اختبار عزم الكبح الصناعي: الاختلافات بين اختبارات الحمل الثابتة والاختبارات الديناميكية

“عزم الدوران للفرامل” يبدو كرقم واحد على ورقة البيانات، لكنه في الآلات الحقيقية يتصرف بشكل مختلف عند الصفر سرعة مقابل ظروف الدوران. لهذا، تحدث العديد من النزاعات حول الفرامل بعد التشغيل: يمر الفرامل اختبار احتجاز ثابت، ومع ذلك، يشعر التوقف الديناميكي بأنه ضعيف (أو قاسٍ)، أو يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة، أو يظهر تكرارًا غير متسق.

يشرح هذا المقال طريقتين عمليتين لقياس عزم الفرامل الصناعية — اختبار عزم الحمل الثابت و اختبار الفرامل الديناميكي — ولماذا غالبًا ما تختلف نتائجهما. عند الحاجة إلى أمثلة على المنتجات، نشير إلى عائلات فرامل الرافعات والصناعات الثقيلة الشائعة مثل فرامل الأسطوانة الهيدروليكية الكهربائية YWZ13 و فرامل الأقراص الآمنة من حيث الفشل SH .

[محدد صورة] صورة: منصة اختبار العزم تظهر الفرامل، العمود، التوصيل، المشفر، وجهاز تسجيل البيانات.

ما هو “عزم الدوران” الذي تحاول إثباته؟

قبل اختيار طريقة، حدد العزم الذي تحتاج إلى التحقق منه. في الكبح الصناعي، هذه ليست قابلة للتبادل:

• عزم الاحتجاز الثابت: عزم الدوران الذي يمكن للفرامل الاحتفاظ به عند الصفر بدون انزلاق (حاسم للرافعات، مواقف السيارات، أحمال الرياح).
• عزم الانفصال: أقصى عزم دوران عند بداية حركة النظام المقفلة (غالبًا أعلى من احتكاك الانزلاق الثابت).
• عزم الكبح الديناميكي: عزم الدوران أثناء الدوران أثناء التباطؤ (ما يحدد زمن التوقف والحرارة).
• احتجاز عزم الدوران عند الحرارة العالية: عزم الدوران عند درجة حرارة مرتفعة بعد التوقفات المتكررة (مؤشر التلاشي/الاتساق).

اختبار ثابت ممتاز لإثبات الاحتجاز. اختبار ديناميكي ضروري لتحديد التوقف و السلوك الحراري. العديد من المشاريع تحتاج إلى كلاهما.

اختبار عزم الدوران الثابت (أوزان ميتة / ذراع الرافعة): ما يقيسه بشكل جيد

يقيس اختبار الحمل الثابت العزم عند الصفر سرعة عن طريق تطبيق عزم خارجي على عمود الفرامل حتى ينزلق (أو حتى تصل إلى عزم اختبار محدد). يُستخدم على نطاق واسع لقبول المصنع وفحوصات الصيانة لأنه بسيط، آمن، وقابل للتكرار — إذا تم إعداده بشكل صحيح.

أكثر الإعدادات شيوعًا تستخدم ذراع رافعة بطول معروف وقوة معروفة (أوزان ميتة أو جهاز قياس الحمل). العلاقة الأساسية هي:

حيث:

• T = عزم الدوران (نيوتن متر)
• F = القوة المطبقة (نيوتن)
• L = ذراع الرافعة الفعّال (م)، يقاس عمودياً على اتجاه القوة

مثال رقمي (حساب نموذجي من ورشة العمل)

إذا كانت ذراع الرافعة الخاصة بك 0.80 م ويقرأ جهاز قياس الحمل الخاص بك 1.20 كيلو نيوتن (1200 نيوتن)، فإن عزم الدوران المطبق هو 960 نيوتن·متر.

[محدد صورة] مخطط: هندسة ذراع الرافعة يوضح “الطول الفعّال” (المسافة العمودية) وخطأ جيب التمام.

إجراء اختبار ثابت (قائمة تحقق عملية)

• السيطرة على الاتجاه: بالنسبة لبعض فرامل الأسطوانة/الكتلة، يمكن أن يختلف عزم الدوران حسب اتجاه الدوران بسبب الهندسة. سجل الاتجاه.
• حدد معايير الانزلاق: مثلاً، “يدور العمود ≥ 1°” أو “يحدث دوران مستمر.” بدون تعريف واضح، تختلف النتائج حسب المشغل.
• كرر 3–5 مرات: سجل الحد الأدنى/المتوسط/الأقصى. إذا كانت التكرارية ضعيفة، فافحص حالة البطانات، التلوث، أو التثبيت الميكانيكي.
• حدد درجة الحرارة: قد يختلف عزم الدوران الثابت البارد عن عزم الدوران الثابت الساخن بعد تسلسل التوقف.
• الامتثال للإغلاق: إزالة التوصيلات المطاطية أو التركيبات الفضفاضة التي “تلف” وتطلق الطاقة فجأة.

ما قد تفوته الاختبارات الثابتة

اختبار عزم الدوران الثابت لا يلتقط بشكل كامل التأثيرات الديناميكية: يتغير معامل الاحتكاك مع السرعة، وسلوك التفاعل مهم، وتوليد الحرارة مهم، ووقت العزم مهم. يمكن أن يبالغ أيضًا في تقدير الأداء الحقيقي للتوقف إذا كان احتكاك الانفصال عاليًا لكن احتكاك الانزلاق أقل.

اختبار عزم الدوران الديناميكي: كيف يُقاس عزم التوقف أثناء الدوران

يقيس اختبار العزم الديناميكي الكبح أثناء الدوران. هناك منهجان عمليان:

• القياس المباشر لعزم الدوران باستخدام محول عزم دوران داخلي (الأفضل إذا كان متوفرًا).
• طريقة تباطؤ العزم الناتج عن العطالة باستخدام بيانات السرعة-الزمن والعزم المعرف (شائع جدًا لأجهزة قياس عزم الفرامل)

الطريقة أ: محول عزم الدوران (مباشر)

يُسجل هذا النهج منحنى عزم الدوران أثناء التوقف. مثالي عندما تريد تقييم سلاسة التفاعل، عزم الذروة، وتوقيت التحكم (خصوصًا على الرافعات التي تعمل بمحركات VFD). معدلات العينة النموذجية هي 200–1000 هرتز للحصول على منحنيات نظيفة.

القنوات الموصى بها لتسجيل (على الأقل): عزم الدوران، السرعة (المشفر)، إشارة أمر الفرامل، تأكيد فتح الفرامل (إن وجد)، ودرجة الحرارة بالقرب من واجهة الاحتكاك. بدون هذه، من الصعب الدفاع عن استنتاجات “جيد/سيء”.

الطريقة ب: تباطؤ العزم بواسطة التسارع (السرعة-الزمن)

إذا كنت تعرف العزم المعادل الكلي J عند عمود الفرامل وتقيس التسارع الزاوي α، يمكنك تقدير عزم الكبح المتوسط:

ويمكن حساب التسارع الزاوي من تغير السرعة مع الزمن:

مثال رقمي (واقعي لأجهزة الاختبار الصناعية)

افترض عزم دوران اختبار بقيمة J = 25 كجم·م². يُطبق على الفرامل عند 600 دورة في الدقيقة (ω ≈ 62.83 راديان/ثانية) ويتوقف في 3.0 ثوانٍ. إذن، α ≈ 62.83 / 3.0 ≈ 20.94 راديان/ث²، لذا فإن عزم الكبح المتوسط حوالي 523 نيوتن·متر.

إذا كنت تريد أيضًا تقدير الطاقة التي يتحول إليها الفرامل إلى حرارة لكل توقف (مفيد لربط اختبار العزم مع اختبار ارتفاع درجة الحرارة)، يمكنك حساب:

مع الأرقام أعلاه، توقف ≈ 0.5 × 25 × 62.83² ≈ 49 كيلو جول لكل توقف.

[محدد صورة] مخطط: منحنى السرعة مقابل الزمن للتوقف، مع إبراز “تأخير الفرامل” و “نافذة التباطؤ الفعّالة.”

مهم: التسارع الناتج عن العزم يعطيك “عزم النظام” المطلوب للتباطؤ. إذا كانت هناك خسائر كبيرة في المحامل، أو خسائر في علبة التروس، أو عزم حمل هوائي، يجب تحديدها (باختبار التوقف بدون فرامل) وتصحيح النتيجة إذا كنت بحاجة إلى دقة عالية.

لماذا تختلف نتائج عزم الدوران الثابت والديناميكي (ولماذا هذا طبيعي)

إذا لم يتطابق نتيجة عزم الدوران الثابت مع نتيجة عزم الدوران الديناميكي، فليس بالضرورة أن يكون خطأ في الاختبار. هناك ثلاثة تأثيرات حقيقية تفسر الفرق:

1) احتكاك الانفصال مقابل احتكاك الانزلاق

عند سرعة صفر، غالبًا ما تظهر الاحتكاكات قيمة “الانفصال” الأعلى قبل بدء الحركة. أثناء الدوران، عادةً ما يختلف معامل الاحتكاك (غالبًا يكون أقل). لذلك، يمكن أن تبدو الاختبارات الثابتة “قوية”، بينما يكون الإيقاف الديناميكي أضعف أو أكثر خشونة، ويؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة، أو يظهر تكرارًا غير متسق. لهذا السبب، تعتبر الاختبارات الديناميكية ضرورية للتحقق من زمن التوقف.

2) درجة الحرارة والتلاشي خلال تسلسل التوقف

الاختبارات الديناميكية تولد حرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة، يمكن أن تتغير سلوكيات مواد الاحتكاك. يمكن أن يمرر الفرامل عزم دوران بارد ويخسر 10-20% من العزم عند درجة حرارة مرتفعة اعتمادًا على مادة البطانات، دورة العمل، وتدفق الهواء. إذا كانت تطبيقاتك عالية التردد (رحلات الرافعات، التقدم التدريجي للرافعة)، فإن احتفاظ عزم الدوران عند الحرارة مهم.

3) تأثيرات الهندسة (خصوصًا على فرامل الأسطوانة/الكتلة)

بعض هندسة فرامل الأسطوانة/الكتلة يمكن أن تظهر سلوكًا يعتمد على الاتجاه (ميول التمكين الذاتي). هذا يعني أن عزم الدوران يمكن أن يختلف اعتمادًا على الاتجاه الذي يحاول فيه عجلة الفرامل الدوران. يجب أن يحدد الاختبار المصمم جيدًا اتجاه العزم، وعند الضرورة، يحقق كلا الاتجاهين — وهذا عملي بشكل خاص لرحلات الرافعات ومحركات النقل المحددة.

مصفوفة اختبار عملية (ما تحتاجه العديد من المصانع والمشاريع فعليًا)

إذا كنت تريد بيانات عزم مفيدة للهندسة و للعملاء، اختبر الظروف الباردة والحارة وادمج الفحوصات الثابتة الديناميكية.

[رابط داخلي] تحميل: ورقة اختبار عزم الدوران (ثابتة وديناميكية) قائمة التحقق من تسجيل البيانات.

ملاحظات مركزة على المنتج: كيف تنطبق هذه الاختبارات على أنواع الفرامل الشائعة

فرامل الأسطوانة (الكتلة) الكهربائية الهيدروليكية YWZ13

بالنسبة لفرامل الأسطوانة الكهربائية الهيدروليكية من نوع YWZ13، فإن اختبار ثابت مفيد لتأكيد عزم الاحتجاز والكشف عن المشكلات الميكانيكية (مثل عدم ضبط الفجوة، التثبيت غير الصحيح، تلامس غير متساوٍ للبطانات). لكن للسلوك الحقيقي للتوقف — خاصة على آليات سفر الرافعات — يكشف الاختبار الديناميكي عما لا يمكن أن يكشفه الاختبار الثابت: سلاسة التفاعل، تكرار زمن التوقف، والانحراف الحراري.

توصية عملية: أدرج اتجاهي عزم الدوران في خطة اختبارك الثابتة وسجل إعداد مسافة الحذاء قبل/بعد دورة الحرارة. إذا تغير عزم الدوران بشكل كبير بعد التسخين، فافحص السحب أو هندسة الربط بدلاً من افتراض “جودة البطانات” أولاً.

[رابط داخلي] سلسلة YWZ13 من مكابح الأسطوانة الكهربائية الهيدروليكية

فرامل الأقراص الهيدروليكية الآمنة من حيث الفشل

فرامل الأقراص الآمنة من حيث الفشل غالبًا ما تُختار للاحتجاز الحرج من حيث السلامة (رافعات، رياح، بكرات). هنا، العزم الثابت غير قابل للتفاوض — لكن الاختبارات الديناميكية لا تزال مهمة إذا كان من المتوقع أن تؤدي الفرامل إلى توقفات طارئة. خطة جيدة مجتمعة هي: احتجاز ثابت بارد → توقفات تهيئة حرارية → احتجاز ثابت ساخن (فحص الزحف) → التحقق من التوقف الطارئ (إذا كانت التطبيق يتطلب ذلك وكانت الفرامل مصنفة لذلك).

سجل أيضًا ضغط الهيدروليك وسلوك الإطلاق. يمكن أن يمر الفرامل اختبار العزم ولكن يفشل في التشغيل الحقيقي إذا كان الإطلاق غير كامل (سحب)، مما يخلق حرارة تقلل من العزم مع مرور الوقت.

[رابط داخلي] مكابح الأقراص الهيدروليكية من سلسلة SH ذات نظام الأمان الفاشل

الفرامل الكهرومغناطيسية (فرامل المحرك / الوحدات المدمجة)

قد تظهر الفرامل الكهرومغناطيسية حساسية قوية لـ جهد الملف، الفجوة الهوائية، و درجة الحرارة. فحوصات الاحتجاز الثابت مفيدة، لكن الاختبارات الديناميكية غالبًا ما تكون المكان الذي تظهر فيه المشاكل أولاً: تأخير الإطلاق، تأخير التفاعل، أو عدم استقرار عزم الدوران تحت التكرار. للحصول على نتائج ذات معنى، قم بتسجيل جهد الملف عند أطراف الفرامل (وليس فقط عند الخزانة) وتأكد من أن الفجوة الهوائية ضمن المواصفات.

الأخطاء الشائعة في اختبار العزم (وكيفية تجنب الاستنتاجات السيئة)

• خطأ جيب التمام في ذراع الرافعة: إذا لم يكن القوة عمودية، فإن عزم الدوران المحسوب لديك خطأ. قس المسافة العمودية.
• تعريف الانزلاق: “لقد تحرك قليلاً” ليس معيارًا. حدد عتبة انزلاق قابلة للقياس.
• تجاهل زمن تأخير الفرامل: في الاختبارات الديناميكية، العزم ليس فوريًا. فصّل بين تأخير الأمر ونوافذ التباطؤ الفعّالة.
• عزم الدوران الخاطئ: إذا تم تقدير J بشكل سيء، فإن عزم الدوران المحسوب لا معنى له. قسّ العزم أو تحقق من صحته بواسطة التوقف.
• لا سياق لدرجة الحرارة: أرقام عزم الدوران عند البرودة فقط نادرًا ما تتنبأ بسلوك الاستخدام العالي.

إذا أردت، يمكننا مساعدتك في اختيار طريقة الاختبار المناسبة لطراز الفرامل وتطبيقك

إذا أخبرتنا بنموذج الفرامل الخاص بك (مثل YWZ13 / SH)، وموقع التركيب (رافعة، عربة، سفر الجسر)، والسرعة المستهدفة، والعزم المعرف، ودورة العمل، يمكننا اقتراح خطة اختبار عزم عملية (ثابتة ديناميكية) والأجهزة اللازمة لإنتاج نتائج قابلة للدفاع.

[رابط داخلي] اتصل بفريق الهندسة لدينا للحصول على توصية اختبار عزم الدوران بناءً على التطبيق.