بكرة المصعد: الأنواع، ومقاطع الأخدود، ودليل الفحص، ونصائح الاستبدال

ما هي بكرة المصعد ولماذا هي مهمة؟

بكرة المصعد - وتسمى أيضًا الحزم في المصطلحات التقنية - هي عجلة محززة تمر فوقها حبال المصعد أو الأحزمة الفولاذية لنقل الحركة ودعم حمولة عربة المصعد وثقل الموازنة. يعتمد كل نظام مصعد جر على البكرات لإعادة توجيه حركة الحبل، ومضاعفة الميزة الميكانيكية، ونقل قوة الدفع من آلة الجر إلى السيارة. بدون تصميم وتصنيع وصيانة أحزمة المصعد بشكل صحيح، ستتآكل الحبال بسرعة، ولن تتمكن آلة الجر من تحريك السيارة بكفاءة، وسيزداد خطر انزلاق الحبل أو حدوث عطل ميكانيكي بشكل كبير.

يتم استخدام المصطلحين "بكرة المصعد" و"حزمة المصعد" بالتبادل في الصناعة، على الرغم من أن الحزم من الناحية الفنية تشير على وجه التحديد إلى بكرة محززة تستخدم مع حبل أو كابل. في هندسة المصاعد، يشير الحزم إلى العجلة المحززة نفسها، بينما تشير البكرة أحيانًا إلى التجميع الكامل بما في ذلك العمود والمحامل والإسكان. بغض النظر عن المصطلحات، تقع هذه المكونات في قلب النظام الميكانيكي لكل مصعد جر، وتحدد هندستها والمواد وملامح الأخدود وحالتها بشكل مباشر أداء المصعد وعمر الحبل وسلامة الركاب.

تتناول هذه المقالة كيفية عمل بكرات المصاعد، والأنواع المختلفة المستخدمة في أنظمة المصاعد، والمواد ومعايير التصنيع المعنية، وكيفية فحصها وصيانتها، وما الذي يجب البحث عنه عند تحديد الحزم البديلة. سواء كنت فني مصاعد، أو مدير مرافق بناء، أو مهندسًا يصمم تركيبًا جديدًا، فإن فهم بكرات المصعد بالتفصيل أمر أساسي للحفاظ على تشغيل أنظمة المصاعد بأمان وكفاءة.

كيف تعمل بكرات المصعد في نظام الجر

في مصعد الجر، تقوم آلة القيادة — وهي عبارة عن محرك كهربائي متصل بعلبة تروس أو محرك دفع مباشر بدون تروس — بتدوير بكرة الجر. يتم لف حبال الأسلاك الفولاذية أو الأحزمة الفولاذية المطلية فوق بكرة الجر، مع تعليق عربة المصعد من جانب وثقل الموازنة من الجانب الآخر. إن الاحتكاك بين الحبل وأخاديد حزمة الجر هو ما يدفع السيارة لأعلى ولأسفل - فالآلة لا تسحب الحبل مثل الونش؛ يمسك بها من خلال الجر. هذا التمييز الأساسي هو السبب في أن شكل الأخدود، ونسبة قطر الحبل إلى الحزم، ومواد الأخدود كلها لها تأثير مباشر على أداء النظام.

وبعيدًا عن بكرة الجر الرئيسية، يستخدم نظام المصعد الكامل عدة بكرات إضافية. تعمل الحزم المنحرفة على إعادة توجيه مسار الحبل من آلة الجر إلى السيارة أو ثقل الموازنة عندما لا يتم وضع الآلة مباشرة فوق الرافعة. تحافظ الحزم الوسيطة على شد الحبل والمحاذاة الصحيحة من خلال النظام. في المصاعد الهيدروليكية ذات الحبال وبعض أنظمة الجر، يتم ترتيب الحزم المتعددة في تكوين كتلة البكرة لتحقيق ميزة ميكانيكية - تتطلب ترتيبات الحبال 2:1 و4:1 المستخدمة في العديد من أنظمة المصاعد حزمًا منحرفة وخاملة لإكمال مسار الحبل. تساهم كل حزمة في النظام في إجهاد ثني الحبل، وبالتالي فإن عدد الحزم وأقطارها وزوايا الانحناء كلها تؤثر على عمر خدمة الحبال.

أنواع بكرات المصاعد وأدوارها المحددة

يستخدم تركيب المصعد الكامل عدة أنواع مختلفة من الحزم، كل منها مصمم لوظيفة محددة في نظام الحبال. إن فهم ما يفعله كل نوع ومكان تواجده يساعد في تشخيص المشكلات وتحديد البدائل الصحيحة.

إحزم الجر (إحزم المحرك)

إن حزام الجر هو عنصر القيادة الأساسي لنظام المصعد. يتم تركيبه مباشرة على عمود الإخراج لآلة الجر - إما من خلال علبة التروس أو مباشرة على عمود محرك بدون تروس - ويقوم دورانه بتشغيل عربة المصعد وثقل الموازنة من خلال احتكاك الحبل. حزم الجر هي البكرات الأكثر تحميلًا في النظام، وتخضع لكل من شد الحبل الكامل وإجهاد الانحناء الناتج عن ثني الحبال بشكل مستمر فوق سطح الحزم. يجب أن يتطابق شكل الأخدود الخاص بها بدقة مع قطر الحبل، ويجب أن توفر مادة الأخدود قوة جر كافية دون التسبب في تآكل الحبل بشكل مفرط. تتراوح أقطار أحزمة الجر من حوالي 320 ملم في المصاعد السكنية الصغيرة إلى أكثر من 800 ملم في الأنظمة التجارية عالية السرعة.

منحرف إحزم

يتم استخدام الحزم المنحرفة لإعادة توجيه مسار الحبل من آلة الجر إلى المحاذاة الرأسية الصحيحة فوق السيارة أو ثقل الموازنة عندما لا يتم وضع الماكينة مباشرة فوق خط مركز الرافعة. في منشآت المصاعد التي لا تحتوي على غرفة آلة (MRL)، حيث يتم تركيب آلة القيادة في الجزء العلوي من الرافعة بدلاً من وضعها في غرفة آلة مخصصة، تكون الحزم المنحرفة ذات أهمية خاصة لإنشاء هندسة الحبل الصحيحة. تُستخدم الحزم العاكسة أيضًا في تركيبات غرفة الماكينة العلوية حيث يتم إزاحة الماكينة من مركز الرافعة. إنها تحمل أحمالًا كبيرة من شد الحبل ويجب أن يكون حجمها ودعمها للتعامل مع هذه القوى دون انحراف أو اهتزاز.

إحزم السيارة و إحزم الثقل الموازن

في تكوينات الحبال بنسبة 2:1 - حيث ينتقل الحبل من نقطة ربط ثابتة، إلى الأسفل حول حزمة على إطار السيارة، ثم إلى الخلف إلى منحرف أو حزمة علوية، وإلى أسفل إلى ثقل الموازنة - يتم تثبيت بكرة السيارة وحزم ثقل الموازنة على إطار السيارة وإطار ثقل الموازنة على التوالي. تسمح هذه الحزم للسيارة والثقل الموازن بالتحرك بنصف سرعة الحبل لنظام 1:1، مما يقلل من سرعة الحبل المطلوبة ويسمح لآلة جر أصغر بتحريك نفس الحمولة. يجب أن يتم تصميم أحزمة السيارة مع خلوص مناسب للحبل داخل هيكل إطار السيارة، ويجب أن تتعامل محاملها مع الحمولة المعلقة الكاملة للسيارة بالإضافة إلى الحمولة المقسومة بين شلالات الحبل.

الحزم العلوية (الحزم الثانوية)

الحزم العلوية عبارة عن بكرات ثابتة مثبتة في الجزء العلوي من الرافعة أو في الهيكل العلوي لغرفة الآلة الذي يعيد توجيه الحبال بين بكرة الجر والسيارة أو حزمة الثقل الموازن في تكوينات حبال متعددة اللف أو معقدة. في أنظمة الحبال 4:1 المستخدمة في بعض مصاعد الشحن ذات السرعة المنخفضة وعالية السعة، تكمل الحزم العلوية المتعددة ترتيب كتلة البكرة. عادةً ما يكون قطر هذه الحزم أصغر من حزم الجر وهي مصممة في المقام الأول لإعادة توجيه مسار الحبل بدلاً من توفير الجر.

حفنة التعويض

في المباني الشاهقة حيث يصبح وزن الحبل مهمًا - عادةً في المباني التي يزيد ارتفاعها عن 30 مترًا - يتم تعليق حبال أو سلاسل التعويض أسفل السيارة وثقل الموازنة لموازنة وزن حبال الرفع أثناء تحرك السيارة. يتم تركيب حزمة التعويض في حفرة المصعد لتوجيه حبال التعويض والحفاظ على التوتر المناسب. يتم شد حزم التعويض عن طريق الجاذبية ويجب أن تكون حرة في التحرك عموديًا ضمن الحدود لاستيعاب استطالة الحبل وحركة الحبل الديناميكية أثناء التشغيل.

مقاطع أخدود المصعد وتأثيرها على حياة الحبال

ملف تعريف الأخدود لـ بكرة المصعد يعد أحد الجوانب الأكثر أهمية من الناحية الفنية لتصميم المصعد، حيث يؤثر بشكل مباشر على كل من أداء الجر ومعدل تآكل الحبل. يتم استخدام ثلاثة مقاطع أخدود رئيسية في حزم المصعد، يمثل كل منها مفاضلة مختلفة بين الجر وضغط الحبل وعمر كلال الحبل.

أخدود مستدير (أخدود على شكل حرف U)

يحتوي الأخدود المستدير على مقطع عرضي دائري بنصف قطر أكبر قليلاً من نصف قطر الحبل - عادةً ما يكون نصف قطر الأخدود 0.53-0.55 ضعف قطر الحبل. يتصل الحبل بالأخدود على شكل قوس كبير (حوالي 120-150 درجة)، ويوزع ضغط التلامس بالتساوي على مساحة واسعة. يؤدي ضغط التلامس المنخفض هذا إلى الحد الأدنى من تشوه الحبل والحد الأقصى من عمر إجهاد الحبل، مما يجعل الحزم ذات الأخدود الدائرية هي الخيار المفضل لجميع الحزم العاكسة، وحزم السيارة، والحزم العلوية حيث لا يتطلب الجر. إن الحد من الأخاديد المستديرة على حزم الجر هو أنها توفر قوة جر (احتكاك) أقل من الأخاديد السفلية، والتي قد تكون غير كافية للأنظمة ذات نسب ثقل الموازنة المنخفضة أو متطلبات التسارع العالية.

تقويض V-الأخدود

يجمع الأخدود السفلي بين الشكل V مع نصف قطر صغير في الأسفل. تضغط الجوانب المائلة للأخدود على الحبل، مما يولد تأثير إسفين يزيد بشكل كبير من القوة الطبيعية بين الحبل والأخدود - وبالتالي يزيد من قوة الجر المتاحة - مقارنة بالأخدود الدائري تحت نفس شد الحبل. عادةً ما يكون معامل الجر الذي يمكن تحقيقه باستخدام الأخدود السفلي أعلى بنسبة 50-80% من الأخدود الدائري ذي زاوية الأخدود المكافئة، وهذا هو السبب في أن الأخاديد السفلية هي الشكل القياسي لحزم الجر في معظم تركيبات المصاعد الحديثة. تتمثل المقايضة في زيادة ضغط التلامس على أسلاك الحبل عند حواف الأخدود، مما يؤدي إلى تسريع تآكل الحبل وتقليل عمر إجهاد الحبل. تتراوح زوايا الأخدود السفلي عادةً من 90 درجة إلى 105 درجة، مع وجود فتحات أعمق توفر قوة جر أعلى على حساب تدهور الحبل بشكل أسرع.

أخدود على شكل حرف V (V كامل)

يعمل الأخدود الكامل على شكل حرف V بدون قطع سفلي على توليد أقصى قدر من الجر من خلال حركة الإسفين الشديدة، ولكن على حساب ضغوط التلامس العالية جدًا التي تسبب تآكل الحبل السريع. نادرًا ما تُستخدم الأخاديد الكاملة على شكل حرف V في بكرات الجر الحديثة لمصاعد الركاب، ولكن يمكن العثور عليها في التركيبات القديمة أو في بعض تطبيقات مصاعد الشحن والخدمة. يؤدي أيضًا ضغط التلامس العالي من الحبل إلى الأخدود في الأخدود على شكل حرف V إلى تآكل سريع للأخدود بحد ذاته، مما يتطلب استبدال حزم الجر بشكل أكثر تكرارًا مقارنة بتصميمات الأخدود المقطوعة. في حالة وجود أخاديد على شكل حرف V كاملة في التركيبات الحالية، يجب تقييم حالتها بعناية أثناء عمليات فحص الصيانة.

المواد ومعايير التصنيع لبكرات المصاعد

يتم تصنيع أحزمة المصاعد من مواد مختارة لتوفير المزيج الصحيح من الصلابة والمتانة وقابلية التشغيل الآلي ومقاومة التآكل لدورها في النظام. ويلخص الجدول أدناه أهم المواد المستخدمة وخصائصها:

يجب أن تتوافق حزم المصاعد مع معايير السلامة ذات الصلة بما في ذلك EN 81-20 وEN 81-50 في أوروبا، وASME A17.1 في أمريكا الشمالية، وGB 7588 في الصين. تحدد هذه المعايير الحد الأدنى لنسب قطر الحزم إلى الحبل (عادةً D/d ≥ 40 لحزم الجر حيث D هو قطر خطوة الحزم وd هو قطر الحبل)، وتفاوتات ملف تعريف الأخدود، ومتطلبات الخواص الميكانيكية للمواد، ومعايير الفحص. يعد الامتثال لهذه المعايير أمرًا إلزاميًا للموافقة على نوع المصعد ويتم التحقق منه أثناء التصنيع وفحوصات السلامة الدورية.

نسبة D/d: لماذا يعد قطر الحزم بالنسبة لقطر الحبل أمرًا بالغ الأهمية

تعد نسبة قطر خطوة الحزم (D) إلى قطر الحبل (d) - المكتوبة عالميًا كـ D/d - واحدة من أهم المعلمات في تصميم حبل المصعد ونظام الحزم. في كل مرة ينحني فيها الحبل فوق الحزمة، يتم شد الأسلاك الخارجية للحبل بينما يتم ضغط الأسلاك الداخلية. كلما كانت الحزم أصغر بالنسبة للحبل، كلما كان إجهاد الانحناء أكثر خطورة، وكلما تراكم تلف التعب على الحبل بشكل أسرع. نسبة D/d تبلغ 40:1 - الحد الأدنى الذي تفرضه معايير سلامة المصاعد لحزم الجر - يعني أنه بالنسبة لحبل 13 مم، يبلغ الحد الأدنى لقطر خطوة الحزم 520 مم.

يؤدي استخدام نسب D/d أكبر إلى إطالة عمر الحبل بشكل كبير. تُظهر الأبحاث والبيانات الميدانية باستمرار أن زيادة D/d من 40 إلى 60 يمكن أن تزيد من مضاعفة عمر إجهاد الحبل في ظل التحميل المكافئ. أنظمة المصاعد عالية السرعة وعالية الدورة - مثل تلك الموجودة في المباني التجارية الشاهقة التي تقوم بمئات الرحلات يوميًا - غالبًا ما تحدد نسب D/d تبلغ 60-80 أو أعلى لتحقيق عمر خدمة مقبول للحبل بين البدائل. يجب الحفاظ على نسبة D/d لجميع الحزم في النظام، وليس فقط حزمة الجر، لأن إجهاد ثني الحبل تراكمي عبر كل حزمة يلامسها الحبل خلال كل دورة رحلة. يتم أحيانًا تحديد الحزم المنحرفة والحزم العلوية بأقطار أصغر من حزم الجر، ولكن يجب مراعاة مساهمتها في إجهاد الحبل في الحساب الإجمالي لعمر الحبل.

فحص بكرة المصعد: ما الذي يجب التحقق منه ومتى

يعد الفحص المنتظم لحزم المصعد عنصرًا إلزاميًا لصيانة المصعد وفقًا لجميع معايير السلامة الرئيسية. يخدم فحص الحزم غرضين: تحديد الحزم البالية أو التالفة قبل أن تتسبب في تلف الحبل أو فشل النظام، والتحقق من أن نظام الحزم يستمر في توفير الجر المناسب وعمر الحبل. يجب تضمين عناصر الفحص التالية في كل زيارة دورية لصيانة المصعد:

• قياس تآكل الأخدود: استخدم مقياس الأخدود (مقياس ملف تعريف go/no-go المطابق لملف تعريف الأخدود الاسمي) لقياس عمق وشكل كل أخدود. يجب إعادة تشكيل الأخاديد التي تآكلت بما يتجاوز قدرة الشركة المصنعة - عادةً ما تزيد عن 10-15٪ في نصف قطر الأخدود أو التسطيح المرئي للملف الجانبي السفلي - أو استبدال الحزم. تقلل الأخاديد البالية من الجر في حزم الجر وتزيد من ضغط تلامس الحبل في الحزم المنحرفة، مما يؤدي إلى تسريع تآكل الحبل.
• حالة سطح الأخدود: افحص أسطح الأخدود بحثًا عن التهديف أو التشقق أو الحفر أو التآكل. إن تسجيل النقاط - الأخاديد الطولية المقطوعة في أخدود الحزم بواسطة أسلاك الحبل المكسورة - يخلق تركيزات الضغط في الحبل ويسرع بشكل كبير من تدهور الحبل. يجب إعادة تشكيل أي حزمة ذات أخاديد مسجلة لاستعادة سطح الأخدود الناعم أو استبدالها إذا انخفض عمق الأخدود إلى أقل من الحد الأدنى بعد إعادة التشغيل.
• اتساق عمق الأخدود: قياس عمق الأخدود عبر جميع الأخاديد على حزمة متعددة الأخدود. تؤدي أعماق الأخدود غير المتساوية إلى توزيع غير متساوٍ للحمل عبر الحبال - فالأخدود الضحل يحمل أعلى حمل، بينما تحمل الحبال الموجودة في الأخاديد العميقة توترًا أقل. يؤدي عدم توازن الحمل هذا إلى تسريع تآكل الحبل المحمل بشكل زائد ويقلل من عامل أمان النظام بشكل عام. يجب إعادة تشكيل الأخاديد إذا تجاوز اختلاف العمق 0.5 مم بين الأخاديد الموجودة على نفس الحزمة.
• حالة تحمل: تحقق من محامل الحزم بحثًا عن الضوضاء أو الخشونة أو اللعب المفرط عن طريق تدوير الحزم يدويًا مع إزالة الحبال. تشير المحامل الخشنة أو الصاخبة أو السائبة إلى تعطل التشحيم أو تآكل المحامل ويجب استبدالها على الفور. تسمح محامل الحزم الفاشلة باختلال محاذاة الحزم مما يؤدي إلى تآكل الحبل المتسارع والتحميل غير الطبيعي على عمود الحزم وهيكل الدعم.
• محاذاة الحزم: تأكد من محاذاة الحزم بشكل صحيح مع مسار الحبل - الحزم التي تكون محاذاة بشكل غير صحيح تتسبب في مرور الحبل بزاوية عبر الأخدود، مما يولد قوى جانبية تؤدي إلى تآكل الحبل والأخدود بشكل غير متماثل ويمكن أن يتسبب في قفز الحبل في الأخدود بسرعات عالية. يتم التحقق من المحاذاة باستخدام أداة محاذاة الحافة المستقيمة أو الليزر عبر وجوه الحزم.
• حالة حارس الحزم: تحقق من أن جميع واقيات الحزم في مكانها، وغير تالفة، وفي وضعها الصحيح لمنع خروج الحبل عن مساره. تتطلب معايير السلامة وجود حراس على جميع حزم المصاعد للاحتفاظ بالحبل في الأخدود في حالة فقدان التوتر المفاجئ.

متى يتم استبدال حزام المصعد؟

إن تحديد موعد استبدال بكرة المصعد بدلاً من الاستمرار في تشغيلها أو إعادة تشكيل الأخاديد هو حكم يجب أن يوازن بين السلامة وعمر الحبل وتكلفة الصيانة. تتطلب الحالات التالية استبدال الحزم أو إعادة تشكيل الأخدود ويجب معاملتها كعناصر إجراء إلزامية عند تحديدها أثناء الفحص:

• تآكل الأخدود يفوق التسامح: عندما تظهر قياسات مقياس تآكل الأخدود أن الأخاديد قد تآكلت خارج نطاق التسامح المحدد من قبل الشركة المصنعة لنصف قطر الأخدود أو هندسة التقطيع، وعندما تبقى مادة كافية للسماح بإعادة التصنيع دون تقليل قاعدة الأخدود إلى أقل من الحد الأدنى لسمك الجدار، يجب إعادة تشكيل الأخاديد. إذا لم يتبق ما يكفي من المواد لإعادة التصنيع، فاستبدل الحزم.
• التكسير أو الكسر: أي شقوق مرئية في جسم الحزم أو المحور أو الحافة تتطلب استبدال الحزم على الفور. تنتشر الشقوق في حزم الحديد الزهر بسرعة تحت التحميل الدوري ويمكن أن تؤدي إلى كسر كارثي. لا تحاول إصلاح الحزم المتشققة باللحام أو بأي وسيلة أخرى.
• أخدود الحبل الذي لا يمكن تشكيله آليًا: إذا كان حز الأخدود عميقًا بدرجة كافية بحيث تؤدي إعادة المعالجة لإزالة علامات الحز إلى تقليل الأخدود إلى ما دون الحد الأدنى للعمق، فيجب الاستبدال.
• أضرار التآكل: قد يتطلب التآكل الكبير على أسطح الأخدود أو على جسم الحزم في البيئات ذات الرطوبة العالية أو التعرض للمواد الكيميائية أو الهواء المالح الساحلي الاستبدال عندما يؤدي عمق الحفر إلى الإضرار بالسلامة الهيكلية للحزم أو نعومة سطح تلامس الحبل.
• تحمل ارتداء السكن: إذا تم تآكل تجويف مبيت المحمل أو تلفه بحيث لا يمكن تثبيت المحمل الخارجي بشكل آمن، فيجب استبدال الحزم - إن محاولة استخدام محامل كبيرة الحجم أو مركبات إصلاح لاصقة في مبيت متهالك ليست ممارسة سلامة مقبولة في أنظمة المصاعد.

بكرات المصاعد في أنظمة MRL الحديثة والأنظمة عالية السرعة

قدمت تقنية المصاعد بدون غرفة آلة (MRL)، والتي أصبحت نوع التثبيت السائد للمباني منخفضة إلى متوسطة الارتفاع منذ أواخر التسعينيات فصاعدًا، تحديات وتكوينات جديدة لأنظمة حزم المصاعد. في تركيبات MRL، يتم تركيب آلة الجر داخل الرافعة - عادةً في الأعلى - ويجب إنشاء هندسة الحبل باستخدام الحزم العاكسة الموضوعة داخل المساحة الضيقة لهيكل الرافعة. وهذا يضع متطلبات أكبر بكثير على دقة تحديد موضع الحزم، وتصميم الدعم الهيكلي، وتخطيط الوصول إلى الصيانة مقارنة بتركيبات غرف الماكينات التقليدية. غالبًا ما يتم دمج الحزم العاكسة MRL في مجموعة لوحة قاعدة الماكينة أو يتم تركيبها على أقواس فولاذية مخصصة ملحومة أو مثبتة بهيكل الرافعة.

المصاعد عالية السرعة التي تخدم المباني الشاهقة — تلك التي تسير بسرعة 4 م/ث وما فوق — تفرض متطلبات شديدة على أداء أحزمة الجر. عند السرعات العالية، يزداد اهتزاز الحبل والتأثيرات الديناميكية الهوائية وقوى التأثير الديناميكي عند نقاط الدخول والخروج لحزمة الحبل بشكل كبير. حزم الجر عالية السرعة مصنوعة دائمًا من الفولاذ المطروق أو الحديد المرن عالي القوة، وهي متوازنة بدقة لتقليل الاهتزاز، ومزودة بمحامل عالية الدقة، ومصممة بملامح أخدود محسنة بعناية تقلل من إجهاد الحبل مع الحفاظ على الجر المناسب. أدى ظهور أنظمة الحزام الفولاذي المطلي المسطح (مثل Schindler's Multibelt وOtis' Gen2) لسرعات تصل إلى 4 م/ث إلى تقديم حزم مبطنة بالبولي يوريثين كبديل للحزم الحديدية المحززة، مما يوفر تشغيلًا أكثر هدوءًا وعمر خدمة أطول للحزام في التطبيقات متوسطة الارتفاع مع تبسيط تصنيع الحزم مقارنة بحزم الجر المحززة بدقة.