فاصله هوایی در مگنت‌های لیفتینگ جرثقیل

همانطور که در نکات انتخاب مگنت باربرداری برای جرثقیل -بخش اول اشاره شده است. یکی از نکات مهمی که در انتخاب لیفتینگ مگنت های جرثقیل مناسب باید در نظر گرفته شود، فاصله ی هوایی بین بار و مگنت باربرداری است. در این مقاله این فاکتور مهم را مورد بررسی قرار میدهیم:

1- منظور از فاصله ی هوایی چیست؟

فاصله هوایی یا Airgap به میانگین فاصله‌ی بین سطح مغناطیسی مگنت باربرداری و سطح بار مغناطیسی گفته می‌شود. با افزایش فاصله‌ هوایی نیروی مغناطیسی کاهش می یابد. فاصله هوایی می تواند ناشی از گرد و غبار، چربی، رنگ، پوشش های غیرمغناطیسی و … روی سطح بار باشد؛ و یا در اثر ناهمواری سطح بار ایجاد شود. در زیر چند نمونه فاصله هوایی نشان داده شده است:

برای باربرداری برخی از بارها با اشکال خاص به منظور کاهش فاصله هوایی و افزایش سطح تماس، کیپر لیفتینگ مگنت های جرثقیل را متناسب با شکل بار می‌سازند:

2- چرا با افزایش فاصله هوایی نیرو ی مغناطیسی کاهش می‌یابد؟

نیروی مغناطیسی در لیفتینگ مگنت ها تابعی از مربع چگالی میدان مغناطیسی است. با ایجاد فاصله هوایی در مدار مغناطیسی، مقداری از شار در فاصله هوایی پراکنده می‌شود و هدر می‌رود، در پی آن شار مغناطیسی کل و در نهایت نیرو کاهش می‌یابد.

فاصله هوایی موجب تغییر نفوذپذیری مدار میشود، همانطور که در شکل مشخص است، نفوذپذیری در مدار جدید، حاصل مجموع نفوذپذیری خطی هوا و نفوذپذیری غیر خطی فولاد است و مقادیر کمتری نسبت به حالتی که فاصله هوایی صفر است، دارد. این کاهش در نفوذپذیری منجر به کاهش شار مغناطیسی و نیرو می‌شود.

3- تاثیر فاصله ی هوایی در کدام لیفتینگ مگنت ها بیشتر است؟

مدارهای مغناطیسی زیر معادل ساده سازی شده لیفتینگ مگنت های جرثقیل الکترومگنت و الکتروپرمننت مگنت(پالسی) می باشند.

منبع تولید میدان مغناطیسی در باربردارهای مغناطیسی جرثقیل دستی و الکتروپرمننت مگنت، مگنت ها هستند. قدرت مگنت ها بسته به شار کل مدار مغناطیسی ممکن است تغییر کند.

در فاصله های هوایی اندکی از چگالی شار مغناطیسی موجود در مدار تضعیف می‌شود زیرا شار دیگر از طریق یک مسیر صرفا فولادی عبور نمی‌کند و فاصله هوایی موجب نشت شار در اطراف مگنت می‌شود. از آنجا که این نشت شار در جهت مخالف شار مگنت است، تأثیر مغناطیسی روی مگنت دارد و مگنت را تضعیف می‌کند. با افزایش فاصله هوایی در مدار، شار نشتی بیشتر می‌شود و منجر به کاهش بیشتر قدرت مگنت ها در باربردارهای دستی و الکتروپرمننت مگنت می‌شود.

منبع لیفتینگ الکترومگنت سیم پیچ های حامل جریان هستند، که مستقل از شار مدار، میدان مغناطیسی با عمق بالا تولید می‌کنند. در باربردارهای الکترومگنت با کاهش شار مدار، سیم پیچ همچنان میدان ثابت قبلی را تولید می‌کند و با توجه به عمق نفوذ بالا این میدان تولیدی، در فواصل هوایی کوچک چگالی شار میدان مغناطیسی و در نتیجه نیرو تضعیف نمی‌شود.

در زیر نمودار نیرو بر حسب فاصله هوایی دو لیفتینگ مگنت جرثقیل الکتروپرمننت و الکترومگنت نشان داده شده است:

همانطور که در شکل ها مشخص است در فاصله هوایی 0.5 سانتیمتر باربردار الکتروپرمننت مگنت حدودا به 50% ظرفیت خود می‌رسد در حالی که نیروی باربردار الکترومگنت تغییر چندانی در این فاصله ندارد.

4- یک تست برای تاثیر فاصله ی هوایی قبل از شروع باربرداری

برای اطمینان از باربرداری ایمن، اپراتور می‌تواند یک آزمایش ساده انجام دهد. با استفاده از اطلاعات عملکردی مگنت های جرثقیل، که توسط سازنده ارائه می شود، از جمله نمودار نیرو بر حسب فاصله هوایی، می توان میزان کاهش نیرو در فاصله های هوایی مختلف را تخمین زد. و با توجه به آن و با قرار دادن یک کارت نازک بین سطح لیفتینگ مگنت و بار، یک فاصله هوایی مصنوعی ایجاد کرد. اگر لیفتینگ مگنت جرثقیل بتواند بار را با فاصله هوایی مصنوعی مذکور بلند کند، هنگام برداشتن فاصله هوایی مصنوعی نیز نیروی مغناطیسی باربردار قابل اطمینان است. بدیهی است که این آزمایش فقط باید در شرایط کنترل شده و با فرض اینکه امکان رها شدن بار وجود دارد، انجام شود. ضمنا بار باید فقط چند میلی متر از بسترش جدا شود.

(طبق استاندارد EN13155 کمینهی نیرو برای الکتروپرمننت مگنت جرثقیل و لیفتینگ مگنت دائم معادل 3 برابر وزن بار است. این میزان در لیفتینگ مگنت های الکترومگنت 2 برابر کل بار است.)

6- لیفتینگ مگنت های جرثقیل مناسب کار در فاصله های هوایی بالا

هر چه عمق نفوذ میدان بیشتر باشد تاثیر فاصله ی هوایی کمتر است. اگر فرض کنیم شار به صورت یک نیم دایره از یک قطب وارد قطب دیگر میشود پس فاصله ی بین دو قطب برابر با عمق نفوذ میدان در بار مغناطیسی است. و با افزایش فاصله ی بین دو قطب (pole pitch) عمق نفوذ بیشتری خواهیم داشت.

در باربرداری بارهایی با فاصله هوایی کم معمولا از لیفتینگ مگنت هایی با تعداد کیپر بیشتر (فاصله ی بین دو قطب کمتر) و نیروی کمتر به ازای هر قطب مغناطیسی استفاده می شود:

در حالی که برای باربرداری بار هایی با فاصله هوایی بالاتر معمولا از لیفتینگ مگنت هایی با تعداد کیپر کمتر (فاصله ی بین دو قطب بیشتر) و نیروی بیشتر به ازای هر قطب مغناطیسی استفاده می شود: