرك دوران جديد بخلوص 5 دقائق قوسية عدم يقين في الطرف يبلغ 85 ملم، وهو ضمن هامش الخطأ المسموح به البالغ 200 ملم. بعد 5000 ساعة من العمل في الصب، قد يصل الخلوص إلى 15 دقيقة قوسية، مما ينتج عنه عدم يقين في الطرف يبلغ 255 ملم، وهو ما يتجاوز التفاوت المسموح به. يعوّض مشغل ذراع الرافعة ذلك بإجراء حركات تحديد موضع أصغر وأبطأ، مما يقلل الإنتاجية بمقدار يتراوح بين 10 و20 طنًا قبل استبدال محرك الدوران نهائيًا.
أعلى: مركز الاختبار - يتم اختبار كل محرك دوران لمضخة الخرسانة للتأكد من خلوه من رد الفعل العكسي قبل التسليم. أسفل: وحدة محرك الدوران من سلسلة ZR.
علبة تروس كوكبية دوارة لمضخات الخرسانة - الأسئلة الشائعة
تُوفر شركة إيفر-باور الكورية علب تروس كوكبية دوارة لمضخات الخرسانة بعزم دوران يتراوح من 5000 إلى 45000 نيوتن متر، بمواصفات منخفضة الارتداد ومحامل مقاومة للنبضات. يُرجى تزويدنا بنوع مضختك وطول ذراعها للحصول على توصية بالمواصفات المناسبة.
المحرر: Cxm
