في المجالات الصناعية للمعادن والموانئ وتصنيع الآلات والرافعات الجسرية والجسرية، باعتبارها معدات أساسية لمناولة المواد، يؤثر التشغيل الآمن لها بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج وسلامة الأفراد. في السنوات الأخيرة، أصدرت الهيئة العامة لتنظيم السوق اللائحة الفنية لسلامة الرافعات تي إس جي 51-2023، والتي تنص بوضوح على ضرورة تزويد الرافعات الجسرية والجسرية بنوعين مختلفين من أجهزة تحديد الارتفاع. وقد حظيت هذه اللائحة باهتمام كبير من جانب الصناعة.
1. مخاطر السلامة والقيود الفنية لأنظمة الحد الواحد
1.1 تحليل حالات الحوادث النموذجية
في عام ٢٠٢٠، تعرضت رافعة جسرية تابعة لشركة فولاذ لعطل ناتج عن تآكل قضيب توصيل محدد المطرقة الثقيلة الميكانيكي، مما أدى إلى كسر حبل السلك بعد دفع الخطاف إلى الأعلى، متسببًا في خسائر اقتصادية مباشرة بلغت ٢.٨ مليون يوان. يُظهر تحقيق الحادث أن المعدة مزودة بجهاز حد ميكانيكي واحد فقط، وأن فترة صيانتها تتجاوز متطلبات المواصفات. تُمثل حالات مماثلة ٣٧٪ من حوادث الرافعات في السنوات الخمس الماضية، مما يُبرز ضعف نظام حماية واحد.
1.2 آلية فشل النظام الفردي
تتميز أجهزة التحديد الميكانيكية التقليدية بأنماط أعطال مثل أكسدة التلامس، وإجهاد الزنبرك، ومقاومة التشويش الميكانيكي، وتبلغ كفاءتها السنوية في تحمل الأعطال حوالي 1.5×10^-4. على الرغم من أن جهاز التحديد الإلكتروني يتميز بدقة أعلى، إلا أنه يواجه مشاكل مثل التداخل الكهرومغناطيسي (إيمي)، وانحراف المستشعر، وشيخوخة الخط. تشير الإحصائيات إلى أن الأجهزة الميكانيكية تُمثل 58% من أعطال النظام الواحد، بينما تُمثل الأجهزة الإلكترونية 42%، مما يُثبت أن أي تقنية بحد ذاتها تعاني من عيوب جوهرية.
2. مبدأ التكامل التقني للأنظمة المزدوجة التكرارية
2.1 الحل المركب الميكانيكي الإلكتروني
يعتمد الحل السائد حاليًا على مزيج من حدود ميكانيكية للمطرقة الثقيلة وحدود إلكترونية للمشفر الدوار. يقطع النظام الميكانيكي دائرة الطاقة مباشرةً عبر آلية الرافعة، وزمن الاستجابة أقل من 200 مللي ثانية؛ ويراقب النظام الإلكتروني الارتفاع آنيًا عبر وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة)، وتشكل الحماية المزدوجة آلية قطع صارم وحماية ناعمة. تُظهر التجارب أن هذا المزيج يُقلل من احتمالية تعطل النظام إلى 1.2×10^-8، ليصل إلى مستوى الأمان سيل 3. وهذا يُثير قلقًا بالغًا في هذا المجال.
3. النقاط الرئيسية لتكامل النظام وتنفيذ الهندسة
3.1 تصميم موضع التثبيت الأمثل
وفقًا للمعيار بريطانيا العظمى/T 3811-2008، يجب ضبط الحد الرئيسي على بُعد ≥100 مم من نقطة الحد العلوي، وفاصل الحد الثانوي على بُعد ≥50 مم. في المشاريع الفعلية، يُنصح باستخدام تصميم الحد الميكانيكي الأمامي دي دي اتش + الحد الإلكتروني الخلفي دي دي اتش لضمان توافق تسلسل التشغيل مع منطق السلامة "تحذير-تباطؤ-قطعاااااه.
3.2 تصميم منطق التحكم
(الشكل 1) يوضح حلقة تحكم نموذجية مزدوجة الحد: يُطلق النظام الإلكتروني إنذارًا مبكرًا ويُبطئ السرعة عند الوصول إلى القيمة المحددة البالغة 95%، بينما يقطع النظام الميكانيكي طاقة الرفع مباشرةً عند 100%. يعمل النظامان بشكل مستقل، وتُوصل الإشارات بمرحل الأمان عبر أسلاك صلبة لتجنب الأعطال الناتجة عن عطل في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة).
4. استراتيجية إدارة دورة الحياة الكاملة
4.1 نظام الصيانة الوقائية
وضع خطة صيانة تعتمد على نظام FMECA: تتحقق المكونات الميكانيكية من حرية الوصلة وحالة تلامسها شهريًا؛ وتتحقق الأنظمة الإلكترونية من انحراف نقطة الصفر واستقرار الإشارة كل ثلاثة أشهر. بعد تطبيق مجموعة موانئ للنظام، ارتفع متوسط وقت الأعطال (متوسط الوقت بين الأعطال) لنظام الحد الأقصى من 1200 ساعة إلى 4500 ساعة.
4.2 مسار الترقية الذكي
تم إدخال تقنية مراقبة إنترنت الأشياء لمراقبة حالة المكونات الميكانيكية من خلال مستشعرات الاهتزاز، بينما تتتبع مستشعرات درجة الحرارة ظروف عمل المكونات الإلكترونية. يُمكّن تحليل البيانات الضخمة من التنبؤ بـ 85% من الأعطال المحتملة قبل 14 يومًا، مما يُمكّن من الانتقال من الصيانة الدورية إلى الصيانة التنبؤية.
5. الفوائد الاقتصادية والقيمة الاجتماعية
يزيد الاستثمار الأولي لنظام الحد المزدوج بنحو 15%، ولكنه يُقلل من معدل الحوادث بنسبة 92%. فإذا أخذنا رافعة الجسر التي يبلغ وزنها 50 طنًا كمثال، فإن الخسائر الاقتصادية التي يُمكن تجنبها طوال دورة حياتها تُعادل 2.3 ضعف قيمة المعدات. والأهم من ذلك، ساهم هذا النظام في تعزيز التطور التكنولوجي لصناعة الرافعات في الصين، مما جعل أداء السلامة للمعدات المحلية يُلبي متطلبات معيار الاتحاد الأوروبي EN13001.
