آشنایی با سامانه‌های الکترونیکی ایمنی باربرداری جرثقیل (LMI/RCI/RCL)

معرفی و تعریف

جرثقیل‌های الکتروهیدرولیک به گروهی از جرثقیل‌ها گفته می‌شود که انتقال توان در آن‌ها توسط سیال هیدرولیک (روغن) انجام می‌گیرد؛ فارغ از نوع قوای محرکه (موتور دیزل، الکتریکی یا هیبرید). در این سازوکار، پمپ‌های هیدرولیک انرژی را به عملگرها (سیلندرها و هیدروموتورها) منتقل می‌کنند. نقش برق و الکترونیک در این جرثقیل‌ها تسهیل و بهینه‌سازی کنترل حرکات است تا عملیات باربرداری با دقت بالاتر، مصرف انرژی کمتر و به‌طور چشمگیر ایمن‌تر انجام شود. سامانه‌های الکترونیکی ایمنی باربرداری که با نام‌های LMI/RCI/RCL نیز شناخته می‌شوند، مغز محاسباتی و نظارتی عملیات باربرداری‌اند.

اهمیت سامانه‌های الکترونیکی ایمنی

• جلوگیری از ورود به مناطق خطر و پیشگیری از واژگونی با پایش لحظه‌ای ظرفیت مجاز.
• افزایش دقت باربرداری با اندازه‌گیری پویا و جبران وزن مرده بوم، قلاب، کابل و ملحقات.
• بهینه‌سازی سرعت و نرمی حرکات با کنترل‌های تناسبی و کاهش ضربه‌های دینامیکی.
• ثبت داده‌ها و ردیابی رخدادها برای تحلیل ایمنی، آموزش و نگهداری.
• انطباق با استانداردهای ایمنی بین‌المللی و الزامات بازرسی دوره‌ای.

دسته‌بندی جرثقیل‌ها بر حسب نوع بوم

بوم مشبک (معادل رایج: بوم خشک یا Lattice Boom): طول بوم معمولاً قطعه‌ای و ثابت در هر پیکربندی است؛ تغییر زاویه با وینچ لافینگ انجام می‌شود.

بوم تلسکوپی (Telescopic Boom): طول بوم پیوسته قابل تغییر است؛ زاویه بوم با سیلندر اصلی زیر بوم کنترل می‌شود.

سنسورها و پارامترهای اندازه‌گیری کلیدی

۱) مشترک بین اغلب جرثقیل‌ها

• سنسور زاویه بوم (Inclinometer): تعیین زاویه دقیق بوم نسبت به افق.
• سنسور طول بوم: انکودر خطی، پتانسیومتر دورانی یا حسگر کابلی برای تعیین طول لحظه‌ای بوم تلسکوپی؛ در بوم خشک طول از پیکربندی نصب‌شده از اپراتور جرثقیل دریافت می‌شود.
• سنسور ضد برخورد قلاب با سرِ بوم (A2B): میکروسوئیچ ایمنی برای جلوگیری از برخورد قلاب به بوم است و احتمال پارگی و جدا شدن هوک (قلاب ) از وایر ( سیم بکسل مربوطه ) را ازبین میبرد.
• سنسور جهت و زاویه چرخش (Slew Encoder): برای کنترل محدوده کاری و حفاظت از تجهیزات پیرامونی.
• سنسور سرعت و جهت باد (آنِمومتر): برای اِعمال دی رِیتینگ ظرفیت ( دی رِیتینگ : کاهش ظرفیت باربرداری ) در بادهای شدید.
• سنسورهای وضعیت جک های استقرار (Outrigger): موقعیت باز/بسته، فشار/نیروی وارد بر هر پایه، و تراز شاسی.
• سنسور سطح شیب‌سنج شاسی: پایش شیب محل استقرار.

۲) ویژه بوم خشک (Lattice)

• سنسورهای تنش/نیرو در مهاری ها و پندانت‌ها: پین‌های توزین یا سلول‌های بار روی نقاط انتهایی یا قرقره‌های هرزگرد برای تخمین تنش خطوط.
• لودسل بار روی سر بالابر یا قلاب: اندازه‌گیری مستقیم کشش سیم‌بکسل.
• – ورودی‌های پیکربندی: طول بخش‌های مونتاژ شده، زاویه جیب (Jib) و نوع پیکربندی.

۳) ویژه بوم تلسکوپی

• سنسور فشار سیال در سیلندر اصلی بوم: مبنای محاسبه گشتاور وارده به تکیه‌گاه بوم.
• سنسورهای طول و زاویه بوم: برای محاسبه شعاع بار و ظرفیت مجاز.
• سنسور کشش وینچ: در صورت نیاز به صحت‌سنجی بار واقعی روی قلاب.

معماری سامانه ایمنی و کنترل

• واحد کامپیوتر جرثقیل (ECU ایمنی): جمع‌آوری داده سنسورها، اجرای الگوریتم‌های محاسبه ظرفیت و گشتاور، مدیریت هشدارها و قطع عملکرد.
• شبکه ارتباطی: CAN-BUS (مانند پروتکل‌های J1939 یا CANOpen) برای تبادل داده بین سنسورها، واحد نمایش، ECU موتور و شیرهای تناسبی (پروپرشنال) .
• واسط کاربر-ماشین (HMI): نمایشگر رنگی صنعتی با نشان‌دادن ظرفیت مجاز، شعاع بار، زاویه و طول بوم، وزن بار، وضعیت مهارکننده‌ها، کُدهای خطا و نمودارهای بار.
• عملگرها: شیرهای تناسبی (پروپرشنال) یا On-Off هیدرولیک برای کنترل حرکت و فعال‌سازی قطع اضطراری یا کاهش سرعت نزدیک محدوده خطر.

نحوه محاسبه ظرفیت و جلوگیری از واژگونی

1. اندازه‌گیری: ECU به‌طور پیوسته زاویه، طول بوم، فشار سیلندر، وضعیت مهارکننده‌ها، سرعت باد و کشش قلاب را می‌خواند.
2. جبران‌ها: وزن مرده بوم، کابل، قلاب و اتصالات از اندازه‌گیری‌ها کسر می‌شود؛ اثر شیب زمین و وضعیت بازشدگی مهارکننده‌ها اعمال می‌گردد.
3. مطابقت با جداول بار: با توجه به پیکربندی فعلی، شعاع بار و جداول ظرفیت سازنده، ظرفیت مجاز محاسبه می‌شود.
4. تصمیم ایمنی: در رسیدن به درصدی از ظرفیت (مثلاً ۹۰%) هشدار صوتی/نوری فعال می‌شود؛ در عبور از حد مجاز، سیستم به‌صورت خودکار برخی حرکات خطرزا را قطع یا محدود می‌کند (مانند افزایش شعاع، جمع‌نکردن مهارها یا بالا بردن بوم در جهت ناپایدار).

عملکردهای کلیدی ایمنی و کنترلی

• محدود کننده ظرفیت بار (RCL/RCI/LMI).
• محدود کننده محدوده کاری و جلوگیری از برخورد (Working Range Limiter/Zone Limitation).
• یکروسویچ ضد برخورد قلاب با سرِ بوم (A2B).
• قفل نوسان/محدودکننده چرخش برای حفاظت محیطی.
• دی رِیتینگ در آب و هوای دارای باد و ناشی از شیب دستگاه .
• تنظیم شیب خودکار و تراز شاسی با بازخورد سنسورها.
• کاهش سرعت نزدیک مرزها و توقف نرم برای کاهش شوک دینامیکی.
• ثبت رخدادها، داده‌نگاری و تلماتیک برای پشتیبانی، نگهداری پیش‌گویانه و تحلیل ایمنی.

تفاوت‌های اندازه‌گیری در بوم خشک و تلسکوپی

• بوم خشک: تمرکز بر اندازه‌گیری مستقیم کشش خطوط و/یا استفاده از پین‌های توزین و تنظیمات پیکربندی بوم؛ زوایا با زاویه سنج (شیب سنج) . ظرفیت بر اساس جدول‌های سازنده و شعاع محاسبه‌شده تعیین می‌شود.
• بوم تلسکوپی: ترکیب فشار سیلندر اصلی بوم با طول و زاویه بوم برای برآورد گشتاور وارده. در صورت نیاز، سنسور کشش وینچ برای صحت‌سنجی به‌کار می‌رود.

مزایای پیاده‌سازی سامانه‌های الکترونیکی ایمنی

• ارتقای سطح ایمنی اپراتور و نفرات سایت و کاهش حوادث واژگونی.
• افزایش بهره‌وری با کاهش توقف‌های غیرضروری و سرعت‌دهی به تصمیم‌گیری اپراتور.
• کاهش هزینه‌های تعمیرات با پایش وضعیت و تشخیص زودهنگام خرابی سنسورها و شیرها.
• تسهیل انطباق با استانداردها و ممیزی‌های ایمنی.

معیارهای انتخاب، طراحی یا به‌روزرسانی سامانه

• انطباق با استانداردها: EN 13000 (جرثقیل‌های متحرک)، ISO 10245 (LMI/RCI)، ASME B30.5، و سطوح ایمنی IEC 61508/ISO 13849 (SIL2/3 یا PLd/e).
• درجه حفاظتی و محیطی: IP67 یا بالاتر، مقاومت EMC/ESD و تاییدیه‌های خودرویی.
• معماری ایمنی: مسیرهای اندازه‌گیری و قطع دوگانه/افزونگی در المان‌های حیاتی.
• گستره عملکرد: پشتیبانی از چند پیکربندی بوم، جیب، و بارهای نامتقارن.
• سهولت کالیبراسیون و خدمات: دسترسی به پورت‌های سرویس، آموزش اپراتور و مستندات کامل.
• قابلیت یکپارچه‌سازی: سازگاری با شبکه‌های CANbus/J1939، ورودی/خروجی‌های آنالوگ و دیجیتال، و امکان تلماتیک.

نصب، کالیبراسیون و نگهداری

• نصب مکانیکی اصولی سنسورها با مسیر بارگذاری صحیح و ایزولاسیون ارتعاش.
• مسیریابی استاندارد سیم‌کشی و محافظت در برابر سایش، حرارت و تداخل الکترومغناطیسی.
• کالیبراسیون اولیه: با وزنه‌های مرجع یا آزمون بار اثباتی طبق دستورالعمل سازنده؛ تنظیم آفست‌ها و اسپن سنسورها.
• آزمون‌های دوره‌ای: بررسی عملکرد A2B، صحت زاویه/طول بوم، صحت فشار سیلندر و بازخوانی ظرفیت در چند شعاع منتخب.
• بازبینی پس از هر تعمیر یا تغییر پیکربندی بوم/ملحقات.
• پایش سلامت: کدهای خطا، بی‌نظمی‌های فشار/زاویه، و تطابق با منحنی‌های انتظار؛ تعویض پیشگیرانه قطعات مستهلک.

اصطلاحات کلیدی

1. LMI/RCI/RCL: سامانه‌های نشان‌دهنده/کنترل‌کننده بار ایمن.
2. A2B: میکروسویچ ضد برخورد قلاب با سرِ بوم.
3. شبکه ارتباطی صنعتی روی ماشین CAN-BUS CANOpen/J1939 .
4. دی رِیتینگ: کاهش ظرفیت مجاز بر حسب شرایط محیطی/پیکربندی.
5. شعاع بار: فاصله افقی محور چرخش تا مرکز ثقل بار آویزان.
6. جدول باربرداری: داده‌های کارخانه برای ظرفیت مجاز در طول/زاویه/پیکربندی‌های مختلف.

جمع‌بندی

در جرثقیل‌های الکتروهیدرولیک، توان با هیدرولیک جابجا می‌شود اما ایمنی، دقت و بهره‌وری به‌صورت تعیین‌کننده به الکترونیک وابسته است. سامانه‌های الکترونیکی ایمنی باربرداری با اتکا به سنسورهای زاویه، طول، فشار، کشش، باد و وضعیت مهارکننده‌ها، ظرفیت مجاز را به‌طور لحظه‌ای محاسبه کرده، اپراتور را آگاه می‌کنند و در صورت نیاز از ادامه حرکت‌های خطرناک جلوگیری می‌کنند. به‌کارگیری این سامانه‌ها نه‌تنها الزامی برای انطباق با استاندارد است، بلکه تفاوتی محسوس در ایمنی پروژه، طول عمر تجهیزات و کارایی عملیات باربرداری ایجاد می‌کند.