أحزمة V المقطوعة الحافة، والأحزمة متعددة الأضلاع، والأحزمة المتزامنة

الأنواع الأسرع نموًّا من أحزمة النقل في السنوات الأخيرة هي أحزمة الـ V ذات الحواف المقطوعة، والأحزمة متعددة التلافيف (الشكل ٢)، والأحزمة المتزامنة (الشكل ٣). وتتميَّز أحزمة الـ V ذات الحواف المقطوعة بكفاءة أعلى في النقل، وقدرة أكبر على نقل القدرة، وعمر خدمة أطول، وتوفير أعلى للطاقة مقارنةً بأحزمة الـ V المغلفة. وبجانب الاستفادة من مزايا أحزمة الـ V ذات الحواف المقطوعة، تتمتَّع الأحزمة متعددة التلافيف أيضًا بمرونة الأحزمة المسطحة، ونسب سرعة عالية، وقدرة على التشغيل بسرعات عالية. وتشكِّل محركات الأحزمة المتزامنة مزيجًا من محركات الأحزمة ومحركات السلاسل ومحركات التروس. ونتيجةً لذلك، تزداد باستمرار أعداد التطبيقات التي تُستخدم فيها هذه الأحزمة، وهي ظاهرة ستستمر في المستقبل ضمن تطوير أحزمة النقل.

عمليات الإنتاج والمعدات التصنيعية لحزام V المتطور، والحزام متعدد الحزوز، والحزام المتزامن متشابهة جوهريًا، والفرق الوحيد يكمن في بعض الإجراءات المحددة ومراحل المعالجة الإضافية. ويشمل التصنيع عمليات تصنيع المكونات (باستخدام البثق الورقي، وتوصيل الألواح المحشوة بالألياف القصيرة، وتطريز نسيج النايلون المطاطي، وقص النسيج)، والتجميع، والتصليب، والطحن، والقطع، وفحوصات الجودة (المظهر، والأبعاد، والأداء).

٢.١ إنشاء

عادةً ما تُستخدم آلات البناء ذات الأسطوانة الواحدة في تصنيع أحزمة V ذات الحواف المقطوعة، والأحزمة متعددة التلافيف، والأحزمة المتزامنة. ولإزالة تأثير الالتواء في حبل الشد المستخدم في الأحزمة المتزامنة، يلزم وجود نظامَي شد منفصلين لوضع الحبال ذات اتجاهات الالتواء المختلفة (أي الالتواءان "S" و"Z") في وقتٍ واحد. وفي السنوات الأولى، استورد عددٌ من الشركات الصينية آلات بناء تابعة لشركة SCHOLZ الألمانية. وقد كانت هذه الشركات تميل إلى استيراد آلات البناء متعددة الأغراض (الآلات الشاملة) نظراً للعوامل الاستثمارية السائدة في تلك الفترة. وتصلح هذه الآلات لتصنيع أحزمة V الملفوفة، وأحزمة V ذات الحواف المقطوعة، والأحزمة متعددة التلافيف، والأحزمة المتزامنة، وكذلك لقص الأكمام الواقية، وصقل الجانب الخلفي للأحزمة المتزامنة. وأحزمة V المتطورة وأحزمة التزامن. وتتكوّن الآلة من محرك رئيسي، وطبلون بناء، وطبلون قص، ووحدة قص، ووحدة طحن، وذيل ثابت، ووحدة إخراج شرائط ذات أربعة محطات، ووحدة وضع الحبال، ووحدة إخراج حبال ذات محطتين، ونظام تحكُّم كهربائي.

وبالدمج أو التفاضل بين بعض وظائف آلة بناء أحزمة V متعددة الوظائف، تم إنشاء معدات متخصصة تشمل آلات الطحن/القص التي تمتلك وظائف القص والطحن العكسي، وآلات البناء أحادية الوظيفة، وآلات القص، وآلات الطحن العكسي. وهذه الآلات متماثلة هيكليًّا بشكل أساسي، إذ تحتوي على المكونات الوظيفية الضرورية وتستغني عن المكونات غير الضرورية المستخلصة من آلة بناء أحزمة V متعددة الوظائف.

في الصين، شركة تشينغداو ييليدا ليست الشركة الوحيدة التي نفذت وحققت بنجاح المشروع الوطني للعلوم والتكنولوجيا المعروف باسم الخطة الخمسية التاسعة، بل إن شركات مصنِّعة أخرى تُنتج أيضًا آلات تصنيع الأحزمة المُسنَّنة (V-belt) والأحزمة متعددة الحزوز (multi-ribbed belt) والأحزمة المتزامنة (synchronous belt). وتتشابه هذه الآلات إلى حدٍّ كبير في مبادئ تشغيلها، وتتفاوت منتجاتها بين البساطة والتعقيد حسب مستوى متطلبات المستخدم.

٢.٢ الت Vulcanization

أحزمة V المقطوعة الحافة، والأحزمة المتزامنة، والأحزمة متعددة التعرجات تُخضع لعملية الت Vulcanization بنفس الطريقة المُستخدمة في أحزمة V المغلفة، وذلك باستخدام أفران الت Vulcanization ذات الغلايات المضغوطة، ويمكن إخضاع جميع هذه الأنواع للـ Vulcanization في أفران ت Vulcanization رأسية ذات غلاف مطاطي. ووفقاً لأسلوب الضغط المستخدم، توجد نوعان من أفران الت Vulcanization ذات الغلاف المطاطي: النوع الذي يستخدم البخار للتسخين والضغط، والنوع الذي يستخدم البخار للتسخين مع الضغط بالماء. وفي الوقت الراهن، فإن كل من الأفران المستوردة وأفران DLT المحلية الصنع تنتمي إلى النوع الأول (أي الذي يستخدم البخار للتسخين والضغط). وهي تستخدم نظام التحكم PLD (التناسبي، التكاملي، التفاضلي)، وتوفّر دقة عالية في التحكم بدرجة الحرارة، وكفاءة إنتاجية عالية، وجودة عالية للمنتج، لكنها تتطلب غلاية بخار تعمل عند ضغط متوسط أو عالٍ.

٢.٣ قص أحزمة V المقطوعة الحافة

٢.٣.١ القص على طبلة واحدة

في القطع الأسطواني الأحادي، تُستخدم آلة قطع أسطوانية أحادية، تشمل آلة تصنيع الحزام الـ V متعدد الوظائف المذكورة أعلاه. ويجب قطع غلاف وقائي للقطع مسبقًا على طبلة توسعية ثم تلميعها بشكل دائري. وبعد ذلك، يُقطَّع الغلاف إلى أحزمة V منفصلة ذات حواف مقطوعة باستخدام سكينين دائريتين. وتكون مقطع الحزام عرضيًّا متجانسًا، كما أن الطاقة الإنتاجية عالية جدًّا. لكن تكلفة الطبلة التوسعية مرتفعة، وعمل تركيب الغلاف الوقائي شاقٌّ ويستغرق وقتًا طويلاً.

٢.٣.٢ القطع الأسطواني المزدوج

في قص الأحزمة ذات الأسطوانتين، تُستخدم آلة قص ذات أسطوانتين لقص غلاف الحزام المُ Vulcanized إلى أحزمة منفردة وفقًا لمعايير العرض والزاوية. وقد اخترع هذه الآلة في البداية شركة بيرستورف الألمانية. وقد استوردت عددٌ من المصانع الصينية، مثل تلك الموجودة في شنغهاي وكايفنغ، هذه الآلات تباعًا من ألمانيا. وطوّرت شركات محلية صينية مثل شركة تشينغداو ييليدا وتشينغداو موسون وشاوشينغ جونما هذا النوع من المعدات. وتتكوّن آلة قص الأحزمة ذات الأسطوانتين من محرك رئيسي، وأسطوانة قص، وأسطوانة شد، وجهاز قص، ونظام تحكّم. ويمكن قص الأحزمة التي يبلغ محيطها الداخلي ما بين ٦٨٠ و٣٠٠٠ مم عن طريق التحكم في المسافة بين أسطوانة الشد وأسطوانة القص. ولا تتطلب آلة قص الأحزمة ذات الأسطوانتين استخدام أسطوانة توسيع أو غلاف حماية للقطع، مما يؤدي إلى خفض الاستثمار في المعدات. ومع ذلك، فإن دقة القص أقل نسبيًّا، كما يتطلّب الحزام المقطوع قياس طوله وتجهيزه بالطحن.

٢.٤ طحن الحزام متعدد الحواف

يتم تشكيل غلاف الحزام المتعدد الأضلاع المُكَبَّر ليأخذ سطحه المتعدد الأضلاع باستخدام ماكينة طحن الحزام المتعدد الأضلاع. ويمكن تصنيف هذه الآلات إلى ماكينة طحن حزام متعدد الأضلاع من النوع الفردي وماكينة طحن الغلاف الكامل للحزام المتعدد الأضلاع، وفقًا لأسلوب المعالجة المستخدم.

٢.٤.١ طحن الحزام المتعدد الأضلاع من النوع الفردي

ماكينة طحن الحزام المتعدد الأضلاع من النوع الفردي هي آلة تتكون من وحدة الطحن، وبكرة القيادة، وبكرة التوتر، ونظام التحكم الكهربائي. ويُقطَع قالب الحزام إلى العرض المطلوب، ثم يُركَّب حول بكرة القيادة ويُشَدُّ بواسطة بكرة التوتر، ويتم طحن الحزام بالدوران عالي السرعة لعجلة طحن ذات شكل هندسي خاص. ويمكن استخدام هذه الآلة لطحن أضلاع أحزمة PJ وPK وPL المتعددة الأضلاع، التي يتراوح محيطها بين ٦٠٠ و٢٥٠٠ مم، وعرضها أقل من ٣٠ مم، وبسرعة خطية للطحن تبلغ ٣٠ م/ث.

٢.٤.٢ طحن الغلاف الكامل للحزام المتعدد الأضلاع

مبدأ عمل آلة طحن الحزام ذي الأكمام الكاملة متعدد الحبال هو كالتالي: يُثبَّت غلاف الحزام المُ Vulcanized مع قوالبه على العمود الرئيسي لآلة الطحن ويتحركان معه دورانيًّا. وعند الانتهاء من طحن قسمٍ واحدٍ، تُحرَّك وحدة الطحن عرضيًّا لمسافة محددة للانتقال إلى قسمٍ تالٍ لاستكمال عملية الطحن حتى يُنتهي طحن الغلاف بالكامل. وآلة طحن الحزام متعدد الحبال هي آلة تعمل على الغلاف الكامل، وتتميَّز بكفاءة إنتاج أعلى وبدقة أبعاد أكبر في منتجاتها مقارنةً بالآلة الأحادية الحزام. ومع ذلك، فإن هذه الآلة تتطلب دقةً أعلى في المعدات والقوالب وأنظمة التحكم، وبالتالي فإن الاستثمارات المطلوبة في المعدات تكون أكبر. ويمكن أيضًا استخدام هذه الآلة لطحن الوجه الخلفي لأحزمة التوقيت.

3. الفحص

تشمل فحوصات الحزام الناقل الشاملة جوانب المظهر الخارجي (مثل الأبعاد العرضية والطول)، والخصائص الفيزيائية والميكانيكية، والأداء الديناميكي (قدرة النقل وعمر التعب).

٣.١ قياس الطول

منذ إصلاح الصين وانفتاحها، تم مراجعة معايير أحزمة النقل الصينية وتطويرها تباعًا بما يتماشى مع المعايير الدولية والأوروبية/الأمريكية. وقد جرى تنظيم طول أحزمة النقل وفق نظام القطر المرجعي (Datum System) ونظام الطول الفعّال (Effective System)، بدلًا من نظام المحيط الداخلي الذي كانت تعتمده الصين لعدة عقود. ولذلك، يلزم استخدام معدات متخصصة لاختبار الطول. وابتداءً من منتصف ثمانينيات القرن العشرين، صمّمت مؤسسة شنغهاي لتصميم وبحث الطائرات جهاز اختبار طول الحزام الـV المستخدم في السيارات لتلبية متطلبات وضع المعيار الخاص بأبعاد حزام الـV المستخدم في السيارات. وبمجرد دخول المعيار الجديد لأحزمة الـV حيز التنفيذ في الصين، أصبح جهاز اختبار طول حزام الـV معدّةً إلزاميةً لدى المصنّعين.

تتطلب آلات اختبار طول الحزام المتزامن أداءً أكثر دقة، وعادةً ما تعتمد على طريقة القياس النسبي. وقد استورد مصنع ووشى للمطاط جهاز اختبار طول الحزام المتزامن من شركة SCHOLZ الألمانية. كما صمّمت جامعة شرق الصين للعلوم والتكنولوجيا (SEU) وشركة تشينغداو مويسون (QINGDAO MOSON) أجهزة اختبار من هذا النوع.

٣.٢ عمر التعب

يمكن تصنيف اختبارات عمر التعب إلى طريقتين: إحداهما بدون عزم والثانية مع عزم، وتُعرف الطريقة الأولى باسم «جهاز الاختبار الانحنائي». وقد تم تطوير جهاز اختبار بدون عزم ليتوافق مع المعيار الجديد لأحزمة V في الصين (GB1174-96). وخلال الاختبار، لا تنقل الحزام أي قدر من القدرة، ولا يحدث انزلاق بين السطحين الداخلي والخارجي للحزام بالنسبة إلى البكرة، كما لا يتغير الشد الداخلي للحزام مع دوران البكرة. ويُحاكي هذا الاختبار انحناء الحزام فقط عند مروره فوق بكرة، ويُحسب عدد مرات الانحناء ويُقاس الاستطالة الناتجة. وعادةً ما يستغرق هذا الاختبار من ٥ إلى ٧ أيام لإكماله، أو يمكن تسريع معدل التآكل بتقليل قطر البكرة أو الشد الأولي. ولهذه الطريقة ارتباط ضعيف بالظروف العملية الفعلية لتشغيل أحزمة النقل، وهي أكثر ملاءمةً لمراقبة الجودة.

الطرق التي تستخدم العزم يمكن أن تُقدِّم تحديدًا شاملاً ودقيقًا نسبيًّا لجودة حزام النقل في فترة زمنية قصيرة. وقد استوردت شركات التصنيع في قوييانغ ووشي وكايفنغ آلات اختبار عمر التعب للحزام الـV المستخدم في السيارات، المصنَّعة خارج الصين. أما آلات اختبار عمر التعب للحزام الـV المستخدم في السيارات، التي كانت تستخدمها سابقًا مصنع شانغهاي للمنتجات المطاطية رقم ٢، فقد صمَّمتها لفترةٍ من الزمن جامعة هاربين للتكنولوجيا. كما استوردت شركة التصنيع في ووشي جهاز اختبار عمر التعب للحزام متعدد الحبال المستخدم في السيارات، والذي يتمتَّع أيضًا بأداء ممتاز في اختبار عمر التعب عند درجات الحرارة المرتفعة.

تُستخدم آلات اختبار عمر حزام المحرك غير المتزامن للسيارات بشكل أقل في الصين. وصمم وانغ جييمين آلة اختبار عمر حزام المحرك غير المتزامن للسيارات لمصنع لياويانغ جيداي، استنادًا إلى براءة الاختراع "جهاز الاختبار الديناميكي متعدد الوظائف لحزام النقل" (رقم طلب البراءة: 99258441)، والتي تتوافق مع المعيار GB/T18183-2000 (المكافئ للمعيار ISO10917:1995) المعنون "طريقة اختبار عمر حزام المحرك غير المتزامن للسيارات تحت ظروف الإجهاد التعبوي". ويمكن لهذه الآلة إجراء اختبار الإجهاد التعبوي في ظروف رش الماء الساخن.

وبما أن سوق السيارات الصينية تتوسع باطراد، وأن أداء السيارات قد تحسّن تحسّنًا كبيرًا، فإن المتطلبات المفروضة على أداء حزام المحرك غير المتزامن للسيارات تزداد ارتفاعًا باستمرار. ولذلك فإن المهمة المتمثلة في تسريع تطوير وإنتاج وتعميم آلات اختبار عمر حزام المحرك غير المتزامن للسيارات في الصين تكتسب أهميةً بالغة.

4. التوقعات

الحالة والآفاق المستقبلية لمعدات تصنيع أحزمة النقل في الصين (2005)

وبينما شهد تصنيع الحزام الناقل تطورًا كبيرًا على مر السنين بفضل الاستيراد والمحاكاة والاندماج والتطوير المستقل، فإن ذلك يعكس إلى حدٍ ما المستوى الحالي لصناعة الأحزمة الناقلة المحلية، إلا أن هناك فجوةً لا تزال قائمةً عند مقارنتها بالشركات المصنعة الأجنبية. وأبرز مظاهر هذه الفجوة هي:

(1) وجود تفاوتٍ كبيرٍ في مستوى تصنيع الأحزمة الناقلة داخل القطاعات الصناعية، حيث تفتقر المعدات إلى التطور، وتؤدي المنتجات ذات الجودة المنخفضة إلى الإضرار الشديد بالتنمية السليمة لسوق الأحزمة الناقلة، وبخاصة في مجال الترويج وتطبيق الأحزمة الجديدة.

(2) لا تزال المعدات المصنَّعة محليًّا تفتقر في دقتها ومستوى أتمتتها وتكاملها الميكانيكي-الإلكتروني واعتمادها للتقنيات الجديدة إلى التقدم المحقَّق لدى الشركات المصنعة الأجنبية.

(3) معدات التصنيع لأنواع معينة من أحزمة النقل لم تُنتج بعد في الصناعة المحلية: معدات التصنيع وتكنولوجيا العمليات الخاصة بالأحزمة المتعددة الحزوز المصبوبة، والأحزمة المسننة ثنائية الاتجاه، والأحزمة المسننة المُحقَنة ذات الربط التفاعلي، والأحزمة المسننة المدعّمة بألياف قصيرة، والأحزمة المسننة الحلزونية (أو على شكل عظم السمكة)، وحزام ناقل الحركة المتغير باستمرار (CVT).

(4) لا توجد تقريباً حقوق ملكية فكرية مستقلة في بعض الجوانب. وقد حصلت الشركات الأجنبية الرائدة في مجال التصنيع على براءات اختراع خاصة بتقنياتها ومعداتها. وبما أن الصين انضمت إلى منظمة التجارة العالمية وعزّزت حماية الملكية الفكرية، فإن التنمية المستدامة والقدرة التنافسية الدولية في قطاع أحزمة النقل الصيني تواجه قيوداً كبيرة.

(٥) طرق الاختبار والتفتيش القديمة. تركز الشركات المصنعة الأجنبية الكبرى على البحث والتطوير من حيث الأداء والتحكم في الجودة، وبعضها حقق بالفعل الاختبار الإلكتروني التلقائي عبر الإنترنت. ولدى الشركات الأجنبية الكبرى أكثر من مئة نوع من آلات الاختبار الديناميكي المستخدمة لاختبار متكامل من زوايا متعددة، وتستخدم كل منها طريقة اختبار خاصة بها. أما فيما يخص آلات اختبار عمر التعب، فهي محدودة جدًّا بين الشركات المحلية المصنِّعة، ومعظم هذه الآلات معطلة حاليًّا.

وبالنظر إلى جميع الحقائق المذكورة أعلاه، يرى الكاتب أن الاتجاه المستقبلي لتصنيع معدات الأحزمة الناقلة ينبغي أن يكون:

(١) مواصلة تحسين دقة وموثوقية ومستوى الأتمتة لمعدات التصنيع الحالية، وذلك باستخدام تقنيات الحاسوب الحديثة لتحقيق التفاعل بين الإنسان والآلة.

(٢) تطوير عاجل لمعدات التصنيع المحلية مثل آلة تصنيع الأحزمة المتعددة الحواف المُصبَّبة، وآلة الضغط الدوراني لتصليب الأحزمة ذات الشكل V، ومعدات تصنيع الأحزمة الناقلة المسننة ذات الاتجاهين.

(3) تعزيز البحث والتطوير في التقنيات والمعدات الجديدة، مثل أحزمة النقل ذات الربط التفاعلي بالحقن، وأحزمة النقل المدعَّمة بألياف قصيرة، وأحزمة النقل المسننة الحلزونية (ذات الأسنان على شكل عظم السمكة)، وحزام V المطاطي الحراري البلاستيكي وحزام ناقل الحركة المتغير المستمر (CVT).

(4) توطين معدات الاختبار، وتحسين موثوقية آلات الاختبار، وبخاصةً الترويج لآلة اختبار الأحزمة متعددة الحواف عند درجات الحرارة المرتفعة، وآلة اختبار عمر التعب للأحزمة غير المتزامنة للسيارات مع رش الماء عند درجات الحرارة المرتفعة، وآلة اختبار عمر التعب لأحزمة ناقل الحركة المتغير المستمر (CVT) للدراجات النارية.

(5) ينبغي للمصنِّعين الذين تتوافر لديهم الظروف الملائمة أن يبادروا بتطوير تقنيات ومعدات الإنتاج الخاصة بهم.