مكابح الكالابر

A Caliper Brake هو آلية التشغيل الأساسية داخل نظام فرامل القرص. إنه تجميع ميكانيكي يعبر فوق قرص الكبح الدوار (أو الروتور) وهو مسؤول عن تحويل الطاقة الهيدروليكية أو الهوائية أو الميكانيكية إلى قوة تثبيت محورية مطلوبة لإنتاج عزم الكبح. مبدأ عمله ينطوي على تطبيق هذه القوة على مجموعة من فُرَز الفرامل، والتي تضغط بدورها على وجهي القرص، مكونة احتكاكًا لإبطاء أو إيقاف دورانه.

يُعد فرامل الاقلاب (الكاليبـر) الأساس التكنولوجي لغالبية تطبيقات الكبح عالية الأداء الحديثة، وتُقدَّر قيمته لفعاليته وقابليته للتحكم وإدارته الحرارية المتفوقة.

التحليل الهندسي: التصنيف والخصائص

من منظور هندسي، تُصنف مكابح الكاليبـر بناءً على طريقة تحفيزها وأكثرها أهمية، مبادئها الوظيفية.

1. التصنيف حسب طريقة التحفيز:

• مكابح هيدروليكية: تستخدم هذه السوائل الهيدروليكية المضغوطة لتحريك المكابس، مما يولد قوى تثبيت عالية جدًا من حزمة مضغوطة. وهي المعيار للتطبيقات ذات الطاقة العالية والمتطلبات الثقيلة، مثل توربينات الرياح، معدات التعدين، والآلات المتنقلة الثقيلة.
• مكابح هوائية: تعمل بواسطة الهواء المضغوط، وتعرف بسرعة استجابتها الشديدة، والتحكم الدقيق، والتشغيل النظيف. وهي مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا مستمرًا ومعدّلًا في عزم الدوران، مثل أنظمة التوتر في صناعات الورق والأسلاك والتحويل.
• مكابح ميكانيكية: تستخدم هذه الروافع، والكابلات، أو آليات المسمار لتطبيق القوة. على الرغم من أنها أقل قوة، إلا أن بساطتها تجعلها مناسبة لوظائف فرامل الوقوف أو مكابح الخدمة الأساسية ذات الطاقة المنخفضة.

2. التصنيف وفق المبدأ الوظيفي (تمييز حاسم):

• مكابح نشطة (خدمة): في هذا التكوين، يتم توليد قوة الكبح فقط عند تطبيق الطاقة (الضغط الهيدروليكي أو الهوائي). عزم الكبح يتناسب مباشرة مع الضغط المطبق. تُستخدم هذه في التوقف الديناميكي العادي والتحكم.
• مكابح مطبقة بواسطة النوابض (آمنة فشل): هذا تصميم أمان حاسم. يحتوي المكبس على نوابض ميكانيكية قوية ومضغوطة مسبقًا، والتي تطبق قوة الكبح بشكل دائم بشكل افتراضي. يُستخدم الضغط الهيدروليكي أو الهوائي لسحب المكابس وإطلاق المكابحفي حالة فقدان الطاقة أو فشل النظام، يتبدد الضغط، وتقوم النوابض على الفور بضغط المكابح، مما يضمن توقفًا آمنًا. مبدأ الأمان هذا إلزامي لتطبيقات التوقف الطارئ والاحتجاز الثابت (مثل المصاعد، الرافعات، الناقلات المائلة).

المزايا الهندسية الرئيسية:

• إدارة حرارية متفوقة: هذه هي الميزة الأهم لمكابح المكبس مقارنة بمكابح الطبل أو الكتل. يتيح تصميمه المفتوح، جنبًا إلى جنب مع استخدام الأقراص المهواة، تبريدًا فعالًا جدًا من خلال الحمل الحراري. يوفر هذا التصميم مقاومة استثنائية لـ الضمور الحراري (فقدان أداء الكبح عند درجات حرارة عالية)، مما يجعلها مثالية للكبح الديناميكي عالي التردد أو عالي الطاقة.
• المرونة وقابلية التوسع: يمكن زيادة عزم الكبح الكلي لنظام بسهولة وبشكل خطي عن طريق إضافة مزيد من المكابح إلى قرص واحد أو بزيادة قطر القرص، مما يوفر مرونة تصميم هائلة.
• التحكم الدقيق والنسبوي: عزم الكبح الناتج يتناسب بشكل كبير مع ضغط الإدخال، مما يسمح بالتحكم السلس والدقيق وسهل التلقائية في التباطؤ والشد.
• سهولة الصيانة: فحص واستبدال وسادة الفرامل عادة عملية بسيطة لا تتطلب تفكيكًا كبيرًا للفرامل، مما يقلل بشكل كبير من وقت التوقف للصيانة.

القيود الأساسية:

• قابلية التأثر بالبيئة: التصميم المفتوح القياسي، على الرغم من كونه ممتازًا للتبريد، إلا أنه قد يكون عرضة لدخول الغبار الخشن، والماء، والملوثات المسببة للتآكل. في البيئات القاسية جدًا، يتم التخفيف من ذلك من خلال استخدام تصاميم مكابح مغلقة بالكامل أو أغطية حماية.

في مفردات كبح صناعي، يرمز مصطلح فرامل الكاليبـر إلى الكبح الديناميكي عالي الأداء. عندما تكون المتطلبات الأساسية لتطبيق ما هي السعة الحرارية، التحكم الدقيق، الاستجابة السريعة، ومرونة التصميم، فإن فرامل الكاليبـر هي تقنية الإرشاد. وعلى الرغم من أنها ليست أقوى بشكل فطري في بيئات ملوثة كما هي مكابح الأسطوانة المغلقة كليًا، فإن التطور المستمر في تصميمها جعلها الخيار المهيمن وغالبًا الأفضل تقريبًا في معظم مهام الكبح الصناعي الحديثة والمتطلبة.