إعداد المهندس إسمت علي - إجازة في الهندسة الميكانيكية – جامعة حلب – قسم هندسة الطاقة
شكل 1: المضخة في الموقع
مقدمة:
تستخدم مضخة الخرسانة في أعمال صب الخرسانة في مواقع البناء، حيث يتم نقل الخلطة الخرسانية من المجبل بواسطة سيارات الخلاط الى موقع العمل، تفرغ سيارة الخلاط المجبول البيتوني في الحوض الخاص في مؤخرة السيارة المضخة، ليتم فيما بعد ضخ المجبول إلى النقطة المطلوبة (شكل 1).
تهدف هذه الدراسة إلى تسليط الضوء على النظام الهيدروليكي المحمول على الآلية الذي تتم بمساعدته عملية نقل المجبول البيتوني إلى النقطة المطلوبة بعيداً عن موقع المضخة.
يتكون النظام الهيدروليكي في مضخة الخرسانة من جزأين مستقلين من ناحية الأداء والوظيفة:
- أحدهما يؤدي وظيفة إيصال المجبول البيتوني إلى النقطة المطلوبة في موقع البناء.
- أما الآخر فوظيفته تأمين عملية النشر للآلية في موقع العمل.
شكل 2: مكونات النظام الهيدروليكي لتأمين عملية نقل المجبول الى نقطة الصب
في الحالتين يتم تأمين القدرة اللازمة لعمل النظام من خرج محرك الاحتراق الداخلي الذي هو أصلا مصدر القدرة اللازمة لحركة وعمل الآلية.
كما يوضح الشكل 2، فإن النظام الهيدروليكي المنوط به عملية إيصال المجبول البيتوني إلى النقطة المطلوبة فهو مكون من العناصر الآتية:
1ـ المضخة الرئيسة Main pump :وهي المضخة الرئيسة المسؤولة عن تأمين التيار من السائل اللازم لعمل المحركات الهيدروليكية سواء الخطية الحركة أو الدورانية منها.
2- صمام التحكم Control valve: وهو المسؤول عن إدارة عمل الأسطوانات الرئيسة لدفع المجبول في الأنبوب الناقل.
3- الأسطوانات الرئيسة Main cylinders: وهي الأسطوانات المستخدمة في إيصال المجبول عبر الأنابيب من حوض الاستقبال إلى النقطة المطلوبة في موقع الصب.
شكل 3- مخطط الدارة الهيدروليكية لتأمين عملية ضخ المجبول البيتوني
4- أسطوانات المجبول البيتوني Concrete cylinders: وهي الموقع المؤقت للمجبول عند نقله من قمع الاستقبال تمهيداً لدفعه عبر الأنابيب إلى نقطة الصب بقوة ناتجة عن المكابس في الأسطوانات الرئيسة.
5- الأسطوانات التبادلية Swing cylinders : وهي الأسطوانات التي تقوم بمهمة إدارة عمل حاجب توصيل اسطوانة المجبول الممتلئة مع خط النقل وفي نفس الوقت توصيل الأسطوانة الأخرى مع حوض الاستقبال من اجل الملء بالمجبول في دورة جديدة للعمل.
6- صمام التوزيع Distribution valve: هو الصمام الذي يوصل الأسطوانة المملوءة بالمجبول مع خط النقل، ووصل الأسطوانة الفارغة مع حوض التغذية بالمجبول.
يبين الشكل 4 – آلية عمل الصمام الموزع، بشكل حرف S،
شكل 4: مخطط دارة النظام الهيدروليكي لنقل المجبول من حوض الاستقبال إلى نقطة الصب في الموقع.
7– محرك هيدروليكي دوراني لتدوير الخلاط: موجود في حوض استقبال المجبول البيتوني، للمحافظة على تجانس المجبول ودفعه إلى الأسطوانة من جهة، ومنعاً لترسب المكونات كبيرة الحجم نسبياً في أسفل قاع الحوض من جهة أخرى.
الجزء الآخر من النظام الهيدروليكي المسؤول عن عملية نشر وطي الآلية في موقع العمل لتنفيذ المهمة المطلوبة فهو مكون من مجموعة من اسطوانات القوة الهيدروليكية (الجاكات) ومحرك دوراني،
عملية تغذية هذا الجزء تتم من المضخة الرئيسة، او من مضخة مستقلة تستمد القدة اللازمة للعمل من محرك الالية، كما المضخة الرئيسة.
اسطوانات القوة الهيدروليكية (الجاكات) موزعة على المجموعات الآتية:
1- اسطوانة رفع الذراع الموزع (البووم) وهي أسطوانة أحادية الفعل وظيفتها إعطاء البووم الزاوية – في المستوي الرأسي – اللازمة للعمل، والشكل 5 يبيّن مخطط الجزء من الدارة الهيدروليكية الخاص بها.
شكل 5: مخطط توصيل أسطوانة الرفع الرئيسة
2- الأسطوانات المساعدة لذراع التوزيع: وهي المسؤولة عن إعطاء الذراع بعناصره (مقاطعه الجزئية) الوضعية المناسبة للعمل وتتحكم بالزاوية بين كل عنصرين متتالين من الذراع، ويكون عددها موافقاً لعدد مقاطع الذراع. هذه الأسطوانات من حيث التصميم هي اسطوانات ثنائية الفعل، والشكل 6 يبين مخطط الجزء من الدارة الهيدروليكية الذي يؤمن عمل تلك الأسطوانات.
شكل 6: مخطط توصيل أسطوانات (وصلات) فقرات ذراع التوزيع
3- اسطوانات تحريك أذرع الاستناد: وهي أربعة أسطوانات ثنائية الفعل تتوضع على الجانبين من هيكل الآلية. تقوم بوظيفة نشر أذرع الاستناد لتشكيل أكبر مساحة ممكنة – يمر بها الشاقول المار بمركز الجملة ككل – للمضلع الذي تشكل رؤوسه نقاط استناد الأذرع، أما مخطط الجزء من الدارة الهيدروليكية الذي يؤمن عملها فهو مماثل لمخطط توصيل اسطوانات مقاطع ذراع التوزيع (شكل6).
4- مجموعة أسطوانات أذرع الاستناد: الواحدة منها مكونة من أسطوانتين واحدة أفقية المحور وهي المسؤولة عن إعطاء الطول اللازم لذراع الاستناد الذي يسمح به موقع النشر، والأخرى رأسية المحور مثبتة على النهاية الأخرى لذراع الاستناد، تعملان على التتالي ككتلة واحدة، ومخطط الجزء من الدارة الهيدروليكية الخاص بعملها يبينه الشكل 7.
شكل 7: مخطط توصيل مجموعة أسطوانات ذراع الاستناد
5- مجموعة تدوير الذراع الموزع بالزاوية: في المستوي الأفقي – المناسبة للعمل في الموقع – وهي مكونة من محرك هيدروليكي دوراني عموده متصل مع ناقل مسنني خافض للسرعة ورافع للعزم، وأسطوانة قوة أحادية الفعل تشغل قامطاً مثبتاً للقاعدة الدوارة، يعملان معا ككتلة واحدة.
6- وحدة التغذية: وهي الجزء الأساسي في المنظومة، تؤمن التيار السائل اللازم بالغزارة والضغط المناسبين لعمل المنظومة في نشر الآلية وطيّها بعد انتهاء عملية الصب، وهي إما مستقلة وخاصة بمنظومة النشر والطي، أو يمكن أن تكون ملحقة بوحدة تغذية منظومة ضخ المجبول البيتوني.
شكل 8: مخطط وحدة التغذية للنظام الهيدروليكي للآلية
تتكون وحدة التغذية عادة من خزان الزيت بحجم مناسب مجهّز بما يلزم من حساسات حرارة ومنسوب، وملحق به مبادل حراري، ومضخة حجمية غالباً من النمط متغير الإزاحة، تستمد القدرة اللازمة للعمل من محرك الآلية.
حساب وتحديد بارامترات عمل النظام الهيدروليكي:
يهدف هذا الجزء من الدراسة إلى تحديد المواصفات – المناسبة لعمل النظام – لمكونات النظام من مضخة ومحركات وتجهيزات أخرى تكمل عمل النظام بالشكل الأمثل والمطلوب من أداء الآلية.
لدينا نظامان كما ورد آنفاً، أحدهما لإدارة عمل منظومة ضخ المجبول البيتوني، والآخر لإدارة عمليتي نشر وطي الآلية في موقع العمل.
حساب بارامترات منظومة ضخ المجبول البيتوني:
ليكن المثال وفقا للمواصفات الفنية للمضخة Putzmeister M24-4 ذات المواصفات الآتية:
الآلية:
الانتاجية: 110 م3\ساعة
الارتفاع الأعلى: 23.6 م
المسافة القصوى: 19.7 م
الارتفاع لأسفل : 11.1 م
الضغط : 78 بار
ذراع التوزيع
عدد المقاطع: 4
ناقل المجبول البيتوني
القطر: 125 مم
طول خرطوم النهاية: 4 م
وحدة الضخ (مجموعة الخرسانة)
قطر الأسطوانة: 230 مم
طول شوط المكبس: 140 مم
حجم خزان الزيت: 580 – 600 ليتر
حجم خزان الوقود: 250 ليتر
عند الإنتاجية المبينة أعلاه، وأبعاد أسطوانة الضخ سيكون لدينا:
حجم البيتون للدفقة الواحدة: 58.1 دم3 .
عدد الأشواط في الساعة: 1892 شوط
زمن تقدم المكبس: 1.9 ثانية
هذا يعني أن المكبس سيتحرك بسرعة قدرها 0.75 م \ث
وفقا للتصميم المبين بالشكل 4 حيث تتم تغذية زيت الهيدروليك إلى جوف الساعد، ويكون السطح الفعال بشكل حلقة دائرية قطرها الخارجي 230 مم وقطرها الداخلي 125 مم – فرضاً – سيكون التدفق اللازم لتأمين حركة المكبس بالسرعة المبينة أعلاه:
21.5 ليتر/ث
وعند سرعة دوران لعمود المحرك قدرها 2000 دورة\ د سيكون مطلوباً:
مضخة حجمية ذات حجم عمل قدره 760 سم3 ومع أخذ الفقد الحجمي بالاعتبار سيكون الحجم العامل 800 سم3 , ومعه ستكون الغزارة التي ستقدمها المضخة 1400 ليتر \ د.
المراجع:
- مجموعة محاضرات في كلية الهندسة الميكانيكية جامعة حلب من محاضرات الدكتور المهندس جبرائيل طه
- https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&opi=89978449&url=https://ar.aimixgroup.com/concrete-pump/boom/&ved=2ahUKEwimncTFk7aSAxXtgf0HHeJQMAcQFnoECBsQAQ&usg=AOvVaw3kmOjGOrVtWJ0vS2txVY8A
- https://daswell.com/ar/contact-us/#:~:text=3165%D8%A7%D9%84%D8%A8%D8%B1%D9%8A%D8%AF%20%D8%A7%D9%84%D8%A5%D9%84%D9%83%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%86%D9%8A%3A%20info%40daswell%2EcomWeChat
- https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&opi=89978449&url=https://www.hm-mixingplant.com/product/trailer-concrete-pump/&ved=2ahUKEwimncTFk7aSAxXtgf0HHeJQMAcQFnoECDgQAQ&usg=AOvVaw1nbkSjtt5WI51hsZM2HcfO