مبدأ عمل آلة “الرافعة” وأنواعها المختلفة

1999 موسوعة الكويت العلمية الجزء العاشر

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مبدأ عمل آلة الرافعة آلة الرافعة أنواع آلة الرافعة الفيزياء

الرافِعَةُ آلةٌ تُستخدمُ في رفعِ وتحريكِ الأحمالِ الثقيلةِ في المصانعِ، ومواقعِ بناءِ المنشآتِ، ومواقعِ بناءِ السفنِ.

وتقومُ الروافعُ بتحْريكُ الأحْمالِ باسْتخدامِ الحبالِ المتينةِ أو الأسلاكِ المعدنيّةِ التي تدورُ حولَ بَكراتٍ.

ويتمُّ تحريكُ الأحْمالِ إما رأسياً (إلى مكانٍ أعلى أو أسفل من المكانِ الأصْليِّ)، أو أفقياً. وتُسمّى الرافعةُ التي تحرِّكُ الأجسامَ في اتجاهاتٍ رأسيَّةٍ «وِنْشاً».

 

وتَعْتَمِدُ فكرةُ الرافعةِ على ما يُسمَّى «قانون الروافع» الذي يَرْبطُ بَيْنَ مَوْقِعِ نُقْطَةِ الارتكاز بالنِّسْبَةِ لِلْحمْلِ المرادِ تحريكُهُ (المقاومةِ) والقوَّةِ المؤثرةِ لتحريكِهِ على النَّحْوِ التالي:

القوةُ × بُعدها عن نقطةِ الارتكاز = المقاومة × بعدها عن نقطةِ الارتكاز.

 

لذلك إذا أردنا تحريكَ ثِقْلٍ كبيرٍ جعلنا بُعْدَه عن نقطةِ الارتكازِ صغيراً؛ وَجَعَلْنا بُعْدَ النقطةِ المؤثِّرَةِ لتحريكِ الثِّقْلِ عن نقطةِ الارتكازِ كبيراً (لكيْ نَزيدَ من أثرِها).

فمثلاً: إذا كانَ بُعْدُ القوَّةِ يُساوي عَشْرَةَ أمثالِ بُعْدِ المقاومةِ عَنْ نقطةِ الارتكازِ، أمكَنَ تحريكُ ثِقْلٍ مقدارهُ 10 (عشرة أطنان) بقوةٍ مقدارُها يُعادِلُ طِنَّاً واحداً.

ولهذا السبِبِ يُثبَّت المِقْبَضُ الذي نُحرِّكُ به البابَ في طَرَفِهِ، حتى يُصْبِحَ طولُ ذراعِ القوَّةِ كبيراً، فيَسْهُلُ علينا فَتْحُ البابِ وَغَلْقُهُ (ومركز الارتكاز هنا هو مِفْصَلَةُ البابِ).  

 

وتحصلُ الرافعةُ على طاقتها (القوة المحركة) إما من محرك كهربائي (موتور)، أو آلة ديزل، أو من آلةٍ بُخارية، أو بطريقةٍ يدوية (في حالة الأجسام الخفيفة).

وتتركَّبُ الرافعةُ من ذِراعٍ معدنيَّةٍ مدعومة حتى يحدثَ بها انحناءٌ؛ وتكونُ هذهِ الذراع في وَضْعٍ أُفُقي أو مائلٍ؛ وتحْمِلُ بكرةً أو مجموعةَ بكراتٍ ثابتةٍ أو متحركةٍ. ويتمُّ تركيبُ الذراعِ على دِعامَةٍ رأسيّةٍ (نقطةِ الارتكازِ) بحيثُ يدورُ حولَها.

وتُقامُ بعضُ الروافع على قواعدَ ثابتةٍ؛ والبعضُ الآخرُ على قواعدَ متحركةٍ. وتختلفُ الروافعُ من حيث وظيفتُها كما تختلفُ من حيثُ مقدارُ الأحمال (المقاومات) التي تحرِّكُها والتي تتراوح بين طنٍّ واحدٍ و 250 طناً.

 

وفيما يلي نوضحُ بعضَ أنواعِ هذه الروافعِ:

1 – رافعةُ الشَّدَّادة: تتكوَّنُ من دعامةٍ رأْسِيَّةٍ مِفْصَليَّةٍ (المفصلُ هو نقطةُ الارتكازِ) وذراع مُتَّصلَةٍ بقاعدةِ الدَّعامةِ؛ وتُحاطُ الدعامةُ والذراعُ بالأحبالِ التي تَمُرُ فَوْقَ بكراتٍ.

ويمتَدُّ الحبلُ الشَّدّادَ مِنْ طَرفِ الذراعِ ماراً فوقَ قِمَّةِ الدّعامَةِ على بَكْرَةٍ ثُمَّ يَصِلُ إلى قاعدةِ الدَّعامةِ حيثُ يُثَبَّتُ، ويتدلّى من طرفِ الذّراعِ بَكْرَةٌ بخُطّافٍ لِحَمْلِ الأثْقالِ.

وتتميزُ هذه الرافعةُ بإمكانِ تغييرِ المسافةِ بين طرفِ الذّراعِ والدعامةِ، وتُستخدم رافعةُ الشدَّادةِ من مُنْشآتِ المباني.

 

2 – رافعة الدِّعامةِ: في هذهِ الرافعةِ تَدورُ الدّعامةُ حَوْلَ مِحْوَرٍ رَأسيِّ (نقطةِ الارتكازِ) أو تَتَّصِلُ بها الذراعُ في وَضْعٍ أفقيٍّ أو مائلٍ. ويُرفعُ الثِّقْل من طَرْفِ الذراعِ بواسطة خُطافٍ يَتَغَيَّرُ ارتفاعُهُ بحسبِ الرغبةِ.

 

3 – رافعةُ الجِسْرِ: تتكوَّنُ من جسرٍ أُفُقيٍّ محمولٍ عندَ الطرفين بدعامتيْن مُثَبَّتَتَيْنِ فَوْقَ عجلاتٍ؛ وتُعلّقُ مجموعةُ البكراتٍ من «ترولِّي» يتحرَّكُ على قضبانٍ فوقَ الجسْرِ. تُفيدُ هذه الرافعةُ في نَقْلِ الأثقالِ والمعدَّاتِ من أماكن قريبة إلى الجسر المتحرك، ومنه إليها.

 

4 – الروافعَ المتحرِّكَةُ: يوجدُ عدةُ أنواعٍ من الروافع المتحركةِ، مثلَ: رافعةِ الشاحنةِ، وفيها تثبّتُ الرافعةُ فوقَ شاحنٍة متحركَّةٍ على عجلاتٍ كبيرةٍ؛ وهي تُزَوِّدُ بقطعٍ إضافيةٍ تَسْمَحُ بامتدادِها حتى ارتفاعِ يزيد على 40 مترا.

وبعضُ هذه الروافعِ يُثَبّتُ فوقَ «ترولِّي» يسيرُ على قُضبان حديديةٍ وتُسْتَعْمَلُ في مناطقِ المناجمِ في الجبالِ.

ومن الروافعِ المتحرِّكةِ «الرافعةُ العائمةُ» التي تُستخدَمُ لنقلِ البضائعِ من السفُنِ وَإليها؛ كما تُسْتَخْدَمُ أيضاً في رفعِ السفنِ الغارقةِ ومحتوياتها، وتُركّبُ هذه الرافعةُ فوق طَوَّافَة.

 

أما إذا تأَمَّلْنا في بناءِ أجْسامنا، وجدنا أنَّ كثيراً من الحركاتِ التي نُؤديها تقومُ على فكرة الروافعِ. وحركاتُنا الإراديةُ كُلُّها تَنْشَأُ من تعاونٍ بديعٍ بين عضلاتِنا وعظامِنا (طَبْعاً بتنسيق من جهازِنا العصبيِّ؛)

وفي هذه الحركاتِ تكونُ هناكَ قوىً ومقاوماتٌ (أو أحمالٌ)، ونقاطُ ارتكازٍ هي في الواقعِ المفاصلُ الكثيرة الموجودةُ في جهازِنا الحَرَكيِّ.

والروافِعُ التي في أَجْسامِنا ليْسَتْ كلُّها نوعاً واحداً، كالذي شرحناهُ في بدايةِ هذا المدخل، والذي تكونُ فيه نقطةُ الارتكازِ في الوَسَطِ، بَيْن القوَّة والمقاومةِ.

 

فإضافةً إلى هذا «الطرازِ الأوَّل»، يوجدُ نوعان آخران، تكون نقطةُ الارتكازِ فيهما في أحدِ الطرفين، لا في الوسط. وفي أحدِ النوعيْنِ تكونُ القوّة في الطرفِ الآخرِ، والمقاومةُ في الوسطِ (وهذه تُسمَّى: روافعَ من الطرازِ الثاني).

أمَّا في النوع الآخر، فتكون المقاومةُ في الطرفِ، والقوّةُ في الوسَطِ (وهذهِ تُسمّى: روافعَ من الطرازِ الثالثِ).

ومن أمثلةِ الطرازِ الأوَّلِ: رفع الرأْسِ بعد انْحنائِها. ومن أمثلةِ الطراِز الثاني: رفعُ أجسامِنا على أطرافِ أصابعِ قدميْنا. ومن أمثلةِ الطراز ِالثالث: رفعُ جسم ثقيلٍ باليد، بِرفعِ الساعدِ دائراً على مِفْصَلِ المِرْفَقِ.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]