كيفية عمل أذرع رافعة الشاحنة: فهم الرياضيات الكامنة وراء الثبات

عندما يكون رافعة شاحنة يرفع حمولة ثقيلة، يحدث شيء مهم. يحدث أذرع علوية تدفع ضد الأرض. تحافظ هذه الأذرع على الرافعة من الانقلاب. ولكن ما مقدار القوة التي يشعر بها كل ذراع من أذرع الدفع؟ دعنا نكتشف ذلك!

ما هي الحفارات الخارجية؟

الحفارات الخارجية هي أرجل قوية التي تمتد من شاحنة رافعة. فهي تلامس الأرض وترفع الشاحنة قليلاً. وهذا يجعل الرافعة مستقرة عند رفع الأشياء الثقيلة.
عند اختيارك لمهمتك، فإن معرفة قوى المداد تساعدك على العمل بأمان.

طريقتان لحساب قوى المداد الخارجي

يستخدم المهندسون طريقتين رئيسيتين لمعرفة هذه القوى:

1. الطريقة التحليلية - استخدام المعادلات الرياضية
2. طريقة العناصر المحدودة (FEM) - استخدام نماذج الكمبيوتر
   يساعد كلاهما في التأكد من عدم انقلاب الرافعات عند الرفع.

الرياضيات وراء القوى المدارية

اختبرت الدراسة التي اطلعنا عليها هذه الطرق. إليك ما وجدوه:

القياسات الرئيسية لرافعة الاختبار

الجزء	الوزن
الشاسيه	140,000 N
الهيكل العلوي	430,000 N
اللحظة الإجمالية	1,450,000,000,000 نيوتن-متر
تم إعداد أذرع الامتداد على شكل مستطيل به:

• العرض من الجانب إلى الجانب: 3,200 مم
• الطول من الأمام إلى الخلف:: 2,725 مم

ماذا يحدث عندما ترفع الرافعة؟

عندما يشير ذراع الرافعة إلى الجانب (بزاوية 90 درجة)، تكون القوى على كل ذراع رافعة مختلفة تمامًا. لنلقِ نظرة على الأرقام:

مداد	مكانها	القوة (تحليلية)	القوة (FEM)	الفرق
RA	الجبهة اليسرى	279,300 N	279,094 N	0.07%
البيروقراطية	الجهة اليمنى الأمامية	52,737 N	64,406 N	-18.12%
المنسّق المقيم	الجهة اليمنى الخلفية	5,700 N	6,398 N	-10.90%
ر.د	الخلفية اليسرى	232,263 N	220,110 N	5.52%
هل ترى كيف أن الدعامة الأمامية اليسرى (RA) تشعر بأكبر قدر من القوة؟ هذا هو الذي قد يتعطل أولاً إذا كان الحمل ثقيلًا جدًا.

عندما تشير ذراع الرافعة بزاوية

عندما يشير ذراع الرافعة بزاوية 45 درجة، يحدث شيء مثير للاهتمام. يرتفع أحد أذرع الرافعة عن الأرض تمامًا!

مداد	مكانها	القوة (تحليلية)	القوة (FEM)	الفرق
RA	الجبهة اليسرى	395,370 N	392,030 N	0.85%
البيروقراطية	الجهة اليمنى الأمامية	124,796 N	135,891 N	-8.16%
المنسّق المقيم	الجهة اليمنى الخلفية	0 N	0 N	0.00%
ر.د	الخلفية اليسرى	49,834 N	42,089 N	18.40%
عند رفع الدعامة عن الأرض (تظهر قوة 0 نيوتن)، تستخدم الشاحنة ثلاثة أرجل فقط للدعم. يُطلق على ذلك اسم دعم ثلاثي النقاط القضية.

هل تخطيط المداد مهم؟

نعم! بحثت الدراسة أيضًا في كيفية تأثير تصميم الدعامة على القوى. لقد اختبروا

1. تخطيط متقاطع - الحفارات ليست في مربع مثالي
2. تخطيط الخط المستقيم - الحفارات في مستطيل مثالي
   بالنسبة للمدد الرئيسي (RA)، كانت القوات هي

• تخطيط متقاطع 285,708 N
• الخط المستقيم: 276,001 N
  يوضح هذا الفرق 3.4% أن طريقة الإعداد مهمة!

ما الطريقة التي تعمل بشكل أفضل؟

كلتا الطريقتين جيدتان ولكن لأسباب مختلفة:

ما هو مهم	الطريقة التحليلية	طريقة FEM
السرعة	سريع جداً (بالدقائق)	أبطأ (ساعات)
الدقة للقوة الأكبر	رائع (±5%)	ممتاز (<2%)
جيد لأي مرحلة	التصميم المبكر	فحص التصميم النهائي
ما قد يفوتك	خامساً تأثيرات المداد الخامس	لا شيء كبير
بالنسبة لـ شاحنات رافعة مع وجود دعامة خامسة في المقدمة، تعمل طريقة FEM بشكل أفضل لأنها تتعامل مع هذا التعقيد الإضافي.

ما الذي يعنيه ذلك بالنسبة لأعمال الرافعات

عند استخدام مركبة مناولة المواد مثل رافعة الشاحنة:

1. إن أكبر قوة يكون دائمًا تقريبًا على ذراع الرافعة في الجهة المقابلة لمكان توجيه ذراع الرافعة
2. تعطي النماذج الحاسوبية (FEM) والصيغ الرياضية نفس الإجابة تقريبًا للقوة الأكبر
3. القوات الصغيرة هي أكثر المجالات التي تختلف فيها الطريقتان
4. عند تصميم رافعات جديدة، يكون استخدام كلتا الطريقتين هو الأذكى

السلامة أولاً!

عند العمل مع رافعات متحركة لجميع التضاريستذكّر دائماً

• قم بالإعداد على أرض مستوية وثابتة
• قم بتمديد أذرع الامتداد بالكامل عندما يكون ذلك ممكناً
• اعرف حدود رفع الرافعة الخاصة بك
• لا تتجاوز الحد الأقصى للحمل لأي موضع

الخاتمة

إن فهم قوى الدعامة يساعد المهندسين على بناء رافعات أفضل وأكثر أمانًا. تُظهر الدراسة أن العمليات الحسابية البسيطة تعمل بشكل جيد لإجراء فحوصات سريعة، لكن النماذج الحاسوبية تساعد في التقاط جميع التفاصيل.
في المرة القادمة التي ترى فيها رافعة ترفع حمولة ثقيلة، ستعرف أن هناك الكثير من العمليات الحسابية للتأكد من بقائها في وضع مستقيم!