في مجال آلات الموانئ،الرافعات البحريةتلعب الرافعات البحرية دورًا محوريًا كمعدات أساسية للسفن العاملة في عمليات تحميل وتفريغ البضائع. تُعرف أيضًا باسم الرافعات البحرية أو الرافعات البرجية، وتُركّب بشكل أساسي على السفن للتعامل مع أنواع مختلفة من البضائع، وتُعتبر أهم آلات سطح السفينة لعمليات بناء السفن. تتميز هذه الرافعات بهيكل مدمج، ومظهر جذاب، وأمان، وموثوقية، وكفاءة في استهلاك الطاقة، ومراعاة للبيئة، وقدرة فائقة على المناورة. تأتي أذرعها بأشكال متنوعة، بما في ذلكأذرع مستقيمة, أذرع تلسكوبية، وأذرع قابلة للطيوتتنوع طرق التحكم في مصادر الطاقة الخاصة بهم، مثل الطرق اليدوية والكهربائية والكهروهيدروليكية.
تُعدّ الرافعات البحرية معدات متخصصة تُستخدم في عمليات النقل البحري، حيث تضطلع بمهام بالغة الأهمية كعمليات نقل البضائع بين السفن، والإمداد البحري، ونشر واستعادة معدات العمليات تحت الماء. إلا أن بيئة العمل البحرية الخاصة تُشكّل تحديات كبيرة أمام التحكم في هذه الرافعات. فمن جهة، وكما هو الحال في الرافعات البرية ذات التشغيل الجزئي، يتطلب الأمر التحكم في حركة الحمولة أثناء النقل لضمان دقة تحديد الموقع وكفاءة النقل. ومن جهة أخرى، ولأن الرافعات مثبتة على منصات متحركة كالسفن، فإن حركة المنصة تؤثر بشكل كبير على حركة الحمولة، وفي كثير من الأحيان، تختلف حركة نقاط رفع وخفض الحمولة عن حركة الرافعة نفسها. أثناء التشغيل، تتعرض كل من سفينة الرافعة والسفينة المستقبلة لحركة التذبذب والتدحرج والارتفاع بفعل أمواج المحيط، مما يؤدي إلى تأرجح الحمولة. وخلال عمليات الرفع والخفض، قد تتسبب حركة السفينة بسهولة في اصطدام الحمولة المرفوعة بسطح السفينة مرة أخرى، أو في تعليق الحمولة التي تم إنزالها ولكن لم يتم فصلها بعد عن الخطاف في الهواء، مما يُهدد سلامة العمليات. خاصةً أثناء عمليات إمداد الذخيرة بين السفن، قد تؤدي هذه الحركة المترابطة إلى عواقب وخيمة. لذا، حظي التحكم في الرافعات البحرية باهتمام واسع النطاق من قطاعات الهندسة البحرية العسكرية والمدنية في جميع أنحاء العالم، ويُعدّ البحث في التحكم في هذه الأنظمة غير الخطية ذات الترابط القوي والتشغيل الجزئي في ظل اضطرابات خاصة ذا قيمة نظرية كبيرة وأهمية عالمية.
يركز التحكم في الرافعات البحرية بشكل أساسي على جانبين: التحكم الرأسي لتقليل تأثير حركة الهيكل، والتحكم الجانبي المضاد للتأرجح لكبح تأرجح الحمولة. بالنسبة للتحكم الرأسي، تتمثل إحدى الطرق الشائعة في ربط السفينة المستقبلة من خلال الهيكل الميكانيكي للرافعة.سفينة رافعةتستشعر هذه الطريقة الحركة النسبية بين السفينتين، وتُزامن التغير في طول حبل الرفع مع حركة الرفع والرفع للسفينة المستقبلة، مما يُعوض الحركة النسبية بينهما ويُكمل عملية رفع ونقل الحمولة. مع ذلك، تتطلب هذه الطريقة مواصفات خاصة للهيكل الميكانيكي للرافعة، وتفرض قيودًا كبيرة على وزن الرفع.
التركيب وأنماط التشغيل
من حيث المكونات، تُعدّ رافعة التحميل من المعدات التقليدية لمناولة البضائع، وتتألف من برج، وذراع تحميل (أو سارية تحميل)، وحبال، ورافعة (أو ونش تحميل)، وغيرها. ورغم كثرة الحبال وصعوبة تشغيلها، إلا أنها شائعة الاستخدام نظرًا لبساطة تركيبها وسهولة تصنيعها وانخفاض تكلفتها. يوجد نمطان لتحميل وتفريغ البضائع باستخدام رافعة التحميل: التشغيل بذراع واحدة، والتشغيل بذراعين.
تستخدم عملية الرافعة الأحادية رافعة واحدة لتحميل وتفريغ البضائع. بعد رفع البضائع، يُسحب حبل الشد لتحريكها مع الرافعة نحو الجانب الخارجي أو فتحة التحميل، ثم تُخفض البضائع، وتُدار الرافعة عائدةً إلى وضعها الأصلي، وتُكرر هذه العملية. في كل مرة، تحتاج الرافعة إلى التأرجح مع حبل الشد، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة وارتفاع كثافة العمل. أما عملية الرافعة المزدوجة فتستخدم رافعتين، إحداهما فوق فتحة التحميل والأخرى ممتدة فوق الجانب الخارجي. تُثبت الرافعتان في وضعية عمل محددة بواسطة حبال الشد، وتُربط حبال الرفع الخاصة بالرافعتين بخطاف واحد. من خلال سحب وإرخاء حبلي الرفع، يمكن تفريغ البضائع من السفينة إلى الرصيف أو تحميلها من الرصيف إلى السفينة. تتميز عملية الرافعة المزدوجة بكفاءة تحميل وتفريغ أعلى من عملية الرافعة الأحادية، كما أنها تتطلب كثافة عمل أقل.
ظهرت لاحقًا رافعات محسّنة. تُعدّ رافعة الرفع المزدوجة تطورًا عن رافعة الرفع أحادية الذراع، حيث تحتوي فقط على حبل رفع ومجموعتين منفصلتين من رافعات الرفع العلوية، يمينًا ويسارًا. يتم التحكم في الرافعة بواسطة ونش رفع واحد وونشين لرفع الرفع العلوي، مما يجعلها سهلة التشغيل وذات كفاءة عالية في التحميل والتفريغ. أما رافعة آبل، فهي تطوير لرافعة الرفع المزدوجة، حيث تحتوي على ونش رفع، ورافعات رفع علوية، وونشات حبال تثبيت. يمكنها وضع الرافعة بسرعة في أي موضع بمساعدة الونشات، كما يمكنها رفع وخفض البضائع في نقاط ثابتة ضمن نطاق عمل الرافعة، مما يمثل خطوة مهمة نحو الأتمتة الكاملة لعمليات تحميل وتفريغ البضائع.
التطبيقات والخصائص الهيكلية
الرافعات البحريةتُستخدم على نطاق واسع في سفن نقل البضائع السائبة، وسفن الحاويات، وناقلات النفط، والسفن متعددة الأغراض، وما إلى ذلك. مثلرافعات الشحنعلى سفن الشحن السائبة وسفن الحاويات، ورافعات الخراطيم على ناقلات النفط، ورافعات سطح السفينةتُستخدم الرافعات البحرية على السفن متعددة الأغراض. وبالمقارنة مع الرافعات البرية، تُركّب هذه الرافعات على السفن غير المستقرة. فخلال التشغيل، تميل السفينة وتتأرجح، وتكون بيئة العمل قاسية، حيث تتعرض للتآكل بفعل الرياح ومياه البحر؛ وحتى عندما لا تكون قيد التشغيل، فإنها تحتاج إلى تحمل قوى خارجية مثل الرياح والثلوج والأمواج والتأرجح والارتفاع والصدمات أثناء إبحار السفينة.
تأتي هذه الرافعات بأشكال هيكلية متنوعة، بما في ذلك النوع ذو الذراع الدوارة، والنوع المتحرك، والنوع ذو ذراع الرفع السلكية، والنوع ذو ذراع الرفع الأسطوانية، والنوع ذو الذراع التلسكوبية، والنوع ذو الذراع القابلة للطي، والنوع ذو الإطار A، والنوع المركب؛ وهناك طرق تشغيل متنوعة، بما في ذلك الكهربائية، والكهروهيدروليكية، والكهروهوائية، والتشغيل بمحرك البنزين (الديزل)، والتشغيل اليدوي، وما إلى ذلك. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك الرافعة البحرية الكهروهيدروليكية المستخدمة في تحميل وتفريغ البضائع على سفن الشحن السائبة.
تتكون الهياكل الحاملة للأحمال في الرافعات البحرية، مثل العمود الأساسي وجسم البرج والذراع، في الغالب من أجزاء هيكلية ملحومة مصنوعة من صفائح فولاذية معدنية. يُلحم الجزء السفلي من العمود الأساسي بهيكل السفينة لتحمل وزن الرافعة، بينما يُجهز الجزء العلوي بمحمل دوار. أما جسم البرج فهو هيكل داعم، حيث يتصل جزؤه السفلي بالمحمل الدوار ويتصل بالذراع بمفصلة، ويحتوي الجزء العلوي على بكرات وحبال سلكية فولاذية متحركة، ويُستخدم الجزء الداخلي كغرفة للآلات، وتقع كابينة القيادة في المقدمة. أما الذراع فهو هيكل يشبه الجمالون يُستخدم لدعم الأجسام الثقيلة.
تتضمن آليات تشغيل الرافعات البحرية آلية الرفع، وآلية تحريك الذراع، وآلية الدوران. تعمل آلية الرفع على رفع الحمولة بواسطة محرك يُدير الأسطوانة عبر مُخفِّض سرعة، مما يؤدي إلى سحب وإطلاق سلك فولاذي لتحريك الخطاف لأعلى ولأسفل. أما آلية تحريك الذراع، فتُحرك الذراع لأعلى ولأسفل حول نقطة ارتكازها السفلية لتغيير الزاوية، وذلك بواسطة محرك يُدير الأسطوانة عبر مُخفِّض سرعة، مما يؤدي إلى سحب وإطلاق سلك فولاذي، وبالتالي تحريك الخطاف بزوايا مختلفة. وتعمل آلية الدوران على تدوير جسم البرج والذراع بواسطة محرك يُدير الترس الصغير ليتشابك مع الترس الكبير لمحمل الدوران عبر مُخفِّض سرعة. جميع مُخفِّضات السرعة في هذه الآليات الثلاث مُجهزة بمكابح مغلقة عادةً لضمان التشغيل السليم لكل حركة. ومن خلال التشغيل المُنسق لهذه الآليات الثلاث، يُمكن رفع الحمولة ووضعها في الموضع المطلوب ضمن نطاق العمل.
يتألف النظام الكهربائي للقيادة والتحكم من مكونات تحكم متنوعة داخل صندوق التحكم الكهربائي، لتشكيل نظام تحكم يتم تشغيله والتحكم فيه عبر أزرار ومقابض على لوحة التحكم الموجودة على جانبي مقعد الكابينة. أما النظام الهيدروليكي فيتألف من مضخات ومحركات ومجموعات صمامات وأنابيب وملحقاتها للتحكم في بعض الآليات التنفيذية وتشغيلها. إضافةً إلى ذلك، تُجهز الرافعات البحرية بأجهزة مساعدة مثل الممرات وأجهزة التهوية.
آلات التصنيف وغيرها من آلات التحميل والتفريغ
يمكن تقسيم رافعات السفن إلى نوعين: خفيفة وثقيلة. الرافعات ذات قدرة رفع أقل من 10 أطنان خفيفة، بينما الرافعات ذات قدرة رفع أكثر من 10 أطنان ثقيلة. وتُحدد قدرة الرفع بناءً على غرض السفينة. ففي سفن الشحن الجاف العامة، تتراوح قدرة رفع الرافعات الخفيفة بين 3 و5 أطنان عند تشغيل ذراع واحد، وبين 1.5 و3 أطنان عند تشغيل ذراعين. أما في سفن الشحن الجاف التي تبلغ حمولتها 10,000 طن، فتصل قدرة الرفع إلى 10 أطنان عند تشغيل ذراع واحد، وإلى 5 أطنان عند تشغيل ذراعين. تحتاج السفن الحديثة متعددة الأغراض إلى تحميل وتفريغ الحاويات، لذا يجب أن تكون قدرة رفع الرافعة قادرة على رفع حاوية بطول 20 قدمًا (20 طنًا) على الأقل. تُستخدم الرافعات الثقيلة لتحميل وتفريغ البضائع الثقيلة والكبيرة، مثل الآلات الضخمة والقاطرات. عادةً ما يتم تركيب رافعة أو رافعتين ثقيلتين على سفن الشحن، بقدرة رفع تتراوح في الغالب بين 10 و60 طنًا، وفي بعضها بين 60 و150 طنًا، وفي عدد قليل منها يصل إلى 300 طن. ويُجهز كل عنبر شحن في سفينة شحن جافة عامة برافعتين خفيفتين، بينما يُجهز كل عنبر شحن في سفينة شحن جافة عملاقة بأربع رافعات.
رافعات سطح السفينةتُركّب هذه الرافعات على سطح السفينة العلوي، وتتميز بتصميمها المدمج الذي يسمح باستغلال مساحة أكبر من سطح السفينة، مع تأثير ضئيل على الرؤية من جسر القيادة. وهي سهلة التشغيل، ذات كفاءة عالية في التحميل والتفريغ، ومرنة، ولا تتطلب سوى القليل من التحضير قبل التشغيل، مما يجعلها شائعة الاستخدام بشكل متزايد. تشمل الأنواع الشائعة الرافعات الدوارة الثابتة، والرافعات الدوارة المتحركة، والرافعات الجسرية، مع أنماط نقل كهربائية وكهربائية هيدروليكية.
رافعات دوارة ثابتةتُعدّ الرافعات الجسرية الأكثر استخدامًا، حيث يمكنها العمل على الجانبين الأيمن والأيسر منفردةً أو في أزواج، بقدرة رفع تتراوح عادةً بين 3 و5 أطنان. في السفن متعددة الأغراض، تحتاج رافعة واحدة لرفع حاوية بطول 20 قدمًا، بينما تحتاج رافعة مزدوجة لرفع حاوية بطول 40 قدمًا (30 طنًا)، لذا قد تصل قدرة الرفع إلى 25-30 طنًا. تُستخدم الرافعات الدوارة المتحركة عندما يتطلب تحميل وتفريغ البضائع مسافة كبيرة، ويُفضّل ألا يكون ذراع الرافعة طويلًا جدًا، وهي نوعان: تتحرك عرضيًا وطوليًا على طول السفينة. تُستخدم الرافعات الجسرية على نطاق واسع في سفن الحاويات الكاملة وناقلات البارجات، وعادةً ما تكون من النوع رباعي الأرجل أو من النوع C. تتميز هذه الرافعات بذراع قابل للتمديد، وعارضة رفع، وجسر متحرك، وكابينة. يكون العارضة الرئيسية الأفقية للجسر أعلى من الحاويات المكدسة على سطح السفينة، وهي مُجهزة بجهاز تحديد المواقع التلقائي، الذي يمكنه وضع الحاويات بدقة في شبكات الحاويات أو تكديسها على سطح السفينة أثناء التحميل. يوجد عدد أكبر من الرافعات الجسرية على سفن نقل البضائع مقارنةً بسفن الحاويات، وتبلغ قدرتها على الرفع عدة مئات من الأطنان.
بالإضافة إلى الرافعات البحرية، تشمل آلات التحميل والتفريغ الأخرى المصاعد والرافعات الشوكية والناقلات. تتحرك المصاعد عموديًا على متن السفينة على طول قضبان توجيه، وتُستخدم لرفع وخفض البضائع بين الطوابق. على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم سفن الدحرجة (Roll-On/Roll-Off) المصاعد لربط الطوابق المختلفة لنقل البضائع، بما في ذلك المصاعد المقصية والسلسلية، بطول يتراوح بين 9 و18.5 مترًا وعرض يتراوح بين 3 و5 أمتار. كما تستخدم بعض ناقلات الصنادل المصاعد لتحميل وتفريغ الصنادل، ولكن قدرتها على الرفع أكبر بكثير من تلك الموجودة على سفن الدحرجة. تنقل الرافعات الشوكية البضائع باستمرار في الاتجاه الرأسي أو المائل بشدة، بينما تنقل الناقلات البضائع باستمرار في الاتجاه الأفقي أو المائل بشكل طفيف. يُستخدم هذان النوعان من الآلات في الغالب على السفن ذاتية التفريغ أو السفن التي يتم تحميلها وتفريغها عبر الباب الجانبي.
بفضل هياكلها المتنوعة ووظائفها المتعددة وقدرتها على التكيف مع مختلف الظروف، أصبحت الرافعات البحرية من المعدات الأساسية التي لا غنى عنها في عمليات السفن. ومع تطور النقل البحري والهندسة البحرية، ستواصل هذه الرافعات التقدم من حيث الكفاءة والذكاء، مساهمةً باستمرار في كفاءة النقل البحري وعملياته.
تاريخ النشر: 8 أغسطس 2025
