كيفية اختيار بكرات الكابلات؟

تكنولوجيا عملاقة | أخبار الصناعة | 22 أبريل 2025

1. مقدمة

بكرات الكابلات هي أجهزة لف الكابلات التي توفر الطاقة أو طاقة التحكم أو إشارات التحكم للمعدات المتنقلة الكبيرة. وهي تُستخدم على نطاق واسع في العديد من المعدات المتنقلة في مجالات الموانئ والأرصفة ومشاريع الري وصناعة الصلب، مثل الرافعات الجسرية والرافعات البرجية والرافعات البوابية ورافعات الأرصفة وآلات مناولة المواد السائبة (مثل رافعات التكديس ذات العجلات الدلوية ورافعات السدود الجسرية وعربات النقل الكهربائية المسطحة وأنظمة الإضاءة والصوت للمسارح، وغيرها.

2. شكل المنتج

وفقًا لشكل الطاقة، يمكن تقسيمها إلى: النوع اليدوي، ونوع الثقل الموازن، والنوع المرن، ونوع محرك العزم، ونوع التخلف المغناطيسي، ونوع نقل التردد المتغير، ونوع الاقتران الهيدروليكي، ونوع الاقتران المغناطيسي.
وفقًا لمواد اللف المختلفة، يمكن تقسيمها إلى: بكرة كابل، بكرة خرطوم (وسيط النقل هو غاز أو سائل)، بكرة كابل ضوئي.
تنقسم بكرات الكابلات إلى بكرات محورية أحادية الصف وبكرات محورية متعددة الصفوف وفقًا لترتيب الكابلات.
تنقسم بكرات الكابلات إلى نوعين حسب موضع حلقة الانزلاق المجمعة: النوع ذو حلقة الانزلاق الداخلية والنوع ذو حلقة الانزلاق الخارجية.

3. مبادئ التصميم

3.1 مواصفات وأنواع الكابلات

1) القطر الخارجي للكابل، والذي يؤثر بشكل مباشر على الحجم المحوري للبكرة.
2) شكل الكابل، كابل دائري أو مسطح. لا يمكن لف الكابل المسطح إلا في صف واحد.
3) يؤثر وزن وحدة الكابل (كجم/م) وطوله على متطلبات الطاقة للبكرة. فكلما زاد وزن الوحدة وطولها، زادت متطلبات الطاقة للبكرة.
4) يؤثر نصف قطر انحناء الكابل على الحد الأدنى لقطر البكرة. فعندما يكون قطر البكرة أصغر من نصف قطر انحناء الكابل، سيتعرض الكابل للتلف.
5) يؤثر عدد أسلاك الكابل على عدد حلقات الانزلاق المجمعة.
6) يؤثر الجهد والتيار على عزل وحجم حلقة الانزلاق للمجمع. لا يمكن استخدام النوع المرن إلا مع المعدات التي يقل جهدها عن 500 فولت.

3.2. طول اللف

يؤثر ذلك على الحجم القطري ومتطلبات الطاقة للبكرة. فكلما زاد الطول، زادت متطلبات الطاقة.

3.3. سرعة حركة المعدات

يؤثر ذلك على قدرة المحرك ونسبة نقل الطاقة لبكرة الكابل الكهربائي. عند تجاوز سرعة حركة الجهاز 60 مترًا/دقيقة، يجب اختيار نوع التحكم بتردد متغير.

3.4. ارتفاع تركيب المعدات

كلما زاد ارتفاع التركيب، زاد الطلب على الطاقة.

3.5. طريقة اللف

 

صورة لطريقة اللف

3.6. عوامل أخرى

1) مادة البكرة: فولاذ كربوني، فولاذ مقاوم للصدأ 304، فولاذ مقاوم للصدأ 316.
2) مستوى الحماية: IP55، IP56، IP65
3) موجه الكابل: هل هناك حاجة إلى موجه، وهل يحتاج الموجه إلى وظيفة حماية من الشد؟
4) موجه الكابلات: ما إذا كان هناك حاجة إلى موجه كابلات
5) طريقة تزويد الطاقة: تزويد الطاقة من نقطة المنتصف/نقطة النهاية، إلخ.

 

مخطط تركيب إطار التوجيه

4. نطاق استخدام بكرات الكابلات المختلفة

4.1. بكرة كابل الثقل الموازن

هو جهاز ميكانيكي يقوم بلف الكابل تلقائيًا باستخدام مبدأ تخزين الطاقة عند رفع الثقل. عند سحب الكابل، تدور بكرة الكابل، مما يدفع بكرة سلك الحبل المتصلة بها محوريًا إلى الدوران، وبالتالي رفع الثقل وتخزين طاقة الوضع. عند لف الكابل، يسقط الثقل لتحرير طاقة الوضع. تحت تأثير شد سلك الحبل، تدور بكرة الكابل المتصلة بها محوريًا وتلف الكابل بشكل متزامن.
المزايا: هيكل بسيط، أداء مستقر وموثوق، سهولة التركيب والصيانة، وعمر خدمة طويل.
العيوب: حجم كبير، محدودية في السفر، إذا تطلب الأمر سفراً طويلاً، فيجب ترك مساحة كافية للتركيب.
نطاق التطبيق: رافعات جسرية ذات مسافة حركة قصيرة لكابلات كبيرة الحجم تزيد مساحتها عن 35 مم²، وعربات نقل المغارف، وعربات نقل الحديد المصهور، وعربات نقل الخبث في ورش صناعة الصلب، وغيرها من المعدات. هذه المعدات مناسبة لتثبيت الكابلات في نقاط النهاية والمنتصف.

4.2. بكرة كابل زنبركية

هو جهاز ميكانيكي يقوم بلف الكابل تلقائيًا باستخدام مبدأ تخزين الطاقة عن طريق تحرير زنبرك بكرة الكابل. عند سحب الكابل، تدور البكرة لشد الزنبرك الحلزوني وتخزين الطاقة؛ وعندما تعود البكرة إلى وضعها الأصلي، تقوم بلف الكابل تلقائيًا.
المزايا: أداء تزامن جيد، شد منخفض للكابل، سعر منخفض.
العيوب: نظراً للعمر المحدود للزنبرك نفسه، فإن العمر الافتراضي لهذا النوع من البكرات قصير نسبياً ومحدود بحجم الشوط.
نطاق الاستخدام: لفّ الكابلات أفقيًا ورأسيًا، بما في ذلك كابلات الطاقة وكابلات التحكم التي تقل مساحتها عن 35 مم²، مثل الرافعات الكهرومغناطيسية المزودة بأكواب شفط، والرافعات الشوكية، والعربات المسطحة الكهربائية، وغيرها من المعدات في ظروف عمل مماثلة. هذه الأجهزة مناسبة لتثبيت الكابلات في نقاط النهاية والمنتصف.

4.3. بكرة كابل التوصيل المغناطيسي

تعتمد التقنية الأساسية على استخدام وصلة مغناطيسية دائمة كآلية تفاضلية متزامنة. تتم عملية لف الكابل عن طريق تحريك البكرة بواسطة الطاقة، مما يؤدي إلى لف الكابل عبر الوصلة المغناطيسية الدائمة. تنزلق الوصلة والبكرة باستمرار بشكل تفاضلي لضمان تطابق سرعة لف الكابل مع سرعة حركة الجهاز. من خلال ضبط عزم دوران الخرج للوصلة المغناطيسية الدائمة، يمكن تعديل شد الكابل ضمن نطاق محدد. تتم عملية تحرير الكابل عبر جهاز قابض أحادي الاتجاه، حيث لا تنتقل الطاقة إلى الوصلة أو البكرة. تحت تأثير شد الكابل، تتغلب البكرة على التخلف المغناطيسي لجهاز تحرير الكابل، فتقوم بتحرير الكابل بشكل متزامن.
المزايا: تقنية متطورة وأداء عالي التكلفة. يتميز أداء التزامن بين البكرة والمعدات المتحركة بالثبات والموثوقية. تُستخدم تقنية المغناطيس الدائم في المرحلة النهائية من نظام النقل، مما يضمن سرعة منخفضة وعدم ارتفاع درجة الحرارة؛ وعند لف الكابل وإطلاقه، يمكن تعديل شد الكابل لحمايته.
العيوب: ضوضاء عالية.
نطاق الاستخدام: الكابلات ذات المواصفات الأقل من 35 مم²، مثل عربات النقل الكهربائية المسطحة، والعربات اليدوية، والرافعات البرجية، والرافعات الجسرية، والرافعات المتحركة، وآلات التكديس والاستصلاح، وغيرها من المعدات وظروف العمل المماثلة. مناسب لتثبيت الكابلات في نقاط النهاية والمنتصف.

4.4. بكرة كابل محسّنة بتقنية الاقتران المغناطيسي

مبدأ عمل بكرة الكابل هذه هو نفسه المذكور أعلاه. يمكن اختيار محرك القرص أو محرك الفرامل حسب احتياجات المستخدم. أما طريقة التحكم الكهربائي للبكرة فتعتمد على تشغيل محرك لف الكابل وإيقاف محرك تحرير الكابل.
المزايا: هيكل أكثر إحكاما، حجم صغير، وزن خفيف، سهولة التركيب.
العيوب: ضوضاء عالية.

4.5. بكرة كابل محرك عزم الدوران طويل الأمد

يستخدم هذا الجهاز محرك عزم دوران يتميز بخاصية التوقف طويل الأمد وتنظيم السرعة الذاتي كمصدر للطاقة. تنخفض سرعة خرج المحرك تلقائيًا مع زيادة الحمل الخارجي، ويتم ضبط سرعة بكرة الكابل تلقائيًا لتتوافق مع سرعة حركة الجهاز. عند تحرير الكابل، وتحت تأثير شد الكابل، يتم التغلب على عزم دوران محرك التوقف لتحرير الكابل بشكل متزامن. عند إيقاف التشغيل، يتم استخدام فرامل قرص محرك عزم الدوران لقفل الكابل لضمان عدم انزلاقه.
المزايا: المحرك يعمل باستمرار، والتحكم الإلكتروني بسيط، ويمكن تقليل معدل الأعطال، ونطاق لف الكابل كبير، والمسافة المقطوعة طويلة.
العيوب: عند تحرير الكابل، من الضروري التغلب على مقاومة عزم دوران توقف المحرك، ويجب استخدام الكابلات الصغيرة بحذر.
نطاق التطبيق: الكابلات كبيرة الحجم مثل كابلات الرافعات الشوكية، وكابلات عمال الجسور، وكابلات الرافعات الجسرية، والمعدات المتنقلة التي تعمل على مسافات طويلة. هذه الأجهزة مناسبة لتثبيت الكابلات في نقاط النهاية ونقاط المنتصف.

4.6. بكرة كابل التخلف المغناطيسي

يُشكّل قرص مصنوع من الفولاذ المغناطيسي الدائم مجالًا مغناطيسيًا متعدد الأقطاب متناوبًا. ويوجد قرص حث قوي مقابل هذا القرص. عندما يُدير المحرك قرص الحث بسرعة عالية، يدور القرص المغناطيسي بدوره عبر اقتران مغناطيسي. وعندما يحدث انزلاق في سرعة القرصين، يقوم القرص المغناطيسي متعدد الأقطاب بمغنطة قرص الحث المقابل بالتناوب، مما يُولّد عزم دوران (أي "اقتران مغناطيسي") يُقاوم هذا الانزلاق ويُحرّك (أو يُبطئ) القرص المغناطيسي للدوران. يُحرّك المحرك بكرة الكابل لنقل الطاقة إلى اقتران التخلف المغناطيسي، وبعد التباطؤ، ينتقل عزم الدوران المُضخّم إلى بكرة الكابل. أثناء عمل بكرة الكابل، يدور المحرك دائمًا في اتجاه لف الكابل. وعندما تبتعد معدات الرفع عن مصدر الطاقة، يسحب الكابل البكرة لعكس اتجاهها، مما يؤدي إلى انزلاق البكرتين وتحرير الكابل من البكرة. يضمن عزم المجال المغناطيسي لوصلة التخلف المغناطيسي بقاء الكابل مشدودًا أثناء عملية تحريره. وعند عودة معدات الرفع، يزول شد الكابل عن البكرة، وتدور بكرة الكابل في اتجاه اللف لإتمام عملية لف الكابل.
تتميز هذه الآلة بهيكلها المدمج، وسهولة تركيبها وصيانتها، وإمكانية تعديل عزم الدوران الناتج وفقًا لظروف التشغيل الفعلية، ووظيفة الكبح الذاتي الفعّالة، مما يُغني عن تركيب المكابح، بالإضافة إلى التشغيل الموثوق لبكرة الكابل. يتميز نظام التحكم فيها بالبساطة، حيث يمكن ربطه بنظام التحكم الأمامي والخلفي للمعدات. طالما أن المعدات قيد التشغيل، سيستمر محرك البكرة في العمل دون تغيير في تسلسل الأطوار. أثناء تشغيل بكرة الكابل، يُمكن لوصلة التخلف المغناطيسي ضبط السرعة وفقًا لسرعة تشغيل المعدات الرئيسية، بحيث تتزامن سرعة سحب الكابل وإطلاقه في بكرة الكابل مع سرعة تشغيل المعدات الرئيسية.
يتمثل عيبها في أنه في حالة سعة الكابل الكبيرة وارتفاع تركيب المضيف، من أجل تقليل ارتفاع درجة حرارة الدوار وزيادة عمر خدمة الدوار، من الضروري اعتماد مفهوم تصميم عزم الدوران الصغير متعدد الرؤوس، وهو أمر مكلف نسبيًا.
وهو مناسب للآلات والمعدات المتنقلة الثقيلة مثل رافعات الموانئ، ورافعات الحاويات، ورافعات تحميل السفن، ورافعات الأبراج، وما إلى ذلك. هذه المعدات مناسبة لنقاط تثبيت الكابلات الطرفية والوسطى.

4.7. بكرة كابل متغيرة التردد

المحرك ذو التردد المتغير هو هيكل تركيب من نوع B5، متصل مباشرةً بطرف إدخال المخفض. يتصل أحد طرفي عمود خرج المخفض ببكرة الكابل عبر وصلة مفتاح، بينما يتصل الطرف الآخر بحلقة الانزلاق الكهربائية في صندوق التجميع. يُثبّت كل من المخفض وصندوق نقل حلقة التجميع أعلى القاعدة. خزانة التحكم في العاكس مستقلة عن بكرة الكابل، ويمكن اختيار موضع التركيب المناسب وفقًا للظروف الفعلية. في ظل نظام التحكم المتجهي ذي الحلقة المغلقة (مع التحكم المتجهي بواسطة مستشعر السرعة)، يختار العاكس وضع التحكم في عزم الدوران ذي الحلقة المفتوحة، ويحسب قطر بكرة الكابل الفعلي من خلال تكامل السماكة للتحكم بدقة في عزم خرج المحرك، مما يضمن عدم تسبب تغيرات قطر البكرة في حدوث تغيرات في شد الكابل أثناء لفه عليها، أي أن شد الكابل يبقى ثابتًا. تتميز بكرة الكابل بالمزايا التالية:
(1) أثناء عملية لف الكابل وفكه، بغض النظر عن مكان تشغيل المعدات على المسار، فإن الشد المؤثر عليها يكون ثابتًا دائمًا، ويمكن تعديل شد الكابل بشكل تعسفي من خلال إدخال معلمات العاكس وتشغيل مقبض لوحة صندوق التحكم، مما يزيد من حماية الكابل ويطيل عمره الافتراضي بشكل كبير.

(2) يمكن للبكرة الاستجابة بسرعة للتغيرات في سرعة تشغيل المعدات ويمكن مزامنتها معها. أداؤها دقيق وحساس.
(3) يتجاوز هذا التصميم قيود تصميم بكرات الكابلات التقليدية، مثل بكرات التخلف المغناطيسي وبكرات محركات العزم. فهو لا يتقيد بالمواصفات الاستثنائية للكابلات، أو طول اللف، أو سرعة المعدات، أو ارتفاع التركيب. ويمكن تشغيل بكرة الكابلات في أي ظروف تشغيل معقدة بواسطة محرك متغير التردد بقدرات مختلفة.
(4) يتمتع بقدرة عالية على التكيف ويمكنه العمل بشكل مستمر تحت ضغط عالٍ طوال اليوم.
(5) يتم ربط البكرة والمعدات لحماية التشغيل، مما يمنع بشكل فعال وقوع حوادث مثل انقطاع الكابل.
(6) يتم التحكم في محرك البكرة وحمايته بدقة بواسطة محول التردد، مما يمكن أن يطيل عمره الافتراضي.
(7) يمكن لبكرة الكابلات المزودة بمحرك تحكم متغير التردد تغيير تردد تشغيل محرك البكرة تلقائيًا وفقًا للشد المضبوط وسرعة تشغيل الجهاز الرئيسي (العربة)، وتعمل بشكل طبيعي عند أي سرعة من 0 إلى n (حيث n هي السرعة غير المتزامنة). عند إيقاف تشغيل الجهاز الرئيسي، يقوم مكبح محرك بكرة الكابلات متغير التردد بكبح البكرة لضمان عدم انزلاق الكابل.
المزايا: القدرة على التحكم بدقة في القوة، وحماية الكابل بشكل أفضل، وإطالة عمر الكابل.
العيوب: السعر هو الأعلى بين المنتجات المماثلة
نطاق التطبيق: رافعات الموانئ الجسرية، ورافعات الحاويات، ورافعات تحميل السفن، ورافعات الأبراج، وغيرها من الآلات والمعدات الثقيلة المتنقلة.