Details

مقدمة
نظام اختبار عمر المحامل بسرعات فائقة وأحمال مركبة  
في الأنظمة الحرجة، غالبًا ما تكون المحامل هي أضعف نقطة منفردة يمكن أن تتسبب في توقف كامل للآلة. فمحمل عالق في محرك طائرة، أو محمل تالف في علبة تروس عالية السرعة، أو ارتفاع حراري في شاحن توربيني يمكن أن يؤدي إلى إلغاء مهمة، أو توقف غير مخطط له، أو تلف كارثي. ومع ذلك، في معظم البرامج، لا يزال يتم توقع عمر المحمل اعتمادًا على بيانات الكتالوج وعوامل الأمان والافتراضات.

وُجد جهاز اختبار تحمل المحامل عالية السرعة لإزالة هذه الافتراضات.

يسمح لك هذا الجهاز بإعادة إنشاء الظروف القاسية التي تتعرض لها محاملك أثناء التشغيل—سرعات قصوى تصل إلى 70,000 دورة في الدقيقة، أحمال شعاعية ومحورية مجتمعة، تزييت متحكم به، ودرجات حرارة مرتفعة—ثم مراقبة كيفية تصرف المحمل فعليًا وكيف يفشل، وذلك في بيئة مراقبة ومجهزة بالقياس. بدلاً من الاعتماد على قيم L10 النظرية، تحصل على أدلة فعلية: كيف يتغير العزم، متى يرتفع الاهتزاز، كيف تتزايد الحرارة، وتحت أي مزيج محدد من الحمل والسرعة وحالة الزيت يصل المحمل إلى نهاية عمره.

بالنسبة للمنظمات العاملة في الطيران، والدفاع، والسيارات، والآلات الدوارة المتقدمة، فهذا ليس جهاز مختبر “اختياري”. بل هو أداة لخفض المخاطر: فهو يتحقق من صحة التصاميم قبل دخولها الخدمة، يكشف الموردين الضعفاء، يقلل مخاطر مواد التزييت والطلاءات الجديدة، ويزوّد فرق الاعتماد والموثوقية ببيانات يمكن الدفاع عنها أمام الجهات الفنية.

الهدف الوظيفي وقدرات الاختبار
الهدف الأساسي لهذا الجهاز هو الإجابة عن سؤال جوهري:  
“كيف تتصرف المحامل عالية السرعة فعليًا طوال عمرها تحت ظروف التشغيل الخاصة بي؟”

ولتحقيق هذا الهدف، صُمم الجهاز ليقوم بما يلي:
• قياس عمر التحمل للمحامل الدوارة تحت:
  ▹ حمل شعاعي متغير  
  ▹ حمل محوري (دَفعي) متغير  
  ▹ سرعات من منخفضة حتى ~70,000 دورة/دقيقة  
  ▹ تدفق وضغط تزييت متحكم بهما  
  ▹ التحكم في درجة حرارة الزيت، بما في ذلك اختبارات التحمل الحرارية العالية  

• تسجيل المؤشرات الأساسية للأداء طوال الاختبار:
  ▹ تطور العزم / الاحتكاك  
  ▹ السرعة واستقرارها  
  ▹ مستويات الحمل الشعاعي والمحوري  
  ▹ ضغط الزيت ودرجة حرارته وتدفقه  
  ▹ مستويات الاهتزاز (عبر وحدة تحليل خارجية)  

• تمكين سيناريوهات اختبار واقعية، مثل:
  ▹ تشغيل تحمّل ثابت عند حمل وسرعة ثابتين  
  ▹ أحمال متعددة الخطوات أو متدرجة عند سرعات ثابتة  
  ▹ اختبارات العمر المسرّعة حراريًا  
  ▹ اختبارات مقارنة للمحامل أو مواد التزييت أو الطلاءات  
تم تصميم النظام للاختبارات طويلة المدة، مع إمكانية التشغيل شبه غير المراقب، ووجود توقفات حماية ومراقبة كافية لحماية المشغل والمعدة.

التطبيقات النموذجية
هذا الجهاز مثالي للمنظمات التي يجب أن تؤهل أو تتحقق أو تقارن المحامل المخصصة للتطبيقات الشديدة:
• محامل أعمدة محركات الطائرات وعلب التروس الملحقة  
• علب التروس عالية السرعة والآلات التوربينية (الدفاع، الطيران، الصناعي)  
• الشواحن التوربينية والفائقة ومحامل السيارات عالية الأداء  
• مراكز البحث والتطوير المتخصصة في الإجهاد، التزييت، وأنماط الفشل  
• مختبرات التأهيل للتصاميم الجديدة أو الموردين أو دفعات الإنتاج  
وفي العديد من البرامج، يُستخدم كمنصة تأهيل واختبار نمطي قبل اعتماد المحامل للأنظمة الحرجة.

البنية المعمارية للنظام – نظرة عامة
تم بناء جهاز اختبار تحمل المحامل عالية السرعة حول منظومة قيادة قوية، وعلبة تروس دقيقة عالية السرعة، وتجهيزات تحميل المحمل، وأنظمة تزييت مستقلة، جميعها مدمجة مع نظام تحكم وتجميع بيانات يعتمد على الحاسوب.

تشمل الأنظمة الفرعية الرئيسية:
• محرك دفع عالي القدرة مع تحكم متجهي  
• علبة تروس أحادية الحلزون من مرحلتين للوصول إلى 70,000 دورة/دقيقة  
• وحدة تثبيت المحمل مع محور وإسكان دقيقين  
• حمل شعاعي باستخدام منفاخ هوائي وخلايا حمل  
• حمل محوري باستخدام أسطوانات هوائية مدمجة وخلايا حمل  
• وحدة تزييت للمحمل مع تسخين وتحكم بالتدفق  
• نظام تزييت لعلبة التروس  
• أجهزة القياس وجمع البيانات للعزم والسرعة والأحمال والضغط ودرجة الحرارة والتدفق  
• قاعدة من الحديد الزهر لزيادة الصلابة وامتصاص الاهتزاز  
كل نظام فرعي مصمم ليكون متينًا وسهل الصيانة ومناسبًا للتشغيل المستمر عالي السرعة.

نظام القيادة وعلبة التروس عالية السرعة
في قلب الجهاز يوجد نظام قيادة قوي متحكم بالسرعة يوفر الظروف الميكانيكية اللازمة لاختبارات التحمل.

محرك القيادة والتحكم المتجهي
يستخدم الجهاز محرك تيار متردد ثلاثي الطور بقدرة ~113 كيلوواط مع محرك تحكم متجهي صناعي:
• القدرة التقريبية: 113 كيلوواط  
• التغذية: 415 فولت، ثلاثي الطور  
• السرعة الاسمية: ~2900 دورة/دقيقة، مع إمكانية الوصول إلى ~5000 دورة/دقيقة  
• تغذية راجعة من المشفر للتحكم المغلق في السرعة  
• منحنيات تسارع/تباطؤ قابلة للبرمجة لتقليل الصدمات الميكانيكية  

يضمن هذا الترتيب إمكانية ضبط سرعة الاختبار والحفاظ عليها وتحديدها بدقة، مع مراقبة العزم وتحديد حدوده ضمن منطق التحكم في المحرك.

علبة التروس عالية السرعة
للوصول إلى سرعات عمود تصل إلى 70,000 دورة/دقيقة، يقوم المحرك بقيادة علبة تروس مخصصة عالية الأداء:
• سرعة الإدخال (قصوى): 5000 دورة/دقيقة  
• سرعة الإخراج (قصوى): 70,000 دورة/دقيقة  
• نسبة التخفيض: 1 : 14  
• التصميم: مرحلتان، تروس أحادية الحلزون، أعمدة متوازية  
• معيار التصميم: AGMA 6011 I-03 (تصميم التروس عالية السرعة)  
• المحامل: محامل انزلاقية هيدروديناميكية بهيكل فولاذي وبطانة معدنية بيضاء  
تم تصميم علبة التروس للتشغيل المستمر بسرعات عالية، مع تركيز قوي على انخفاض الاهتزاز وارتفاع الاعتمادية.

الاقتران وتحديد العزم
بين العناصر الدوارة:
• يتم تركيب وصلة أمان محددة للعزم بين المحرك وعلبة التروس:
  ▹ يتم ضبطها عادة للانزلاق عند حوالي 300 نيوتن•متر لحماية النظام أثناء الأحمال المفاجئة (مثل تعطل المحمل أو انغلاق العمود).
• تُستخدم وصلات مرنة عالية السرعة بين خرج علبة التروس، حساس العزم، وعمود الاختبار:
  ▹ قادرة على العمل بأمان عند 70,000 دورة/دقيقة  
  ▹ تعوّض عن الانحرافات الطفيفة وتقلل الاهتزازات المنقولة  
يوفّر هذا الترتيب حماية ميكانيكية وسلامة للقياس عند السرعات العالية.

إسكان المحمل والعمود والبنية الميكانيكية
يُركّب المحمل قيد الاختبار في وحدة مخصصة تضمن الملاءمة الصحيحة والمحاذاة والتطبيق الدقيق للأحمال.

الهيكل القاعدي من الحديد الزهر
يتم تركيب مجموعة المحرك وعلبة التروس وتجهيزات المحمل على قاعدة من الحديد الزهر:
• صلابة انحناء عالية للحفاظ على محاذاة الأعمدة تحت الحمل  
• تخميد ممتاز للاهتزاز بفضل خصائص الحديد الزهر  
• تقليل انتقال اهتزازات المحرك وعلبة التروس إلى عناصر القياس  
هذا التصميم أساسي للحصول على نتائج قابلة للتكرار وإطالة عمر المكونات.

عمود المحمل والإسكان
تتألف وحدة تحميل المحمل من:
• عمود دقيق مطحون يحمل:
  ▹ المحمل قيد الاختبار  
  ▹ المحامل الداعمة والأقراص حسب الحاجة  
• أقراص وفواصل محامل قابلة للتخصيص لتناسب أبعاد المحمل (مثل 20 × 47 × 14 مم أو أحجام يحددها المستخدم)  
• إسكان من جزأين:
  ▹ الجزء السفلي يدعم أقراص المحمل ويثبتها على القاعدة.  
  ▹ الجزء العلوي يستقبل القوى الشعاعية والمحورية من آليات التحميل وينقلها إلى المحمل قيد الاختبار.  
تم تصميم الإسكان بقنوات تزييت ومنافذ حساسات بحيث يتم توفير الزيت عند مواقع المحمل بدقة ومراقبته.

التركيب والفك
لتجنب تلف المحمل أثناء التركيب أو الفك، تُستخدم وحدة مخصصة تضمن:
• المحاذاة الصحيحة أثناء التركيب  
• قوى ضغط مضبوطة  
• تغيير المحامل بكفاءة بين الاختبارات  

تطبيق الأحمال الشعاعية والمحورية
لإعادة إنشاء ظروف التشغيل الفعلية، يوفر الجهاز تحكمًا مستقلًا في الأحمال الشعاعية والمحورية.

التحميل الشعاعي
يتم توليد الحمل الشعاعي باستخدام منفاخ هوائي:
• يطبّق الهواء المضغوط قوة رأسية يمكن التحكم بها.  
• تنتقل هذه القوة إلى الإسكان العلوي عبر قضيب تحميل شعاعي، مما يؤدي إلى تطبيق حمل شعاعي على المحمل.  
• يقوم خلية حمل شعاعية بقياس الحمل الفعلي المطبق.

الخصائص الأساسية:
• سعة حمل شعاعي: حتى حوالي 25 كيلو نيوتن (≈2.5 طن)، حسب التكوين  
• ضبط سلس للحمل من خلال تغيير ضغط الهواء  
• تحقق مستمر من الحمل عبر خرج خلية الحمل والمؤشر الرقمي  

التحميل المحوري
يتم تطبيق الحمل المحوري عبر أسطوانات هوائية مدمجة:
• تُرتب عدة أسطوانات بحيث يعمل مجموع قواها في اتجاه محوري خالص على قرص المحمل.  
• تقيس خلية تحميل محورية واحدة أو أكثر مقدار القوة المطبقة بدقة.

القدرات النموذجية:
• سعة حمل محوري: حتى حوالي 2.5 كيلو نيوتن، حسب عدد وحجم الأسطوانات  
• قابل للتهيئة لحالات تحميل شعاعي فقط، محوري فقط، أو تحميل مركب  

التحكم الهوائي
يشمل النظام الهوائي:
• وحدات منقّية ومنظّمة لضمان هواء نظيف وجاف عند ضغط ثابت  
• منظمات كهربائية–هوائية (E/P) لتحويل الإشارات الكهربائية إلى مستويات ضغط دقيقة للأحمال الشعاعية والمحورية  
• صمامات لولبية (5/2 و3/2، بجهد 24 فولت DC) لتطبيق أو تفريغ الضغط، وتمديد أو سحب الأسطوانات  
يسمح هذا بإنشاء ملفات تحميل دقيقة وتمكين استراتيجيات تحكم يدوية أو شبه آلية.

التزييت وإدارة الحرارة
يُعد التزييت والتحكم الحراري من أهم العوامل في اختبارات عمر المحامل، ويتعامل الجهاز معهما كمتغيرات تحكم رئيسية.

وحدة تزييت المحمل
يوفر نظام تزييت المحمل الزيت للمحمل قيد الاختبار والمحامل الداعمة عند:
• ضغط متحكم به  
• معدل تدفق متحكم به  
• درجة حرارة متحكم بها  

الميزات الأساسية:
• خزان زيت، مضخة، ترشيح وخطوط رجوع مصممة للتشغيل المستمر  
• سخان كهربائي قادر على رفع درجة حرارة الزيت من ~35°C إلى حوالي 200°C  
• صمام تحكم تناسبي في التدفق لضبط تدفق الزيت عبر أوامر كهربائية  

المعلمات المراقبة تشمل:
• ضغط زيت المحمل (مرسل ضغط 4–20 mA)  
• درجة حرارة الزيت (مرسل حرارة PT100 + محول، 4–20 mA)  
• معدل التدفق (لتر/دقيقة)، يُعرض محليًا ويُسجل في نظام جمع البيانات  
يسمح هذا بنطاق واسع من ظروف الاختبار، من اختبارات العمر المسرّع (تدفق منخفض – حرارة عالية) إلى اختبارات التحمل التقليدية.

نظام تزييت علبة التروس
يُستخدم نظام تزييت منفصل لعلبة التروس لتوفير:
• زيت للتروس والمحامل الانزلاقية بالضغط والتدفق المطلوبين  
• طبقة زيت هيدروديناميكية مستقرة عند السرعات العالية  
• حماية مكونات علبة التروس ضد التآكل والانحلال الحراري  
يضمن إجراء التشغيل أن تزييت علبة التروس مستقر قبل السماح بالتشغيل عالي السرعة.

التبريد والتخلص من الحرارة
حسب تجهيزات الموقع، يمكن توصيل أنظمة التزييت بـ:
• مبرد خارجي، أو  
• دائرة ماء تبريد  
لإزالة الحرارة والحفاظ على درجة حرارة الزيت المطلوبة خلال الاختبارات الطويلة.

الأجهزة والمراقبة وجمع البيانات
الجهاز مزود بكثافة بالقياس والمراقبة لضمان توثيق كل اختبار بالكامل.

الأجهزة النموذجية تشمل:
• العزم: حساس عزم غير تلامسي (0–50 نيوتن•متر نموذجيًا)  
• السرعة: مدمجة مع حساس العزم أو مجس منفصل (قدرة حتى ~80,000 دورة/دقيقة)  
• الحمل الشعاعي: يقاس عبر خلية حمل (~25 كيلو نيوتن)  
• الحمل المحوري: يقاس عبر خلايا حمل (~2.5 كيلو نيوتن إجماليًا)  
• ضغط الزيت (بار): لتزييت المحمل وعلبة التروس عند توفر الحساس  
• درجة حرارة الزيت (°C): عند مدخل المحمل، وعند المخرج اختياريًا  
• التدفق (لتر/دقيقة): تدفق تزييت المحمل  
• إشارات رقمية: تشغيل/إيقاف المضخة، تشغيل/إيقاف السخان، مفاتيح مستوى، مفاتيح حدّية، إيقاف طارئ، ودوائر حماية  

المؤشرات المحلية
على لوحة التحكم، توفر المؤشرات الرقمية:
• عرضًا لحظيًا للعزم، السرعة، الحمل الشعاعي والحمل المحوري  
• عرضًا لضغط الزيت، درجة حرارته وتدفقه  
• نقاط إنذار قابلة للبرمجة تسمح بإيقاف محلي عند القيم غير الآمنة  

جمع البيانات عبر الحاسوب
يستخدم الحاسوب (PC أو IPC) مع معدات DAQ:
• جمع الإشارات التناظرية والرقمية من جميع الحساسات  
• عرض القيم والاتجاهات لحظيًا عبر واجهة HMI  
• تسجيل جميع البيانات مع الطابع الزمني ومعلومات الاختبار  

يدعم ذلك إنشاء سجل رقمي كامل لكل اختبار، مما يسهّل:
• تحليل العمر الإحصائي  
• التحقيق في الفشل  
• مقارنة الموردين  
• إعداد تقارير للجهات الداخلية والخارجية  

المواصفات الفنية (نموذجية)
يوضح الجدول أدناه المواصفات الفنية النموذجية لجهاز اختبار تحمل المحامل عالية السرعة. يمكن تخصيص القيم وفق متطلبات المستخدم، وهذا يمثل التكوين الشائع.

  

    

      
المعلمة
      
المواصفة (نموذجية)
    

    

      
التطبيق
      
اختبارات التحمل والأداء للمحامل الدوارة عالية السرعة
    

    

      
نطاق سرعة المحمل قيد الاختبار
      
0 إلى 70,000 دورة/دقيقة (قابلة للتحكم المستمر)
    

    

      
قدرة محرك القيادة
      
~113 كيلوواط، تيار متردد ثلاثي الطور، 415 فولت
    

    

      
السرعة الاسمية للمحرك
      
~2900 دورة/دقيقة (حتى حوالي 5000 دورة/دقيقة)
    

    

      
التحكم في السرعة
      
محرك تحكم متجهي مع تغذية راجعة من المشفر
    

    

      
نوع علبة التروس
      
مرحلتان، تروس أحادية الحلزون، أعمدة متوازية
    

    

      
نسبة علبة التروس
      
تقريبًا 1 : 14
    

    

      
سرعة إدخال علبة التروس (قصوى)
      
5000 دورة/دقيقة
    

    

      
سرعة إخراج علبة التروس (قصوى)
      
70,000 دورة/دقيقة
    

    

      
معيار تصميم علبة التروس
      
AGMA 6011 I-03
    

    

      
محامل علبة التروس
      
محامل انزلاقية هيدروديناميكية بهيكل فولاذي وبطانة معدنية بيضاء
    

    

      
سعة الحمل الشعاعي
      
حتى ~25 كيلو نيوتن (≈2.5 طن)، باستخدام منفاخ هوائي + خلية حمل
    

    

      
سعة الحمل المحوري
      
حتى ~2.5 كيلو نيوتن، باستخدام أسطوانات هوائية مدمجة + خلايا حمل
    

    

      
تشغيل الحمل الشعاعي
      
منفاخ هوائي أحادي الطبقة مع منظم كهربائي-هوائي (E/P)
    

    

      
تشغيل الحمل المحوري
      
أسطوانات هوائية مدمجة متعددة مع منظم كهربائي-هوائي (E/P)
    

    

      
درجة حرارة زيت تزييت المحمل
      
حوالي 35°C إلى 200°C (قابلة للضبط)
    

    

      
تدفق زيت تزييت المحمل
      
قابل للضبط عبر صمام تحكم تناسبي (النطاق حسب المواصفة)
    

    

      
تزييت علبة التروس
      
وحدة طاقة مستقلة مع مضخة وترشيح وتبريد
    

    

      
نطاق قياس العزم
      
تقريبًا 0–50 نيوتن·متر، حساس عزم غير تلامسي
    

    

      
نطاق قياس السرعة
      
0–80,000 دورة/دقيقة (قدرة الحساس)
    

    

      
المتغيرات المقاسة
      
العزم، السرعة، الحمل الشعاعي، الحمل المحوري، ضغط الزيت، درجة حرارة الزيت، التدفق
    

    

      
الهيكل القاعدي
      
قاعدة من الحديد الزهر لصلابة عالية وتخميد الاهتزاز
    

    

      
جمع البيانات
      
نظام DAQ يعتمد على حاسوب/حاسوب صناعي مع مدخلات تناظرية ورقمية متعددة
    

    

      
تسجيل البيانات
      
تسجيل مستمر مع ختم زمني وتحديد الاختبار
    

    

      
مصدر الطاقة الرئيسي
      
415 فولت، ثلاثي الطور للمحرك والمضخات
    

    

      
الطاقة المساعدة
      
230 فولت تيار متردد، طور واحد للتحكم والملحقات والمؤشرات
    

    

      
تغذية الهواء المضغوط
      
هواء مضغوط نظيف وجاف (الضغط حسب متطلبات المشغلات)
    
  


فلسفة التشغيل والسلامة
نظرًا للسرعات العالية والطاقة المختزنة، تم تصميم الجهاز وفق مفهوم أمان متعدد المستويات:
• حواجز ميكانيكية حول جميع الأجزاء الدوارة والمتحركة  
• دوائر إيقاف طارئ:
  ▹ زر إيقاف طارئ للمحرك لقطع الطاقة وإبطاء النظام  
  ▹ زر إيقاف طارئ عام لإيقاف أنظمة التزييت والأنظمة المساعدة بأمان عند الحاجة  

• دوائر حماية تمنع بدء الاختبار في الحالات التالية:
  ▹ ضغط أو تدفق التزييت غير كافٍ  
  ▹ درجات حرارة الزيت خارج الحدود المسموح بها  
  ▹ عدم توفر ضغط هواء كافٍ لنظام التحميل  
  ▹ وجود أي إنذار حرج نشط  

متطلبات إجراءات التشغيل:
• تشغيل أنظمة التزييت واستقرارها قبل تطبيق السرعة/الحمل  
• الالتزام بأوقات الإحماء المحددة  
• منع أي تدخل يدوي أثناء تشغيل الاختبار أو دوران الأجزاء  
المبدأ العام هو أنه لا يُسمح بالتشغيل عالي السرعة إلا عند التأكد من سلامة التزييت والتحميل وأنظمة الأمان.

الفوائد الرئيسية
من منظور المستخدم، يوفر جهاز اختبار تحمل المحامل عالية السرعة:
• بيانات تحمّل واقعية وموثوقة تحت ظروف سرعة وحمل وحرارة مجتمعة  
• تكرارية عالية بفضل البنية الميكانيكية الصلبة والتحكم الدقيق في التزييت والأحمال  
• فهم عميق لسلوك المحمل، مما يساعد في تحسين التصميم وإدارة الموردين  
• سجل رقمي شامل يدعم التأهيل والاعتماد وتحليل الأعطال  
• مرونة للتكيف مع أحجام مختلفة من المحامل ومستويات أحمال ومفاهيم اختبار متنوعة