مأخذ الطاقة

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
مأخذ الطاقة في الجزء الخلفي من جرار زراعي
يوجد عمود نقل الحركة (PTO) (في المربع السفلي) في منتصف وصلة الجر ثلاثية النقاط للجرار

مأخذ الطاقة أو مأخذ الطاقة ( PTO ) هو أحد الطرق العديدة لأخذ الطاقة من مصدر طاقة، مثل محرك يعمل ، ونقلها إلى تطبيق مثل أداة ملحقة أو آلة منفصلة.

في أغلب الأحيان، يكون عبارة عن عمود إدارة مسنن مثبت على جرار أو شاحنة يسمح بتشغيل الأدوات ذات التركيبات المتوافقة مباشرة بواسطة المحرك.

تُستخدم مآخذ الطاقة شبه الدائمة أيضًا في المحركات الصناعية والبحرية. وتعتمد هذه التطبيقات عادةً على عمود إدارة ومفصل ملولب لنقل الطاقة إلى أداة أو ملحق ثانوي. وفي حالة التطبيقات البحرية، قد تُستخدم هذه الأعمدة لتشغيل مضخات إطفاء الحرائق.

في تطبيقات الطائرات ، يمكن استخدام محرك الملحقات هذا بالتزامن مع محرك السرعة الثابتة . تحتوي الطائرات النفاثة على أربعة أنواع من وحدات نقل الطاقة: علبة التروس الداخلية، وعلبة التروس الخارجية، وعمود الدوران الشعاعي، وهواء التنفيس، والتي تُستخدم لتشغيل ملحقات المحرك. في بعض الحالات، توفر أنظمة نقل الطاقة في الطائرات أيضًا إمكانية تزويد المحرك بالطاقة أثناء بدء تشغيله. [ 1 ] انظر أيضًا: بادئ تشغيل كوفمان .

تاريخ

يوفر العمود الأصفر محرك PTO لجزازة العشب الدوارة في جرار International Harvester هذا

كانت هناك طرقٌ عديدة لنقل الطاقة قبل شيوع استخدام مآخذ الطاقة، لكن بعض التطبيقات كانت تستفيد أكثر من مزاياها. كانت الأحزمة المسطحة مفيدةً عمومًا فقط في التطبيقات التي يكون فيها المحرك ثابتًا، مثل محركات البخار في المصانع ، أو المحركات الثابتة المحمولة ، أو محركات الجرّ المتوقفة أمام مكان العمل. أما بالنسبة للمركبات المتحركة، مثل محرك الجرّ أو الجرار القديم الذي يجرّ آلةً زراعية ، فكانت الآلة تتلقى الطاقة الدورانية من إحدى عجلاتها (التي تدور بفعل الجرّ) وتوزعها عبر سلاسل بكرات (إلى ذراع تدوير منجل ، على سبيل المثال)، لكن هذا النقل يتوقف إذا توقفت المركبة عن الحركة، كما أن مقاومة الحمل تجعل العجلة تنزلق بدلًا من أن تدور، حتى لو كانت مثبتة . وكان مفهوم محرك العمود ذي الوصلات سهلة التوصيل والفصل، والمرونة في القيادة بزوايا متغيرة (كما هو الحال عند دوران جرار ومقطورة مفصلية)، هدفًا نسعى لتحقيقه.

جُرِّبت أنظمة نقل الحركة التجريبية منذ عام 1878، وصُنعت نسخ محلية الصنع منها على مدى العقود اللاحقة. [ 2 ]  كانت شركة إنترناشونال هارفيستر (IHC) أول من طرح نظام نقل الحركة في جرار إنتاجي، وذلك مع طرازها 8-16 الذي طُرح عام 1918. [ 3 ] كان إدوارد أ. جونستون، مهندس في شركة IHC، قد أُعجب بنظام نقل حركة محلي الصنع رآه في فرنسا قبل نحو عقد من الزمن، من ابتكار مزارع وميكانيكي فرنسي يُدعى جوجيس. [ 3 ] قام هو وزملاؤه في IHC بدمج الفكرة في طراز 8-16، وصمموا مجموعة من الأدوات للاستفادة من هذه الميزة. لم تكن IHC وحدها في السوق لفترة طويلة، ففي غضون عام، بدأت أنظمة نقل الحركة بالظهور في جرارات إنتاجية أخرى، مثل بعض طرازات كيس . في عام 1920، قدمت IHC خيار نظام نقل الحركة في جرارها 15-30، وكان أول جرار مُجهز بنظام نقل الحركة يُقدم لاختبار جرارات نبراسكا . كان نظام براءات الاختراع ميزة تنافسية لشركة IHC في عشرينيات القرن الماضي، ولحقت الشركات الأخرى في نهاية المطاف بتطبيق نظام براءات الاختراع.

داخل ناقل الحركة ، تحدد النقطة الدقيقة على طول سلسلة التروس التي يتم عندها فصل الطاقة ما إذا كان بالإمكان تشغيل مأخذ الطاقة (PTO) بشكل مستقل عن حركة المركبة ( سرعة الأرض ). في البداية، كان يتم فصل مأخذ الطاقة عن عمود الإخراج الرئيسي، مما يعني أنه كان يجب أن تكون المركبة في وضعية تعشيق لتشغيل مأخذ الطاقة. لاحقًا، تم تحسين ذلك من خلال ما يُسمى بتصميمات مأخذ الطاقة الحي (LPTO)، والتي تسمح بالتحكم في دوران مأخذ الطاقة بشكل مستقل عن حركة الجرار. تُعد هذه ميزة عندما يتطلب الحمل الذي يُشغله مأخذ الطاقة إبطاء حركة الجرار أو إيقافها للسماح للمعدات التي يُشغلها مأخذ الطاقة باللحاق به. كما يسمح ذلك بإجراء عمليات يبقى فيها الجرار متوقفًا، مثل ملء الصوامع أو تفريغ موزع السماد في كومة أو بحيرة بدلاً من تفريغه عبر الحقل. في عام 1945، قدمت شركة Cockshutt Farm Equipment Ltd في برانتفورد ، أونتاريو، كندا، جرار Cockshutt Model 30 المزود بمأخذ طاقة حي. أصبح مأخذ الطاقة الحي في النهاية معيارًا شائعًا للمعدات الجديدة؛ في الجرارات الحديثة، غالبًا ما يتم التحكم في مأخذ الطاقة الحي عن طريق زر ضغط أو مفتاح اختيار. وهذا يزيد من سلامة المشغلين الذين يحتاجون إلى الاقتراب من عمود نقل الحركة.

أمان

غلاف بلاستيكي واقٍ يحيط بعمود نقل الحركة

يُعدّ نظام نقل الحركة (PTO)، بالإضافة إلى أعمدة نقل الحركة والمفاصل العالمية المرتبطة به ، سببًا شائعًا للحوادث والإصابات في الزراعة والصناعة. ووفقًا للمجلس الوطني للسلامة ، فإن 6% من الوفيات المرتبطة بالجرارات في الولايات المتحدة عام 1997 كانت مرتبطة بنظام نقل الحركة. قد تحدث الحوادث عندما تُسحب الملابس الفضفاضة إلى داخل عمود نقل الحركة، مما يؤدي غالبًا إلى كسور في العظام ، أو بتر الأطراف ، أو إعاقات دائمة أخرى، أو حتى وفاة الشخص. في 13 أبريل/نيسان 2009، توفي نجم دوري البيسبول الرئيسي السابق ، مارك فيدريش، نتيجة حادث متعلق بنظام نقل الحركة ؛ حيث صرّح المدعي العام جوزيف إيرلي جونيور في بيان: "يبدو أنه كان يعمل على شاحنته عندما تشابكت ملابسه في عمود نقل الحركة". [ 4 ] وعلى الرغم من الجهود المبذولة للحد من تكرار وشدة الإصابات الزراعية، إلا أن هذه الحوادث لا تزال تحدث. [ 5 ]

تستخدم بعض الأدوات واقيات بلاستيكية خفيفة الوزن تدور بحرية لتغطية عمود نقل الحركة؛ [ 6 ] [ 7 ] وهي إلزامية في بعض البلدان. ​​في المملكة المتحدة، ترد إرشادات هيئة الصحة والسلامة المهنية في نشرة. [ 8 ]

التقييس الفني

تتميز أعمدة نقل الحركة الزراعية بأبعاد وسرعة موحدة. معيار المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) لأعمدة نقل الحركة هو ISO 500 ، [ 9 ] والذي تم تقسيمه، اعتبارًا من إصدار عام 2004، إلى ثلاثة أجزاء:

  1. المواصفات العامة لمعيار ISO 500-1 ، ومتطلبات السلامة، وأبعاد الدرع الرئيسي ومنطقة الخلوص
  2. جرارات المسار الضيق ISO 500-2 ، أبعاد الدرع الرئيسي ومنطقة الخلوص
  3. ISO 500-3 الأبعاد الرئيسية لـ PTO وأبعاد التروس، وموقع PTO.

يتطلب النوع الأصلي (المسمى النوع 1) التشغيل بسرعة 540 دورة في الدقيقة . يحتوي العمود الذي يدور بسرعة 540 دورة في الدقيقة على ستة أخاديد، وقطره 1 + 3/8 بوصة (35 مم ) . [ 10 ] 

يوجد نوعان أحدث، يدعمان تطبيقات ذات قدرة أعلى، يعملان بسرعة 1000  دورة في الدقيقة ويختلفان في حجم العمود. [ 10 ] عادةً ما يميز المزارعون بين هذين النوعين بتسميتهما "الكبير 1000" أو "الصغير 1000" مقارنةً بالنوع 1 الذي يُشار إليه عادةً باسم "540". تستخدم جميع الأنواع الجديدة (2 و3 و4) أسنانًا حلزونية ، بينما يستخدم النوع 1 أسنانًا مستقيمة. [ 9 ]

تكون الأعمدة التي تُقاس بالبوصة مستديرة أو مستطيلة أو مربعة أو ذات أسنان؛ أما الأعمدة المترية فتكون على شكل نجمة أو جرس أو كرة قدم . [ 11 ]

يكتبعدد دورات المحرك في الدقيقةالقطرالمنحنيات
15401 + 3/8 بوصة أو 35 ملم  6 متتالية
210001 + 3/8 بوصة أو 35 ملم  21 ملتف
310001 + 3/4 بوصة أو 44 ملم  20 ملتف
4130057.5 مليمتر (2.26 بوصة) 22 حلزوني

[ 10 ] [ 9 ]

نظراً لتزايد متطلبات القدرة الحصانية للمعدات الزراعية، وتركيب محركات ذات قدرة حصانية أعلى في الجرارات الزراعية، أُضيف نوع أكبر (يُشار إليه بالنوع 4) إلى معيار ISO 500. يعمل هذا النوع بسرعة دوران أعلى تبلغ 1300  دورة في الدقيقة، مما يسمح بنقل الطاقة عند مستويات عزم دوران أقل. يحتوي العمود على 22 سنًا بقطر رئيسي يبلغ 57.5 مليمترًا . وهو مصمم لتحمل قدرة عمود إدارة الطاقة (PTO) تصل إلى 450 كيلوواط ، أو ما يُعادل 600 حصان تقريبًا .

تدور الأنواع الأربعة جميعها عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليها من داخل كابينة الجرار؛ أما عند الوقوف خلف الجرار والنظر مباشرة إلى العمود، فإنه يدور في اتجاه عقارب الساعة. [ 10 ]

استُخدم نوع ذو عشرة شقوق مع بعض المعدات القديمة، مثل سيارة لاند روفر موديل 1948. وكان يُرفق عادةً محول ذو ستة شقوق. ومن المعتاد أن تُقدّم شركات تصنيع الآلات الزراعية مواصفات الطاقة الاسمية لعمود إدارة الطاقة، والتي تُشير إلى الطاقة اللحظية المتاحة عند العمود. وقد تأتي الجرارات الأحدث مزودة بخيارات 540/540E و/أو 1000/1000E، والتي تُمكّن الجرار من تشغيل بعض الأدوات ذات الطلب المنخفض على الطاقة، مثل آلات جمع التبن أو آلات تقليبه ، باستخدام سرعات محرك أقل للحفاظ على عدد الدورات في الدقيقة المطلوبة، مما يُقلل من استهلاك الوقود والضغط على المحرك، وبالتالي تحسين الكفاءة وخفض التكاليف.

اعتمدت الجمعية الأمريكية لمهندسي الزراعة (ASAE) أول معيار صناعي لتصميم مأخذ الطاقة (PTO ) في أبريل 1927. وتم تحديد سرعة دوران مأخذ الطاقة بـ 536 ± 10 دورة في الدقيقة، وكان اتجاه الدوران مع عقارب الساعة. ثم تم تغيير السرعة لاحقًا إلى 540 دورة في الدقيقة. [ 12 ]  

للاستخدام في المركبات التجارية

وحدة نقل الحركة الهيدروليكية مثبتة على علبة تروس الشاحنة
عارضة خلفية مزودة بوصلات هيدروليكية PTO ووصلة على شاحنة Unimog 421

تحتوي ناقلات الحركة في الشاحنات على موضع واحد أو أكثر لتركيب وحدة نقل الحركة (PTO). يجب شراء وحدة نقل الحركة بشكل منفصل، مع الحرص على مطابقة واجهة ناقل الحركة مع وحدة نقل الحركة المتوافقة. عادةً ما يطلب موردو وحدات نقل الحركة تفاصيل عن ماركة ناقل الحركة وطرازه وحتى رقمه التسلسلي. كما يجب التأكد من أن المساحة المحيطة بناقل الحركة تسمح بتركيب وحدة نقل الحركة. يتم تشغيل وإيقاف وحدة نقل الحركة باستخدام قابض ناقل الحركة الرئيسي وآلية تحكم عن بُعد تعمل على وحدة نقل الحركة نفسها. عادةً ما يُستخدم صمام هواء لتشغيل وحدة نقل الحركة، ولكن تتوفر أيضًا خيارات أخرى مثل الوصلات الميكانيكية أو الآلية الكهربائية أو الهيدروليكية.

تأتي معظم شاحنات يونيموج مزودة بمأخذ طاقة أمامي و/أو خلفي وأنظمة هيدروليكية بالإضافة إلى أنظمة ربط ثلاثية النقاط.

سيتم تصنيف الوحدات وفقًا لعزم الدوران المستمر والمتقطع الذي يمكن تطبيقه من خلالها، وستقدم الطرازات المختلفة نسبًا مختلفة لـ "دوران عمود PTO إلى دورات المحرك في الدقيقة".

في معظم الحالات، يتصل مأخذ الطاقة (PTO) مباشرةً بمضخة هيدروليكية . يسمح هذا بنقل القوة الميكانيكية عبر نظام السائل الهيدروليكي إلى أي مكان حول المركبة، حيث يقوم محرك هيدروليكي بتحويلها مرة أخرى إلى قوة ميكانيكية دورانية أو خطية. تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

  • تشغيل مضخة مياه على سيارة إطفاء أو شاحنة مياه
  • تشغيل آلة استخلاص الماء الساخن المثبتة على شاحنة لتنظيف السجاد (تشغيل منفاخ الشفط ومضخات المحلول عالية الضغط)
  • تشغيل نظام نفخ يستخدم لنقل المواد الجافة مثل الأسمنت
  • تشغيل نظام ضاغط هواء مدمج في المركبة [ 13 ]
  • رفع صندوق شاحنة قلابة
  • تشغيل الذراع الميكانيكية الموجودة على شاحنة الرافعة المستخدمة من قبل فنيي صيانة الكهرباء أو فرق صيانة تلفزيون الكابل
  • تشغيل ونش على شاحنة سحب
  • تشغيل مكبس النفايات على شاحنة القمامة
  • تشغيل شاحنة رافعة/ملقط
  • تشغيل مجرفة أشجار مثبتة على شاحنة ومجموعة رافعة عمودية

عمود مقسم

يتم تركيب وحدة نقل الحركة ذات العمود المنفصل على عمود إدارة الشاحنة لتوفير الطاقة لوحدة نقل الحركة. هذه الوحدة عبارة عن علبة تروس إضافية تفصل عمود إدارة المركبة إلى جزأين:

  • العمود المواجه لعلبة التروس والذي سينقل طاقة المحرك إلى عمود نقل الحركة المنفصل؛
  • العمود المواجه للمحور الذي ينقل قوة الدفع إلى المحور.

صُممت الوحدة نفسها لتحويل طاقة المحرك بشكل مستقل إما إلى العمود المواجه للمحور أو إلى عمود خرج PTO الإضافي. ويتم ذلك بواسطة قابضين مستقلين، مثل قابضات الأسنان أو قابضات الكلاليب، والتي لا يمكن تشغيلها إلا عند توقف نظام نقل الحركة تمامًا . ولأن علبة التروس الرئيسية تُغير سرعة الدوران باختيار الترس المناسب، فلا يمكن تشغيل PTO أثناء حركة المركبة.

في المركبات ذات الدفع الرباعي، يتم استخدام عمود الدفع الخلفي فقط بواسطة علبة تروس PTO ذات العمود المنفصل، مما يتطلب أن يكون نظام الدفع الرباعي للمركبة من النوع القابل للتحديد 4WD للحفاظ على عمود الدفع الأمامي منفصلاً تمامًا أثناء تشغيل PTO.

من الممكن أيضًا توصيل شيء آخر غير المضخة الهيدروليكية مباشرة بـ PTO: على سبيل المثال، مضخات شاحنات الإطفاء.

عمود مقسم "ساندويتش"

تُركّب وحدة عمود نقل الحركة المنفصلة من نوع "الساندويتش" بين المحرك وناقل الحركة، وتُستخدم في مركبات صيانة الطرق، ومركبات مكافحة الحرائق، والمركبات المخصصة للطرق الوعرة. تستمد هذه الوحدة الطاقة مباشرةً من عمود المحرك، ويمكنها نقل ما يصل إلى كامل طاقة المحرك إلى وحدة نقل الحركة. عادةً ما تأتي هذه الوحدات مزودة بنظام تزييت خاص بها. ونظرًا لطريقة التركيب هذه، يتم إبعاد علبة التروس عن المحرك، مما يستلزم تعديل نظام نقل الحركة لاستيعاب هذا التركيب.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ديفيد ف. فوراسيك (ديسمبر 1990). "مذكرة ناسا الفنية رقم 101731؛ تقنيات مراقبة عمود نقل الحركة الدوار عالي السرعة لطائرة X-29A"( PDF) . nasa.gov . مركز أبحاث أميس، مرفق درايدن لأبحاث الطيران، إدواردز، كاليفورنيا.
  2. ↑ كويك، غرايم (مارس-أبريل 2008). "سرد قصة تاريخية عن أعمدة نقل الحركة" (ملف PDF) . الحبوب الأسترالية . 17 (6). مطبعة غرينماونت: 36-37 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 26 فبراير 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 يوليو 2022. [من الصفحة 36] من ناحية أخرى، ينبغي أن تُمنح ميدالية أول عملية نقل حركة مسجلة على آلة متحركة لحصادة من نوع أفيلينغ وبورتر بيل. عُرضت هذه الآلة التي تعمل بالبخار في المعرض العالمي لعام 1878 في باريس.
  3. 1 2 بريبس ومورلاند 1993 ، ص 37-39 . 
  4. ↑ "إكزامينر: فيدريتش اختنق حتى الموت" . ESPN.com . 16 أبريل 2009. تم الاطلاع عليه في 7 يناير 2014 .
  5. ↑ تينك، باميلا جيه؛ سورنسن، جولي أ. (2019-01-02). "تسويق سلامة المزارع: استخدام مبادئ التأثير لزيادة حماية عمود إدارة الطاقة" . مجلة الطب الزراعي . 24 (1): 101-109 . doi : 10.1080/1059924X.2018.1539421 . ISSN 1059-924X . PMC 6353692. PMID 30346257 .   
  6. ↑ "سلامة مأخذ الطاقة (PTO)" (ملف PDF) . المجلس الوطني للسلامة. مايو 2009. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 28 أبريل 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 يوليو 2022 .
  7. ↑ بريفيت، تشارلز (1 مارس 2002). "السلامة والصحة في المزارع - سلامة عمود إدارة الطاقة" . قسم الهندسة الزراعية والبيولوجية، جامعة كليمسون . مؤرشف من الأصل في 28 مارس 2005. تم الاطلاع عليه في 29 يوليو 2022. تم تطوير الدروع والواقيات لمنع الإصابات الناجمة عن هذه الأعمدة الدوارة .
  8. ↑ "صحيفة معلومات زراعية رقم 40 (AIS40). مآخذ الطاقة وأعمدة إدارة مآخذ الطاقة" (ملف PDF) . الهيئة التنفيذية للصحة والسلامة في المملكة المتحدة . أكتوبر 2013 [يناير 2013]. مؤرشفة (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 31 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليها بتاريخ 29 يوليو 2022 .
  9. المعيار الدولي 1 2 3 (1 أبريل 2014). "الجرارات الزراعية - أنواع مأخذ الطاقة الخلفي 1 و2 و3 و4" (ملف PDF) . المعيار الدولي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 سبتمبر 2023 .
  10. 1 2 3 4 "مركز المعدات: فهم خطوط نقل الحركة - العلف التقدمي | فخر الزراعة" .
  11. ↑ "الأنواع المختلفة لأعمدة نقل الحركة" . 15 فبراير 2021.
  12. ↑ جورينج، كارول؛ سيداركويست، سكوت (أكتوبر 2004). "الكلمة الأخيرة: لماذا 540؟" (ملف PDF) . مجلة الموارد . المجلد 11، العدد 8. الجمعية الأمريكية لمهندسي الزراعة والبيولوجيا . ص 29. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 22 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 مايو 2009 .   
  13. ↑ "ضواغط هواء PTO | ضاغط هواء مثبت بتقنية Direct-Transmission™" . VMAC . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-12-2018 .
  • شركة Hayneks Hydraulic - شركة مصنعة وموردة لأنظمة نقل الطاقة (PTO) والمضخات الهيدروليكية للمركبات الصناعية.

فهرس

  • بريبس، روبرت ن.؛ مورلاند، أندرو (مصور) (1993). جرارات فارمال: تاريخ جرارات فارمال من إنتاج شركة ماكورميك-ديرينغ الدولية . سلسلة تاريخ جرارات المزارع الملونة. أوسولا، ويسكونسن: إم بي آي. رقم ISBN 978-0-87938-763-1.