متطلبات تحميل المصعد للمصاعد الشاهقة

بقلم فيل جوزيفسون وجاكو كاليوماكي

تم تقديم هذه الورقة في الندوة الدولية للمصاعد والسلالم المتحركة لعام 2023 في إدنبرة، اسكتلندا.

: الكلمات المفتاحية المصعد الشاهق، التحميل، الاستخدام المستدام للمواد، FEM

الملخص

يتم تصنيف المصاعد عادة لاستخدام الركاب أو البضائع، وهو ما يحدد التصميم الهيكلي للمصعد. من الناحية العملية، وخاصة في المباني التجارية، يتم استخدام مصاعد ركاب البضائع لنقل الركاب والبضائع. من المهم فهم الأحمال والضغوط الناجمة عن السيناريوهات المختلفة لتصميم هياكل محسنة وآمنة تعزز الاستخدام المستدام للمواد. وهذا مهم بشكل خاص مع المصاعد الشاهقة، حيث يزيد السفر العالي من تأثير الأبعاد الزائدة.

تعتمد حالات التحميل المستخدمة في تحديد أبعاد المكونات على نوع استخدام المصعد والمتطلبات القياسية للمصعد. بالنسبة لمصاعد البضائع، تعتبر المعايير الرافعة الشوكية هي الجهاز الرئيسي للتعامل مع الحمولة، على الرغم من أنها غالبًا ما تكون غير مجدية بسبب قيود المساحة أو هيكل المبنى. وبدلا من ذلك، غالبا ما تستخدم أجهزة أخف وزنا للتعامل مع الأحمال في المباني التجارية. قد تؤدي هذه الفجوة بين الاستخدام الحقيقي والمتطلبات القياسية إلى الإفراط في الأبعاد والتأثير البيئي المرتفع بشكل غير ضروري بسبب الاستخدام المفرط للمواد.

تحلل هذه المقالة تأثير التحميل على المصعد باستخدام أجهزة معالجة الحمولة الخفيفة. تم تحليل تصميم المصعد باستخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) على نموذج نظام حبال السيارة. ويغطي التحليل أيضًا كيفية وضع الحمولة داخل عربة المصعد بأحجام السيارات شائعة الاستخدام. تتم مقارنة النتائج بمتطلبات معايير المصعد.

تتضمن النتائج الرئيسية توزيع الضغط على مستوى المكونات ونتائج الإزاحة من نماذج نظام حبال السيارة وإمكانيات تحديد موضع الحمولة مع الأخذ في الاعتبار أحجام السيارات والحمولة الشائعة. في الختام، تقترح هذه المقالة كيف يمكن تحسين معايير المصاعد الحالية بناءً على تحليل سيناريوهات تحميل المصعد لأجهزة التعامل مع الحمولة الأخف، مع التركيز على المصاعد ذات الحركة الأعلى.

1. مقدمة

هناك عدد من التحديات الهندسية الرئيسية المرتبطة بتصميم المباني الشاهقة بما في ذلك طرق البناء والتصميم الهيكلي وتصميم نظام المصاعد. تعد أهمية نظام المصاعد المصمم بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية في المباني الشاهقة، ولهذا السبب تكون المصاعد الشاهقة هي محور هذه الورقة.^[1] بسبب السفر العالي، قد تكون الهندسة الزائدة المحتملة أكثر إشكالية من المصاعد ذات الرحلات المنخفضة. على سبيل المثال، إذا تمت إضافة الوزن في القاذفة والسيارة بسبب متطلبات القوة المفرطة، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة حجم حاجز التوجيه. بالنسبة للمصعد الذي يبلغ طوله 100 متر، فإن هذا يعني زيادة كبيرة في التكلفة والنفقات المادية مقارنة بالمصعد منخفض الارتفاع الذي يبلغ طوله 15 مترًا. وينطبق نفس المبدأ على جميع المكونات، التي تعتمد على ارتفاع السفر. علاوة على ذلك، فإن إضافة المزيد من الوزن إلى حبال التعليق يمكن أن يؤدي إلى زيادة في حجم المحرك ومحرك الأقراص. ولذلك، فإن تجنب الإفراط في الهندسة، وخاصة في المصاعد الشاهقة، أمر بالغ الأهمية لتعزيز الاستخدام المستدام للمواد والحفاظ على التكاليف معتدلة.

مصعد ركاب البضائع هو مصعد مخصص أساسًا لنقل البضائع، والتي يمكن أن يرافقها أشخاص.^[2] تعترف معايير المصاعد عمومًا بالرافعة الشوكية المتوازنة كجهاز للتعامل مع الحمولة عند النظر في تحميل وتفريغ مصعد ركاب البضائع. قد يؤدي هذا إلى خلق حالة يتم فيها الإفراط في تصميم المصعد بسبب المتطلبات القياسية للمصعد، والتي تفترض أحمالًا أعلى بكثير مما تفرضه أجهزة التعامل مع الأحمال الأخف. من الناحية العملية، غالبًا ما يكون استخدام الرافعة الشوكية المتوازنة كجهاز للتعامل مع الأحمال غير ممكن في المباني التجارية الشاهقة مثل الفنادق أو المكاتب بسبب القيود المتعلقة بالمساحة المتاحة أو هيكل المبنى أو التشطيبات السطحية.

وقد برز مجال تطبيق محدد لمصاعد ركاب البضائع الشاهقة بسبب الضغط المتزايد لاستخدام أشكال مستدامة لإنتاج الطاقة، مما أدى إلى زيادة عدد محطات طاقة الرياح البحرية الجديدة.[3] تحتاج محطات طاقة الرياح البحرية إلى كابلات بحرية عالية الجهد، ويتم تصنيعها في أبراج يصل ارتفاعها إلى 200 متر، حيث تحتاج إلى مصاعد لنقل مواد ومعدات الإنتاج.

تم نشر القليل جدًا من الأبحاث سابقًا حول تحميل المصعد. نظرًا للحاجة المتزايدة لحلول مصاعد ركاب البضائع وعدم مراعاة معايير المصاعد تجاه التحميل، وخاصة أجهزة مناولة الحمولة الخفيفة، يُنظر إلى التحديات الموضحة في هذه المقالة على أنها نقطة مثيرة للاهتمام للدراسة.

في هذه الدراسة، تم إجراء حسابات الإجهاد والتشوه بطريقة العناصر المحدودة (FEM) مع الأخذ في الاعتبار أنظمة حبال السيارة ذات الحمولات المقدرة بـ 2500 كجم و5000 كجم. تتضمن سيناريوهات التحميل التحميل باستخدام شاحنة البليت الكهربائية وحالات تحميل عتبة التحميل القياسية EN 81-20 بنسبة 60%. تمت ملاحظة توزيعات الإجهاد Von Mises من المكونات المختارة. وهذا يعطي تقديرًا تقريبيًا لمستويات الضغط في نظام الرافعة ويمكن استخدامه للمقارنة بين حالات التحميل المختلفة. في المصاعد الشاهقة، يتم استخدام منصات حبال معزولة بشكل شائع. لذلك، من المثير للاهتمام مقارنة إزاحة الأرضية بإزاحة نظام الأرضية المقلاعية بأكمله. تمت دراسة وضع المنصات شائعة الاستخدام داخل عربات المصاعد مع الأخذ في الاعتبار أحجام السيارات للأحمال المقدرة المذكورة سابقًا ومقارنتها بالمتطلبات القياسية للمصعد لفهم الفجوات بين الاستخدام الحقيقي والافتراضات القياسية للمصاعد.

2. نظرة عامة على المعايير

تغطي النظرة العامة للمعايير التفاصيل المتعلقة بتحميل المصعد من معايير ASME A17.1 وEN 81-20، وكذلك تفاصيل من معيار البناء EN 1991-1-1، والذي تم استخدامه كمرجع في حالات معينة عند تحديد الأحمال المفروضة بواسطة أجهزة التعامل مع الأحمال.

يحدد ASME A17.1 خمس فئات تحميل مختلفة بناءً على نوع جهاز التحميل ومعالجة التحميل المستخدم.^[4] من بين فئات التحميل الخمسة المختلفة، فإن الفئات ذات المعنى التي سيتم مناقشتها في هذه الورقة هي الفئة A والفئة C1 والفئة C2. يتم عرض هذه الفئات الثلاثة بمزيد من التفاصيل أدناه.

الفئة أ: تحميل البضائع العامة. حيث لا يزيد وزن أي قطعة منفردة من البضائع أو مجموع وزن البضائع وجهاز مناولة الحمولة عن 25% من الحمولة المقدرة للمصعد. تتم معالجة التحميل داخل وخارج منصة عربة المصعد يدويًا أو عن طريق جهاز تحميل يتم تشغيله يدويًا. يجب أن يعتمد الحمولة المقدرة على ما لا يقل عن 240 كجم/م2 من مساحة الشبكة الداخلية للمنصة.

• الفئة C1: تحميل الشاحنات الصناعية. حيث لا يتجاوز الحمل الثابت أثناء التحميل والتفريغ الحمولة المقدرة.
• الفئة C2: تحميل الشاحنات الصناعية. حيث يُسمح للحمل الثابت أثناء التحميل والتفريغ بتجاوز الحمولة المقدرة.
• يوفر ASME A17.1 قواعد حسابية لحساب لحظة الدوران الناتجة عن البضائع المنقولة ولحساب أحمال العتبات لفئات التحميل المختلفة (الشكل 1).

يأخذ المعيار EN 81-20 في الاعتبار بعض الجوانب المتعلقة بتحميل المصعد مثل وزن جهاز المناولة، ودقة التسوية أثناء التحميل والتفريغ، وأحمال العتبات المستخدمة في الحسابات. بشكل عام، يعطي المعيار EN 81-20 القليل من الاهتمام فيما يتعلق بتحميل وتفريغ البضائع. يفترض EN 81-20 أنه تم إجراء مفاوضات بين العميل ومورد المصعد وتم التوصل إلى اتفاق حول الاستخدام المقصود للمصعد، وفي حالة مصعد ركاب البضائع، نوع وكتلة أجهزة مناولة الحمولة المعدة للاستخدام في التحميل والتفريغ.^[2]

وفقًا للمواصفة EN 81-20، يجب أن يكون لكل هبوط ومدخل للسيارة عتبة ذات قوة كافية لتحمل الأحمال التي يتم إدخالها عند تحميل أو تفريغ البضائع. لتحديد قوة العتبة، يحدد المعيار EN 81-20 ثلاث قوى مختلفة لاستخدامها كحمل العتبة بناءً على استخدام المصعد. يتم عرض مقدار القوة المطبقة على العتبة في المعادلات أدناه، حيث Fs هو مقدار القوة بـ N، وg هو تسارع الجاذبية بـ m/s2، وQ هو الحمل المقدر للمصعد بالكيلوجرام.^[2]

• Fs=40%·g·Q لمصاعد الركاب
• Fs=60%·g·Q لمصاعد ركاب البضائع
• Fs=85%·g·Q لمصاعد ركاب البضائع في حالة أجهزة المناولة الثقيلة إذا لم يكن وزن الجهاز ضمن الحمولة المقدرة.

عند النظر في تحميل وتفريغ المصعد، تحدد EN 1991-1-1 توصيات للأحمال المفروضة بواسطة الرافعات الشوكية للمباني، والتي يمكن تطبيقها أيضًا على المصاعد.^[5] 

يتم تصنيف الرافعات الشوكية إلى ست فئات من FL1 إلى FL6 اعتمادًا على الوزن الصافي والأبعاد وأحمال الرفع. يمكن رؤية فئات FL في الجدول 1. 

فئة الرافعة الشوكية	الوزن الصافي [كيلو نيوتن]	حمل الرفع [كيلو نيوتن]	عرض المحور [م]	العرض الكلي ب [م]	الطول الكلي ب [م]
FL 1	21	10	0,85	1,00	2,60
FL 2	31	15	0,95	1,10	3,00
FL 3	44	25	1,00	1,20	3,30
FL 4	66	40	1,20	1,40	4,00
FL 5	90	60	1,50	1,90	4,60
FL 6	110	80	1,80	2,30	5,10

تضمنت المعايير الثلاثة التي تمت مراجعتها - ASME A17.1 وEN 81-20 وEN 1991-1-1 - بشكل أساسي إرشادات للرافعات الشوكية المتوازنة ولم تأخذ في الاعتبار الأجهزة المختلفة للتعامل مع الأحمال بالتفصيل. بالنسبة لمصاعد ركاب البضائع المحملة بأجهزة مناولة الأحمال التي يتم تشغيلها يدويًا، أدلة ASME A17.1 لاستخدام فئة التحميل أ، حيث يجب ألا يزيد الوزن المشترك لجهاز المناولة والبضائع عن 25٪ من الحمولة المقدرة للمصعد. من الممكن تجاوز حد 25% هذا بسهولة، خاصة إذا كان الحمل المقدر للمصعد منخفضًا. إذا كان الوزن أكثر من 25% من أدلة ASME القياسية المقدرة باستخدام فئة التحميل C1. يؤدي هذا إلى خلق حالة حيث يحتاج المصعد المحمل بأجهزة مناولة الأحمال التي يتم تشغيلها يدويًا إلى التصميم وفقًا لمتطلبات التحميل من الفئة C1 المخصصة لتحميل الرافعة الشوكية الصناعية. ترشد فئة التحميل C1 أيضًا إلى ضرورة تطبيق الحمل المحسوب على جزأين متساويين بمسافة 765 مم، وهو عرض مسار العجلة المفترض للرافعة الشوكية. عادةً ما يكون مسار العجلة بهذا العرض عريضًا جدًا بالنسبة لشاحنات البليت اليدوية وضيقًا جدًا بالنسبة للرافعات الشوكية الفعلية. في حالة أن الحمولة المقدرة للمصعد كبيرة، فإن نسبة 25% المقترحة من قبل الفئة (أ) يمكن أن تكون بالفعل ذات وزن كبير، واستخدام الفئة (أ) قد يتجاهل بعض معايير التصميم ذات الصلة.

يحتوي المعيار EN 81-20 على إرشادات لحسابات حمولة العتبة، والتي يمكن تفسيرها أيضًا على أنها تعتمد بشكل فضفاض على جهاز التعامل مع الحمولة المستخدم. في حالة جهاز المناولة الثقيل، يجب حساب حمولة العتبة على أنها 85% من الحمولة المقدرة، وفي حالة مصعد الركاب للبضائع القياسية، يجب حساب حمولة العتبة على أنها 60% من الحمولة المقدرة. عند النظر في استخدام أجهزة معالجة الحمولة اليدوية، يجب اتباع حمولة العتبة بنسبة 60% في حسابات حمل العتبة. لا يأخذ المعيار EN 81-20 في الاعتبار مسار عجلة جهاز التحميل، ولكنه يشير إلى أنه يجب افتراض أن القوة الرأسية على العتبة تعمل بشكل مركزي على العتبة.^[2] تعريف جهاز مناولة الحمولة الثقيلة غير واضح في EN 81-20، وهذا يترك مجالًا للتفسير فيما يتعلق بما يعتبر ثقيلًا وما هو جهاز مناولة الحمولة الخفيفة. علاوة على ذلك، ينصح المعيار EN 81-20 باستخدام حمل عتبة بنسبة 85% فقط في حالة عدم تضمين وزن الجهاز في الحمل المقدر. وهذا يتجاهل استخدام المصعد من النوع ASME A17.1 فئة C1 تمامًا، حتى لو كان C1 مفضلًا غالبًا بسبب بساطته. 

هناك أيضًا بعض القيود عند النظر في موضع الحمولة في عربة المصعد. يشير المعيار EN 81-20 إلى أن الحمولة المقدرة يجب أن يتم توزيعها بالتساوي على ثلاثة أرباع السيارة في الوضع غير المناسب. أما في حالة اختلاف توزيع الأحمال، فقد تم الاتفاق على الشروط بعد المفاوضات الأولية مع العميل، ويتم إجراء حسابات إضافية وفقًا لتلك الشروط والنظر في أسوأ الحالات.^[2] ومع ذلك، أظهرت التجربة العملية أن الحصول على هذه البيانات من العميل أمر صعب ويبدو أن استخدام شروط التحميل المحددة مسبقًا يعمل بشكل أفضل، وهو ما يعني عادةً استخدام ASME A17.1 كمرجع.

افتراض ASME A17.1 هو أن الحمولة المركزة يتم وضعها بمقدار 1/4 أضعاف العرض الداخلي للسيارة من مركز السيارة ولكنها لا تحدد موضع الحمولة في اتجاهات أخرى. ولا يأخذ هذا الافتراض في الاعتبار الأحجام الفعلية لعربات المصعد أو نوع البضائع المراد نقلها. لذلك، فإن دراسة أحجام المنصات شائعة الاستخدام تساعد على فهم المواضع الفعلية للحمل داخل مقصورة المصعد.

3. أجهزة التعامل مع الأحمال

تم تحديد أنواع مختلفة من أجهزة مناولة الأحمال والمصطلحات والتصنيفات ذات الصلة في المعيار الدولي ISO 5053-1. وفقًا للمعيار، فإن أجهزة مناولة الحمولة هي مركبات ذات عجلات تحتوي على ثلاث عجلات على الأقل ويمكن أن تحتوي على آلية قائمة على الطاقة أو غير مزودة بالطاقة.^[6] تم إجراء تحليل FEM في هذه المقالة مع الأخذ في الاعتبار جهازًا محددًا للتعامل مع الحمولة، وهو شاحنة البليت الكهربائية. زاد استخدام شاحنات البليت التي تعمل بالكهرباء مع زيادة الاهتمام برفاهية المشغلين. من وجهة نظر مريحة، من المحتمل أن تكون مهام التعامل اليدوي مع المواد غير آمنة إلى حد كبير.^[7] وقد لوحظ أن حركة الدفع والسحب، على سبيل المثال، شاحنة البليت، تزيد من خطر الإصابة باضطرابات العضلات والعظام.^[8] يتم استخدام منصة التحميل الكهربائية Toyota LPE220 كمثال لجهاز التعامل مع الحمولة الخفيف. 

يتم عرض الميزات الهامة لجهاز مناولة الحمولة، عند النظر في حالات التحميل والتفريغ من وجهة نظر المصعد، في الجدول 2. 

الممتلكات		تويوتا LPE220
الكتلة الذاتية م	[كغ]	826
قدرة الحمولة المقدرة QL	[كغ]	2200
إجمالي الكتلة المحملة MQ	[كغ]	3026
موضع مركز التحميل ج	[مم]	600
البعد قاعدة العجلات ب11	[مم]	370
تحميل المحور الأمامي F11)	[كغ]	1513
تحميل المحور الخلفي F21)	[كغ]	1513
تحميل المحور الخلفي إلى نسبة الكتلة الإجمالية المحملة	[٪]	50
حجم الإطارات الأمامية	[مم]	د 85x100
1) تم حسابه بناءً على ورقة بيانات الشركة المصنعة.

4. التحميل باستخدام المنصات

تعد العمليات التجارية باستخدام المنصات هي الطريقة الأكثر فعالية لنقل البضائع الأثقل في المصعد، حيث أن تحميل كميات كبيرة من الطرود الفردية الصغيرة قد يستغرق وقتًا طويلاً. حتى عند استخدام المنصات، لا ينبغي أن يستغرق التحميل وقتًا أطول مما يستغرقه المصعد للقيام برحلة ذهابًا وإيابًا. الافتراض في هذا التحليل هو أنه من أجل الحفاظ على الكفاءة الإجمالية، يجب ألا تزيد كمية المنصات عن أربعة، ولا ينبغي تكديس المنصات. يعتبر وزن جهاز المناولة جزءًا من الحمولة المقدرة (الفئة C1)، ولكن يتم تضمين أربع منصات على الرغم من أنه وفقًا لمتطلبات ASME A17.1، فإن هذا قد يقع بالفعل تحت تحميل الفئة A.  

في كثير من الأحيان، تتبع المنصات المستخدمة الأحجام القياسية. وترد بعض الأمثلة في الجدول 3. بالنسبة للسلع الخفيفة، تُستخدم العربات اللوجستية على نطاق واسع أيضًا، ولكن متطلباتها لا تتجاوز عادةً متطلبات تحميل الركاب وبالتالي يتم استبعادها هنا.

البليت	الأبعاد عرض × عمق × ارتفاع [مم]	الأعلى. السعة [كجم]	الوصف
يورو / يورو 1 (32 بوصة × 48 بوصة)	1200 س س 800 144	كجم 4000	مصممة لتناسب معظم المداخل الأوروبية والشاحنات بعرض 2,5 متر. لا يتناسب بشكل جيد مع الحاويات البحرية التي يبلغ عرضها الداخلي 2,352 ملم.
EUR2 (40 بوصة × 48 بوصة)	1200 س س 1000 144	كجم 4000	مصممة لتناسب بشكل أفضل الحاويات البحرية التي يبلغ عرضها 2,352 مترًا مقارنة باليورو. يشبه البليت الأمريكي مقاس 40 × 48 بوصة لمساعدة التجارة الدولية.
48 بوصة × 48 بوصة	1219 س س 1219 144	كجم 4000	تتوافق منصة نقالة مقاس 48 × 48 مع براميل سعة 4 × 200 لتر (55 جالونًا) (بقطر خارجي 584 مم) المستخدمة في الصناعة الكيميائية.

عندما يتم استخدام المنصات كأساس لتحميل المصاعد، هناك حالتان للتحميل الشديد تكونان موضع اهتمام؛ 1) يتم تحميل السيارة بمنصة ثقيلة واحدة تصل إلى الحمولة المقدرة للسيارة؛ 2) يتم تحميل السيارة بأربع منصات أخف كحد أقصى حتى الحمولة المقدرة للسيارة. يجب أيضًا أن تؤخذ في الاعتبار خصائص جهاز التحميل. ويرد في الجدول 4 بعض الخصائص الهامة لأربعة أنواع مختلفة من أجهزة المناولة. وتستند البيانات إلى أوراق بيانات جهاز معين، ولكن القصد هو أن تشير العينة المختارة إلى الاختلافات بين فئات الأجهزة. 

خاصية جهاز المناولة	حدود سيارة المصعد		شاحنة البليت اليدوية تويوتا إل إتش إم 300	شاحنة البليت الكهربائية تويوتا LPE220	شاحنة الوصول الكهربائية لا يزال FM-X 14	رافعة شوكية تويوتا 8FBEK16T
السعة	الحد الأقصى للحمل القابل للاستخدام	kg	3000	2200	1400	1600
الكتلة الذاتية	الحد الأقصى للحمل القابل للاستخدام	kg	105	826	3470	3002
مركز الثقل (فارغ)1	تحميل حذاء التوجيه وما إلى ذلك.	mm	362	-275	-547	-1027
موقف العجلات الأمامية1	تحميل عتبة	mm	950	957	348	-317
عرض	الحد الأقصى لكمية المنصات على أساس مساحة الأرضية	mm	520	730	1270	1060
الطول الخلفي1		mm	365	714	1252	1880
1) من السطح الأمامي للشوكة

باستخدام حالتي التحميل المذكورتين أعلاه وخصائص أجهزة المناولة، تم إجراء تحليل التحميل باستخدام منصة EUR-Pallet لأحجام عربات المصاعد ذات الحمولات المقدرة بـ 2500 و5000 كجم. في التحليل، كان هناك دائمًا بعض الخلوص على جدران السيارات، لذلك على الرغم من أن السيناريوهات التي تم تحليلها متحفظة، إلا أنها ليست أسوأ الحالات على الإطلاق. تظهر النتائج في الجدول 5. مجالات الاهتمام هي حمل العتبة ومركز الثقل. متطلبات حمل العتبة هي 60%·g·Q وفقًا للمعيار EN 81-20 5.7.2.3.6 و80%·g·Q وفقًا لـ ASME A17.1 8.2.2.6. نظرًا لأن وزن جهاز المناولة كان جزءًا من الحمل المقدر، فإن حمل عتبة 85%·جم·Q الخاص بمعيار EN 81-20 لا ينطبق هنا.

حمولة السيارة س	kg	2500				5000
عرض السيارة × العمق	mm	1800x2700				2600x3400
جهاز التعامل	الكمية من المنصات	وزن البليت	تحميل عتبة1	مركز الجاذبية2		وزن البليت	تحميل عتبة1	مركز الجاذبية2
		kg		W	D	kg		W	D
شاحنة البليت اليدوية	1	2395	69%	25%	23%	3000	43%	15%	18%
	4	598	19%	1%	1%	1223	18%	1%	10%
شاحنة البليت الكهربائية	1	1674	56%	25٪ (17٪)	13٪ (16٪)	2200	36%	15٪ (11٪)	13٪ (13٪)
	4	418	18%	1%3 (0٪)	0٪ (0٪)	1043	18%	4٪ (0٪)	3٪ (9٪)
شاحنة الوصول الكهربائية	1					1400	58%	12٪ (7٪)	3٪ (8٪)
رافعة شوكية	1					1600	83%	23٪ (8٪)	2٪ (9٪)
حمولة العتبة بالنسبة إلى الحمولة المقدرة للسيارة مركز الثقل بالنسبة إلى مركز السيارة كنسبة من عرض السيارة (W) والعمق (D). تشمل القيم التي لا تحتوي على أقواس جهاز المناولة، والقيمة الموجودة بين الأقواس تشمل المنصات فقط. العجلات الأمامية فقط في السيارة

إن إزاحة مركز الجاذبية من مركز السيارة طبقاً للمواصفة EN 81-20 هي 12.5% ​​في اتجاه العمق والعرض. الإزاحة وفقًا لاتجاه العرض وفقًا A17.1 الشكل 8.2.2.5.1 هي 25%. كما ذكرنا، في اتجاه العمق لا توجد قاعدة واضحة في A17.1. من بين أمور أخرى، فإن الأحمال الناتجة عن إزاحة مركز الجاذبية لها تأثير على أبعاد سكة التوجيه والتباعد بين الأقواس.

ويمكن التوصل إلى النتائج التالية من هذا التحليل:

1. يمكن تجاوز عتبة تحميل 60%·g·Q باستخدام أجهزة التعامل مع الضوء، بشرط أن يكون الحمولة المقدرة للسيارة صغيرة وأن تكون المنصات المحملة الفردية ثقيلة. 
2. يمكن أيضًا تجاوز عتبة تحميل 60%·g·Q باستخدام أجهزة المناولة الثقيلة، حتى إذا تم أخذ وزن جهاز المناولة في الاعتبار في الحمل المقدر. 
3. يمكن تجاوز افتراض مركز الثقل الخاص بمعيار EN 81-20 باستخدام المنصات الثقيلة المفردة ذات الأحمال الصغيرة والكبيرة مع معظم أجهزة المناولة، بينما يبدو أن الإزاحة البالغة 25% وفقًا لمعيار ASME A17.1 تغطي بشكل جيد السيناريوهات ذات الأحمال الثقيلة المفردة المنصات.
4. بالنسبة للمنصات الأخف المتعددة، يغطي كل من متطلبات حمل العتبة ومركز الثقل السيناريوهات التي تم تحليلها بهامش كبير.

تحليل نموذج العناصر المحدودة ونتائجه

5.1 وصف النموذج

يتكون تحليل نموذج العناصر المحدودة (FEM) من نموذجين مختلفين لنظام عربة الرافعة حيث يتنوع التحميل المطبق بين حالة تحميل العتبة EN 81-20 بنسبة 60% وجهاز التعامل مع الحمولة المحدد، شاحنة البليت الكهربائية.

يتم تعريف المكونات الهامة، والتي هي محور تحليل التحميل، في معايير المصعد ويمكن أيضًا تحديدها كنتيجة لتحليل FEM على مستوى المصعد. يحدد معيار المصعد ASME A17.1 كمكونات مهمة من وجهة نظر تحميل المصعد، العارضة العلوية للرافعة، وقوائم الرافعة، والعارضة السفلية للرافعة، والعتبات، والأرضية، وقضبان التوجيه والأقواس.[4] يساعد تحليل FEM في تحديد المكونات التي تتعرض لضغط أعلى في حالات التحميل المختلفة. على سبيل المثال، لا يحدد ASME A17.1 تثبيت الجزء العلوي من السيارة باعتباره مكونًا مهمًا من وجهة نظر التحميل، ولكن اعتمادًا على تصميم التثبيت، لا يزال هذا مكونًا تحت الضغط أثناء حالة التحميل. في المنصات المعزولة بنابض، يؤدي حمل العتبات إلى تأثير قوة أفقية على الجزء العلوي من السيارة حيث تكون الحركة الأفقية مقيدة، وبالتالي يسبب الضغط. ومن ثم، ينبغي النظر في تحديد الجزء العلوي من السيارة في التحليل. وترد المكونات الرئيسية التي تم النظر فيها في التحليل في الشكل 4.

تم تصميم نموذجين FEM للتحليل، أحدهما يأخذ في الاعتبار الحمولة المقدرة البالغة 2500 كجم والآخر يأخذ في الاعتبار الحمولة المقدرة البالغة 5000 كجم. يمكن رؤية نماذج FEM ذات أبعاد المنصة المحددة في الشكل 5. وتم استخدام مادة الخشب الرقائقي في الأرضية كسطح علوي. تعتبر المواد الأخرى في التجميع بمثابة فولاذ هيكلي.  

يمكن رؤية شبكة العناصر المحدودة في الشكل 6. تم تطبيق حجم العنصر 10 مم. تم تصميم جميع مقاطع العوارض وأجزاء اللوحة باستخدام عناصر الصدفة. تم تصميم ملف تعريف العتبة بعناصر صلبة. تم تمثيل جميع البراغي كعناصر شعاع متصلة بفتحاتها بواسطة عناصر صلبة، ولم يتم تطبيق أي ادعاء لأنه ليس له معنى في هذه الدراسة. تم استخدام اتصالات خالية من الاحتكاك بين المكونات التي تكون على اتصال مع بعضها البعض عن طريق اتصال الترباس. تم استخدام التوصيلات المستعبدة أو الطوبولوجيا المشتركة في حالة التوصيلات الملحومة. واعتبرت هذه أساليب نمذجة دقيقة بما فيه الكفاية مع الأخذ في الاعتبار نطاق الدراسة.

لتمثيل التعليق 1:1، تمت إضافة الإزاحة عن بعد، حيث تم تثبيت الإزاحة في الاتجاه Y، إلى نقطة بعيدة (C). تم ربط النقطة البعيدة بالشعاع العلوي بعناصر قابلة للتشوه. تم تطبيق كتلة السيارة في نقطة بعيدة (B) متصلة بمثبتات السيارة العلوية وثلاثة جوانب من الأرضية بواسطة عناصر صلبة. بالنسبة لنموذج Q = 2500 كجم، تم تطبيق كتلة السيارة على 2000 كجم، وبالنسبة لـ Q = 5000 كجم، كانت كتلة السيارة المطبقة 4000 كجم. تم تطبيق حمل العتبة على شكل العتبة إما على منطقة تمثل أبعاد عجلة جهاز التحميل (حالات تحميل شاحنات البليت الكهربائية) أو مركزيًا كحمل خطي (حالات تحميل EN 81-20). يتم عرض الأحمال وشروط الحدود في الشكل 7.

نتائج 5.2

يتم عرض النتائج المستخدمة للمقارنة بين سيناريوهات التحميل المختلفة في الشكل 8. من نتائج الإجهاد، يمكن ملاحظة أن تثبيت الجزء العلوي من السيارة والعتبة هما أكثر المكونات تعرضًا للضغط أثناء تحميل المصعد وفقًا لهذه الدراسة. يؤدي استخدام عوارض المنصة المعزولة بنابض إلى زيادة عزم التثبيت العلوي للسيارة، وبالتالي يتم زيادة مستويات الضغط. العتبة تحت الضغط بسبب تطبيق الحمل على العتبة. يؤثر هيكل العتبة على مستويات الضغط بطريقة يؤثر وضع أي أدوات تقوية بالنسبة لمسار عجلة جهاز مناولة الحمولة على نتائج الضغط. لذلك، يجب أن يأخذ تصميم هيكل العتبة في الاعتبار جهاز معالجة الحمولة المستخدم. تتضمن نتائج إزاحة أرضية السيارة الإزاحة الكلية والاتجاه Y لهيكل الأرضية أثناء التحميل. الإزاحة عبارة عن مجموع انحراف المكونات المختلفة وضغط نوابض منصة الزنبرك أثناء التحميل. 

الاستنتاجات 5.3

بالنسبة للطراز Q = 2500 كجم، كانت قيم الضغط بين حالات تحميل شاحنات البليت القياسية والكهربائية متشابهة. تكون قيم الإجهاد، في معظم الحالات، أقل من حد إنتاج المادة. وبما أن الغرض من هذه الدراسة كان فقط مقارنة حالات التحميل المختلفة مع هيكل حبال مبسط، لم يتم أخذ عوامل السلامة بعين الاعتبار. إن استخدام التحميل القياسي لتصميم المصعد لن يؤدي إلى حل هندسي مبالغ فيه إلى حد كبير حتى لو تم استخدام أجهزة خفيفة للتعامل مع الأحمال فقط. 

بالنسبة لنموذج Q=5000 كجم، تكون الاختلافات أكثر جوهرية. ومن خلال المكونات التي تمت ملاحظتها، يمكن ملاحظة أعلى تباين في الضغوط في الجزء العلوي من السيارة والعتبة. وهذا أمر متوقع، حيث يتم تطبيق الحمل مباشرة على العتبة، مما يسبب ضغطًا عاليًا في هيكل العتبة. مع منصات السيارة المعزولة، يؤدي حمل العتبات أيضًا إلى ارتفاع عزم الدوران في الجزء العلوي من السيارة.  

عند استخدام أجهزة معالجة الحمولة الخفيفة، فإن التحميل الأكثر أهمية هو حمل العتبة حتى لو كان الحمل مقسمًا بالتساوي بين المحاور مقارنة بالأجهزة الأكبر حجمًا. كما يؤثر عدد العجلات على كيفية توزيع الحمولة. يؤدي الحمل الأصغر على المحور إلى انخفاض الحمل على العتبة، مما يؤثر على هندسة المصعد. من بين حالات عتبة التحميل القياسية، تتوافق قاعدة حمولة عتبة EN 81-20 بنسبة 60% بشكل أفضل مع عمليات تحميل أجهزة التعامل مع الحمولة الخفيفة. بالنسبة للأحمال عالية التصنيف، حتى قاعدة 25% من ASME A17.1 يمكن أن تكون قابلة للتطبيق أحيانًا مع أجهزة معالجة الأحمال الخفيفة. يبدو من الواضح أن هندسة مصعد أحمال عالي التصنيف بأحمال عتبات بنسبة 85% أو 80% يمكن أن تؤدي إلى تقوية غير ضرورية لتصميمات العتبات والسيارات والرافعات في حالة استخدام أجهزة خفيفة للتعامل مع الحمولة فقط. كما أن محاولة الحفاظ على إزاحة السيارة عند مستوى مقبول مع أحمال العتبات العالية قد تؤدي إلى حلول معقدة ومكلفة.

إن مسار عجلة الجهاز وموضع الحمولة على العتبة لهما تأثير، خاصة على الضغوط الواقعة على العتبة والواجهة بين العتبة والأرضية. نظرًا لوجود تباين كبير بين الأنواع المختلفة لأجهزة مناولة الأحمال، فقد لا يكون تحديد مسار عجلة محدد ذا معنى. وبدلاً من ذلك، ينبغي التحقق من أسوأ الحالات بناءً على تصميم العتبة المحدد. إذا كانت هناك حاجة إلى تحديد مسار عجلة واحدة لجهاز مناولة الحمولة الخفيفة، فيجب أن يكون ما بين 340 مم و390 مم ليتناسب مع المنصات شائعة الاستخدام.

6. نقاش

من تحليل تحميل البليت، يمكن استنتاج أنه إذا كان المصعد مصممًا ليتم تحميله بأشياء ثقيلة مفردة، فإن متطلبات EN 81-20 ليست بالضرورة كافية. ومع ذلك، إذا تم تحميل البضائع على منصات متعددة أخف وزنا، فقد تؤدي المتطلبات إلى الإفراط في الهندسة. يمكن أن تؤدي تقديرات مركز الثقل المناسبة تمامًا إلى تقليل حجم سكة التوجيه وزيادة التباعد بين الأقواس.

يشير تحليل FEM إلى أنه بالنسبة لسيارات التحميل ذات التصنيف الأعلى، فإن استخدام جهاز تحميل خفيف كأساس لهندسة المصاعد يمكن أن يكون مفيدًا، خاصة فيما يتعلق بحمل العتبة، ولكن من المهم ملاحظة أنه يمكن أيضًا نقل الأحمال الثقيلة بالضوء أجهزة التحميل. يمكن أن يؤدي تحسين أحمال العتبات إلى توفير المواد التراكمية على نظام المصعد بأكمله. 

لضمان الحد الأدنى من التأثير البيئي، يعد تحديد أبعاد كل من مركز الثقل وعتبة الحمل بشكل صحيح أمرًا مهمًا بشكل خاص في التطبيقات الشاهقة، حيث يتم تضخيم استهلاك المواد الزائد للعديد من المكونات من خلال ارتفاع الحركة.

من أجل عدم المساس بالسلامة مع تقليل استهلاك المواد، يجب أن يكون الحد الأقصى لوزن البضائع الفردية جزءًا أساسيًا من مواصفات المصعد، ويجب الإشارة إليه بوضوح لمستخدمي المصعد إلى جانب الحد الأقصى لتحميل المحور، والذي يرتبط بحمل العتبة. أخيرًا، سيكون من المفيد بشكل عام تطوير معايير المصاعد العالمية لأخذ أجهزة التعامل مع الضوء في الاعتبار واستخدام المنصات القياسية كأساس لقواعد الأبعاد التي ستساعد العميل في تحديد احتياجات النقل العمودي الخاصة به.

7. المراجع

[1] ر. روبرتس، "التحكم في المصاعد الشاهقة/عالية السرعة"، في وقائع مؤتمر التحكم الأمريكي، ص 3440-3444، فيلادلفيا، 1998. 

[2] "EN 81-20 قواعد السلامة لبناء وتركيب المصاعد - المصاعد لنقل الأشخاص والبضائع - الجزء 20: مصاعد الركاب والبضائع"، اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي، 2020.

[3] W. Musial، P. Beiter، P. Spitsen، J. Nunemaker، V. Gevorgian، A. Cooperman، R. Hammond and M. Shields، "تحديث بيانات تكنولوجيا الرياح البحرية لعام 2019"، المختبر الوطني للطاقة المتجددة. nrel.gov/docs/fy21osti/77411.pdf. 79 ص، الذهبي، CO، 2020.

[4] "ASME A17.1 / CSA B44 كود السلامة للمصاعد والسلالم المتحركة ،" الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين ، 2019.

[5] "يورو كود 1: الأحمال على الهياكل - الجزء 1-1: الأحمال العامة، والكثافات، والوزن الذاتي، والأحمال المفروضة على المباني"، اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي، 2002.

[6] "الشاحنات الصناعية - المصطلحات والتصنيف - الجزء 1: أنواع الشاحنات الصناعية"، المنظمة الدولية للتوحيد القياسي، 2015.

[7] S. Mudiyanselage، P. Nguyen، M. Rajabi و R. Akhavian، "تقييم المخاطر المريحة للعمال الآليين في التعامل اليدوي مع المواد باستخدام أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء من sEMG والتعلم الآلي"، إلكترونيات 2021، المجلد. 10، لا. 2558، ص. 14, 2021. 

[8] M. Hoozmans, A. van der Beek, M. Frings-Dresen, F. van Djik and L. van der Woude, "الدفع والسحب فيما يتعلق بالاضطرابات العضلية الهيكلية: مراجعة لعوامل الخطر"، توازن، المجلد. 41 ، لا. 6 ، ص 757-781 ، 1998. 

[9] TMH Europe، "شاحنة رفع منخفضة المنصة 2.0 - 2.5 طن"، [متاح عبر الإنترنت]. الرابط: toyota-viljuskari.me/1557402996-bt-levio-lpe-200-220-250_HI.pdf. [تاريخ الوصول: 22/9/2023].

[10] شركة T.، "ما هي أبعاد حجم البليت القياسية؟" [على الانترنت]. متاح: tranpak.com/faq/standard-pallet-size-dimensions/. [تم الدخول في 2/22/2023].

[11] TMH Europe، "شاحنة يدوية بمنصة نقالة 3.0 طن"، [عبر الإنترنت]. متاح: media.toyota-forklifts.eu/published/24114_Original%20document_toyota%20mh.pdf. [تم الدخول في 09/22/2023].

[12] S. GmbH، "شاحنة الوصول الجالسة للسائق FM-X،" [على الإنترنت]. متاح: data.still.de/assets/products/Vehicles/Reach_Trucks/FM-X/pdfs/FM-X_EN_TD.pdf?mod=1603103060&download=1&s=b0298c61ff3f4555ff557e3880df433b. [تم الدخول في 09/22/2023].

[13] TMH Europe، "رافعة شوكية كهربائية 1.5 - 2.0 طن"، [متاح عبر الإنترنت]. الرابط: media.toyota-forklifts.eu/published/21447_Original%20document_toyota%20mh.pdf. [تاريخ الوصول: 22/09/2023].