فيما يتعلق بتعديل السيارة وإضافة المرافق، أصبح مصطلح حوامل رفوف السقف المخصصة شائعاً في مجموعات عشاق الهواء الطلق وسائقي الرحلات البرية ومديري الأساطيل التجارية كإكسسوار لا يمكنهم الاستغناء عنه. تشكل هذه الحوامل نقطة الاتصال الهيكلي لسقف السيارة مع كل ما يتم تركيبه عليها من سلال حمولة أو خيام على السطح أو ألواح شمسية أو علب جيري. يتطلب العالم الواقعي أن تكون حوامل رفوف السقف قادرة على دعم الحمولة الثابتة والديناميكية على حد سواء، سواء كان ذلك لإعداد سيارة دفع رباعي للانطلاق على الطرقات أو لمجرد الحاجة إلى حمل المزيد من الحمولة مع سائق يومي.  

تتوفر حوامل رفوف سقف السيارة في مجموعة متنوعة من الأنواع، بدءاً من الملاءمة العامة إلى طراز وطراز السيارة المحدد. وجميعها مصممة لتناسبها بشكل مريح، وتدعم وزن الحمولة وتعرضها للعناصر. تبين أن حوامل رفوف السقف المخصصة هي الحل المثالي للأفراد الذين يحتاجون إلى حوامل أقوى أو تكييف خاص بالمركبة. قد يتم وضعها بدقة، وتكون ذات أحمال أكبر، ويمكن تزويدها بمعدات خاصة.

تخوض المقالة التالية في هندسة المواد والتصميم على مستوى اختبار الإعياء ودراسات الحالة الحقيقية.

حوامل رف السقف

حوامل رفوف السقف هي عناصر دعم هيكلي تُستخدم لتركيب الرفوف والسلال والملحقات على سقف السيارة. يتم بناء أنظمة التحميل على هذه الحوامل، مما يجعلها مفيدة للغاية في نقل البضائع، والسير على الطرق البرية والاستخدام الصناعي. فيما يتعلق بمسألة تركيب شاحنة متعددة الاستخدامات أو حتى التوصل إلى نظام 4×4 مخصص، فإن نوع من الأقواس التي سيتم استخدامها والمواد ذات أهمية كبيرة.

التقسيمات العملية والاستخدام العملي

1. أقواس مخصصة للمعدات الأصلية

أقواس الشركة المصنعة للمعدات الأصلية (OEM) هي أقواس خاصة بالمركبة. وهي مريحة، وفي معظم الحالات، ليست قوية بما فيه الكفاية أو ليست متعددة الاستخدامات بما يكفي لاستخدامها في أعمال أكثر جدية. على الجانب الآخر، يتم تصنيع أقواس رفوف السقف المخصصة على الجانب الآخر مع أخذ بعض التطبيقات في الاعتبار، ويمكن للمرء أن يشعر بالحرية في تغيير الحجم ودرجة المواد وطريقة التثبيت أيضاً.

2. حالات استخدام حوامل رف سقف السيارة

تتنوع حوامل رفوف سقف السيارة من خفيفة إلى متوسطة التحمل وتتضمن الخيام الموجودة على السطح ورفوف الدراجات وصناديق المرافق. ويرتكز مستوى التخصيص في هذه الحالة على توزيع الوزن والديناميكية الهوائية، ويمكن تركيب التخصيص بسهولة دون إحداث ثني هيكل السيارة.

المواد المستخدمة والخصائص الميكانيكية

يعتمد تصميم حوامل رفوف السقف المخصصة وحوامل رفوف سقف السيارة إلى حد كبير على اختيار المواد المستخدمة. وتحدد المادة المستخدمة أيضاً قوة الحامل، ولكن الوزن ومقاومة التآكل وعمر التعب والأداء في ظل الأحمال الحرارية والميكانيكية المختلفة يعتمد على المادة المستخدمة.

فيما يلي المواد المستخدمة في الغالب وخصائصها الميكانيكية ومدى ملاءمتها للتطبيق.

1. سبائك الألومنيوم 6061-T6

السبيكة الأكثر تفضيلاً في تصنيع حوامل حاملة السقف هي سبيكة الألومنيوم 6061-T6 لأنها قوية جداً وخفيفة الوزن وغير قابلة للتآكل ويمكن تشغيلها آلياً أو لحامها.

الخواص الميكانيكية:

• قوة الخضوع: 276 ميجا باسكال
• قوة الشد القصوى (UTS): 310 ميجا باسكال
• حد التعب (الإجهاد المعكوس): ~96 ميجا باسكال
• معامل المرونة: 68.9 جيجا باسكال
• قوة القص: 207 ميجا باسكال
• الكثافة: 2.70 جم/سم 3
• درجة الانصهار: 582-652 درجة مئوية تقريبًا
• الموصلية الحرارية 167 واط/م كلفن
• نطاق درجة حرارة التشغيل: -200 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية

المزايا

• خفة الوزن - قوة تحمل مذهلة مع زيادة لا تُذكر في الكتلة
• قد تكون الحواف مؤكسدة أو مطلية بالمسحوق.
• يتميز مزاج T6 بقوة ما بعد المعالجة [استجابة]

القيود:

• غير ملائم للتشقق الإجهادي الناتج عن التآكل الإجهادي في البيئات الغنية بالكلوريد (على سبيل المثال، البحرية)

التطبيقات:

واستخدمت في التطبيقات على الطرق الوعرة والبرية حيث تعتبر حوامل رفوف السقف مصنوعة خصيصاً ولكنها تحتاج إلى تحمل أحمال ديناميكية تصل إلى 120 كجم وأكثر من 500,000 دورة من إجهاد الاهتزاز دون تشوه دائم (اللدونة).

2. الفولاذ المقاوم للصدأ (304/316)

توجد تطبيقات الفولاذ المقاوم للصدأ وحيث تكون الصلابة ومقاومة التآكل ذات أهمية أكبر من الوزن في الاستخدام على حوامل رفوف سقف السيارة. والأكثر شيوعاً هي الدرجتان 304 و316.

الخواص الميكانيكية (304):

• قوة الخضوع: -215 ميجا باسكال
• UTS 505-585 ميجا باسكال
• استراحة الاستطالة: 40 في المائة.
• الكثافة: 7.9 جم/سم 3
• درجة حرارة التشغيل: -196 درجة مئوية إلى 870 درجة مئوية
• التمدد الحراري: 17.2 ميكرومتر/متر مئوي بدرجة مئوية.
• مقاومة التآكل: جيد جداً، خاصةً في الأجواء الحضرية والصناعية

عادةً ما يتم استخدام الرتبة 316 في بيئة غنية بالكلوريد نظرًا لاحتوائها على موليبدينوم إضافي، مما يوفر للمادة مقاومة فائقة.

المزايا:

• مقاوم للأكسدة والمطر والأشعة فوق البنفسجية ورذاذ الملح
• قوة شد عالية، وقوة إجهاد، وأحمال، وثبات وديناميكية عالية.

يمكن استخدامه أيضاً في الاستخدامات عالية التحمل، حيث يجب أن يكون وزن الحمولة التي يجب أن تدعمها حوامل حامل سقف السيارة أكثر من 150 كجم.

القيود:

• أكثر كثافة من الألومنيوم (3 أضعاف تقريبًا).
• الماكينات واللحامات بشكل خاص;
• الفولاذ الطري (الفولاذ الكربوني المدرفل على البارد، A36 أو ما يساويه

الفولاذ الطري

يعتبر الفولاذ الطري شائعًا جدًا في الهياكل منخفضة التكلفة حيث يتطلب قوة ولا يتطلب عمرًا طويلاً دون أي طلاء آخر، مثل حوامل رف سقف السيارة.

الخواص الميكانيكية:

• قوة الخضوع: حوالي 250 ميجا باسكال
• UTS: ~حوالي 370 ميجا باسكال
• حد التعب (تقديري): ~حوالي 100 ميجا باسكال
• الكثافة: 7.85 جم/سم 3
• صلابة برينل: 120 -180
• الموصلية الحرارية 43 واط/م كلفن
• درجة حرارة الانصهار: -1540-1425 درجة مئوية.

المزايا:

• رخيص كإجراء مؤقت أو مؤقت.
• قابلية عالية للتشغيل الآلي
• الأقواس المقواة بالقرميد، في ظل عدد محدود من دورات الإجهاد

القيود:

• يحتاج إلى الطلاء أو الجلفنة أو الطلاء بالمسحوق؛ جاهز للصدأ
• مقاومة ضعيفة للتعب مقارنة بالألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ

حالة الاستخدام:

تُستخدم على أنظمة أسطول المركبات أو المقطورات متعددة الاستخدامات حيث يتم إنتاج حوامل رف سقف السيارة بكميات كبيرة، ثم يتم طلاؤها بمسحوق طلاء مسحوق قائم على الإيبوكسي مع 500 ساعة أو أكثر من مقاومة رش الملح (معيار ASTM B117).

3. المواد المركبة (البوليمرات المقواة بألياف الكربون - CFRP)

يتم تصنيع حوامل رفوف السقف المصنوعة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون المخصصة، في بعض الأحيان في الاستخدامات الراقية، وإن كان ذلك بأحجام منخفضة، وبشكل أساسي في رياضة السيارات، أو الاستخدامات ذات الوزن الزائد.

الخصائص:

• قوة الشد: حوالي 600-1200 ميجا باسكال
• الكثافة: 1.6 جم/سم 3
• الإرهاق غير الصحي: هائل
• الثبات الحراري: حتى 150 درجة مئوية حسب مصفوفة الراتنج,
• مقاومة التآكل: جيد جداً

المزايا:

• خفيف الوزن للغاية
• يمكن تشكيل الأشكال الأيروديناميكية الهوائية الفردية

القيود:

• باهظة الثمن
• الحالات التي تفتقر إلى الدقة
• ولن يكون التثبيت بالبراغي، بدون إدخالات، احتمالاً جيداً

جدول مقارنة المواد

اختيار المواد

يجب اختيار مادة دعامات حامل السقف أو دعامات حامل سقف السيارة مع مراعاة المتطلبات الهيكلية والبيئة وسعة تحميل الوزن والتكلفة.

• في حالة الاستخدام الشاق على الطرق الوعرة، فإن التوازن الجيد بين القوة ومقاومة التآكل هو الألومنيوم 6061-T6 المطلي بالمسحوق.
• عندما تكون المركبة مطلوبة للتخزين في الرطوبة أو المواد الكيميائية، كما في حالة المركبات الساحلية أو المركبات الصناعية، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ سيكون مرغوباً فيه.
• قد يكون الصلب الطري مرضيًا في الاستخدامات المؤقتة أو المغطاة، ولكن يجب توفير بعض الحماية ضد التآكل.
• يُعدّ البلاستيك المقوى بألياف الكربون مادة غريبة، ولكنها ليست مادة سائدة بسبب التكلفة ومشاكل التثبيت.

كما يجب على المهندسين والمصنعين أن يأخذوا في الاعتبار عوامل أخرى، والتي تشمل التمدد الحراري، وتغير الحمل المسبق للبراغي مع الحرارة، وتركيز الإجهاد في الانحناءات والثقوب، والتي تؤثر على الموثوقية على المدى الطويل في ظل دورات التحميل المتكررة.

عملية تصنيع حوامل رفوف السقف

إن تقنية تصنيع حوامل رفوف السقف هي عملية عمل معقدة، وتتطلب تنسيق تشكيل المواد بدقة، والربط، والتشطيب السطحي، والفحص. في كل من حوامل حوامل رفوف السقف المخصصة وحوامل رفوف سقف السيارات، فإن الأبعاد والسلامة الميكانيكية ومقاومة التآكل هي من الاعتبارات الأساسية. وفيما يلي الخطوات الرئيسية لعملية الإنتاج من البداية إلى النهاية.

1. تصميم CAD والتحليل الهندسي

قبل إنتاج الدعامة في العالم الحقيقي، سيقوم المهندس بتصميم نموذج لها على أحد برامج CAD (التصميم بمساعدة الحاسوب) التي تشمل Solid Works أو Auto CAD أو Fusion 360. يحتوي هذا النموذج على مواقع فتحات التثبيت وخطوط الانحناء ومواقع التركيب. عادةً ما يتم إجراء تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتحقيق محاكاة سلوك الحامل فيما يتعلق بالأحمال الثابتة والديناميكية. في الحالات التي تنطوي على أقواس رف السقف المخصصة، يمكن استخدام FEA لاكتشاف مواقع تركيز الإجهاد التي لم تكن لتحل إلا بعد تحسين سُمك المادة أو تقوية الجزء.

تعتبر معلمات التصميم التالية مهمة:

• بدل الانحناء ونصف القطر (1-2 ضعف سُمك المادة الطبيعي).
• تفاوت الثقب (+-0.1 مم)
• تباعد الفتحات من المركز إلى المركز (على سبيل المثال 100 مم × 50 مم)
• الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء (20 درجة -30 درجة لتجنب التشقق)

2. المواد- القطع بالليزر أو بالنفث المائي

عند التوصل إلى اتفاق على التصميم، يتم بعد ذلك قطع الصفائح المعدنية الخام إلى شكلها باستخدام ماكينات القطع بالليزر عالية الدقة باستخدام الحاسب الآلي أو ماكينات النفث المائي. وتوفر هذه الإجراءات دقة أبعاد فائقة وتشطيبات نهائية فائقة.

• القطع بالليزر: يركز الليزر المؤازر إما على ليزر ثاني أكسيد الكربون أو ليزر الألياف (حوالي 336 كيلوواط) لقطع المعادن التي يصل سمكها إلى 10 مم.
• القطع بالنفث المائي: القطع بالنفث المائي هو عبارة عن ماء عالي الضغط (حوالي 60,000 رطل لكل بوصة مربعة) ومزيج من الجسيمات الكاشطة المستخدمة لتوفير قطع خالٍ من الحرارة.

إن القطع بالليزر مرغوب فيه لأنه يمكن أن يقطع الفولاذ الطري أو الفولاذ المقاوم للصدأ، الذي يُطلق عليه اسم حوامل رف سقف السيارة، في وقت قصير. ومع ذلك، لا ينطوي القطع بنفث الماء للألومنيوم لأقواس حوامل رفوف السقف المخصصة على التواء أو تشققات دقيقة مرتبطة بالحرارة.

• التفاوت الشائع: +/- 0.05 مم
• سُمك الصفيحة: 3 ملم (عادي)، 4 6 ملم في الاستخدامات الشاقة

3. الثني والتشكيل باستخدام الحاسب الآلي

ثم يتم كبس الصفائح المعدنية الفارغة في شكلها باستخدام مكابح الضغط الهيدروليكية أو مكابح الضغط الكهربائية المؤازرة. ويرتبط الثني باستخدام الحاسب الآلي بقابلية التكرار الكبيرة والتفاوتات الزاويّة الصغيرة التي تكون صغيرة.

• قوة الصحافة: يختلف ذلك باختلاف المادة - 60 طنًا على الفولاذ المقاوم للصدأ 4 مم.
• تحمل زاوية الانحناء: + 0.5 -0.5 -0.5 درجة
• تعويضات العودة الربيعية: يتم تحديدها وفقًا لخصائص المادة
• نصف قطر الانحناء: يجب أن يكون سمك المادة 1.5 ضعف سمك المادة كحد أدنى لمنع التشقق.

يمكن أن تكون حوامل رفوف السقف المخصصة ذات أشكال معقدة مثل شكل Z أو شكل C، مع العديد من الانحناءات فيها، والتي لا يمكن ضمان اتساقها إلا من خلال الثني باستخدام الحاسب الآلي.

4. اللحام والربط

عندما تكون هناك حاجة إلى أكثر من قطعة واحدة، على سبيل المثال، حوامل رفوف السقف المخصصة متعددة المكونات، يجب استخدام اللحام. معظم عمليات اللحام المستخدمة هي:

• لحام MIG (الغاز الخامل المعدني): يمكن لحام الفولاذ الطري؛ وغاز التدريع هو CO 2 أو Ar/CO 2 عند 2030 CFH.
• لحام TIG (غاز التنغستن الخامل): هذا هو الخيار الأفضل لاستخدامه عند العمل على الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ؛ حيث يتم استخدام الأرجون النقي.
• اللحام الموضعي: يتم تطبيقها على الحوامل الفولاذية ذات المقاييس الرقيقة، في عمليات الإنتاج بكميات كبيرة لإنتاج حوامل رفوف سقف السيارة.

من المهم في الألومنيوم، على وجه الخصوص، إدارة المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) لتجنب الالتواء. يتم طحن طبقات اللحام الأرضي بعد اللحام لتنعيم الحواف الحادة ومرتفعات الإجهاد، لجعلها آمنة وخالية من الإجهاد.

سيشمل الفحص العادي بعد اللحام ما يلي:

• يتم فحص المسامية أو الشقوق السفلية من خلال الفحص البصري.
• اختبار التشققات السطحية - اختبار الصبغة المخترقة.
• اختبار عزم دوران الخيط أو البرشام، المدمج
• الطلاء والتشطيب السطحي

يتم تطبيق المعالجات السطحية بعد التشكيل واللحام لتعزيز مقاومة التآكل والمظهر والعمر الافتراضي. إنها خطوة جيدة، خاصة مع حوامل رف سقف السيارة، وهي عناصر خارجية.

5. تطبيقات الطلاء الشائعة

• طلاء البودرة: وهو عبارة عن طلاء جاف يتم تطبيقه إلكتروستاتيكيًا، ويتم معالجته عند 180 200 درجة مئوية في حدود 2030 دقيقة. وهو مقاوم للغاية للأشعة فوق البنفسجية والملح.
• الأنودة: من خلال عملية تسمى أنودة الألمنيوم، يمكن تطوير طلاء أكسيد صلب مقاوم للتآكل على الألومنيوم.
• الجلفنة بالغمس الساخن: تتم إضافة المكونات في وعاء من الزنك المنصهر (حوالي 450 درجة مئوية)، مما يوفر للصلب نوعًا من المقاومة للتآكل.
• طلاء إلكتروني: ترسب طبقة ناعمة من الطلاء التمهيدي على منتجات الطلاء القادمة.
• يبلغ متوسط وزن الطلاء 60 -100 ميكرون. تتمتع الأجزاء المطلية جيدًا بأكثر من 500-1000 ساعة من الحماية في رذاذ الملح (ASTM B117).
• الحفر، والتنقيب، وإعداد التجميع: تجهيزات تجميع المثقاب والصنبور.
• قد يتم قطع الثقوب التي سيتم تركيبها الآن، أو قد يتعين تشكيلها آلياً في وقت لاحق للسماح بتثبيت الحامل بشكل جيد. تعتبر الصواميل الملولبة أو صواميل اللحام الملولبة شائعة عند تركيب الملحقات المثبتة بمسامير.
• مقاسات الفتحات: الثقوب الأكثر شيوعاً هي M6 (6.5 مم) أو M8 (8.5 مم) أو M10 (10.5 مم)
• إدخالات ملولبة تصنيف عزم الدوران: إدراج فولاذ M8 إلى 25 نيوتن متر
• رقصات التجميع: تُستخدم رقع التجميع في الإنتاج الضخم لتثبيت عناصر مثل المحاذاة والتركيبات.
• يمكن أيضاً إرسال حوامل رف السقف المخصصة مع حشيات مطاطية، أو فواصل، أو وسادات مضادة للاهتزازات تم تركيبها بالفعل قبل تعبئتها بشكل نهائي.

6. اختبار الحمولة وفحص الجودة

يتم فحص كل شحنة من الحوامل بالرجوع إلى الجودة قبل إرسالها. حوامل رفوف السقف المخصصة للحمولة العالية، ويجب أن يتم اختبارها قبل تحميلها.

• التحقق من الأبعاد: تُستخدم أجهزة قياس الكاليبر والمقاييس والماسحات الضوئية الليزرية ثلاثية الأبعاد
• اختبار الحمل: الأقواس المحملة 1.5-2 أضعاف الحمولة المقدرة (أي 300 كجم ثابتة)
• اختبار إجهاد الدورة: تحاكي مليون دورة اهتزاز مع أنظمة الاختبار الهيدروليكية المؤازرة.
• ركوب الدراجات الحرارية: يتم تسخين المكونات وتبريدها بين +85 درجة مئوية و -40 درجة مئوية للتأكد من سلوك المادة في ظل هذه الظروف

فقط عندما تجتاز حوامل رفوف سقف السيارة جميع الاختبارات، يمكن السماح بطرحها في السوق.

7. التعبئة والتغليف والتتبع

يتم تنظيف الأقواس النهائية وتوسيمها وحشوها بفواصل رغوية أو بلاستيكية لتجنب إتلاف الأسطح. يتم توسيم كل وحدة أو دفعة بـ:

• رقم القطعة
• درجة المادة
• نوع الطلاء
• تاريخ التصنيع

مع حوامل رفوف السقف المخصصة، حيث يتم استخدامها في أسطول عامل أو مناقصة حكومية، يتم توفير وثائق التتبع الكاملة، مع شهادات المصنع، وسجلات اللحام، وتقارير فحص الطلاء.

محاكاة الإجهاد واختبار الحمل

اختبار الحمل الساكن

تقبل الأقواس أحمالاً ثابتة رأسية بوزن 150 - 300 كجم لكل نقطة تركيب. يتم تحميل جهاز الاختبار في خطوات بوزن 10 كجم، ويتم قراءة الانحراف في كل خطوة باستخدام مقاييس الإزاحة الرقمية.

اختبار الاهتزاز الديناميكي واختبار الإعياء

يتم إجراء اختبار ديناميكي على حوامل رف السقف المخصص مع مليون دورة عند 2 -5 هرتز لإعادة إنتاج ظروف القيادة الفعلية مع القيادة على الطرق الوعرة.

• دورة الحياة: يجب أن تقاوم مليون دورة دون حدوث تشققات إجهاد مرئية.
• عامل الأمان من الإجهاد: 1.5 ضعف -2 ضعف عبء العمل المتوقع

الاختبار الحراري

لاختبار الأقواس في مواجهة التغيرات المناخية الشديدة، يتم تعريض الأقواس لدورات على مدار 24 ساعة في غرف تتراوح درجة حرارتها من -440 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية.

اعتبارات تصميم قوس حامل السقف

يطرح التصميم النظري لأقواس حوامل رفوف السقف العديد من الأمور المهمة بشأن التحميل الهيكلي وسلوك المواد وتكامل السيارة. يجب أن تكون كل من حوامل رفوف السقف المخصصة وحوامل رفوف سقف السيارة قادرة على التعامل مع الضغوط في العالم الحقيقي دون أن تفشل، كما يجب أن تكون قادرة على التناسب مع أنواع مختلفة من الأسقف.

قدرة الإجهاد وقدرة الوزن

يجب أن تكون الأقواس قادرة على حمل الوزن الساكن، مثل الأمتعة أو البضائع، وعادة ما يتراوح وزنها بين 50 و150 كجم. تتضخم القوى الديناميكية عندما تكون السيارة في حالة حركة؛ وينجم ذلك عن التسارع والكبح والانعطاف. يمكن أن تكون الأوزان الديناميكية ضعف أو حتى ثلاثة أضعاف الوزن الساكن. يجب أن تكون الأقواس قادرة على تحمل أحمال الصدمات التي تصل إلى خمسة أضعاف السعة المقدرة في ظروف القيادة القاسية. وهذا أمر ضروري بشكل خاص في حالة حوامل رفوف السقف المخصصة، حيث يتم تخصيصها عادةً لتكون مخصصة للطرق الوعرة أو التجارية. عادةً ما يستخدم المهندسون عامل أمان يبلغ 2.0 أو أعلى في التصميم.

تحسين شكل المواد وسماكتها

تتأثر القوة والصلابة بسُمك المادة. في حالة الفولاذ، يكون سمك 4-6 مم نموذجيًا. وفي حالة الألومنيوم، يكون سمك 2 - 3 مم شائعاً في حالة الألومنيوم لتوفير الوزن. كثيراً ما يتم استخدام الأشكال المشكّلة مثل الأشكال المشكّلة على شكل حرف C أو الأقواس على شكل حرف Z في حوامل حاملة السقف المخصصة لإضافة صلابة دون زيادة الحجم. تضيف التصاميم المحاطة بصناديق مزيداً من المقاومة للانحناء والالتواء. يتم إجراء التحسين الأمثل للهندسة وتوزيع الإجهاد بمساعدة برنامج FEA. تنطبق هذه الطريقة على حوامل رفوف سقف السيارة، وخاصةً على الإنتاج الضخم.

محاذاة التركيب وملاءمة المركبة

• التركيب هو المهم: يجب أن تتناسب حوامل رف سقف السيارة مع نمط مسامير المصنع أو تباعد القضبان أو النقاط الصلبة على سقف السيارة. يجب أن تكون الثقوب دقيقة مع تفاوت قدره +/- 0.1 مم.
• حوامل رف السقف المخصصة: كثيراً ما تكون هناك حاجة إلى نماذج CAD مخصصة لتتبع منحنيات السقف. سيؤدي الاتصال الصحيح إلى تجنب الضوضاء وتحسين نقل الأحمال.
• وسادات مطاطية أو حشوات مطاطية: يتم وضع وسادات أو حشوات مطاطية بين الدعامة وجسم السيارة. وهي تمنع التآكل وتعمل على امتصاص الاهتزازات أثناء القيادة.
• العمر الافتراضي ومتانة التعب والاهتزاز

يجب أن تتحمل الأقواس اهتزازات المطبات على الطريق والرياح. قد تؤدي هذه الضغوط إلى تعطلها مع مرور الوقت، ما لم يتم اتخاذ التدابير اللازمة. يجب أن يتجنب المصممون الزوايا الحادة والمرتفعات الضاغطة. تقضي الحواف المخففة والانتقالات على مخاطر التشققات. يتم اختبار حوامل رفوف السقف المخصصة المطبقة في حالات الطرق الوعرة لعدة دورات في البيئة المعملية. وهذا من شأنه أن يوفر السلامة والمتانة على المدى الطويل.

طلاء السطح والمقاومة البيئية

تحتاج إلى حماية عالية ضد التآكل بسبب المطر والملح والتعرض للشمس. عادةً ما يتم طلاء حوامل رف سقف السيارة بمسحوق الطلاء أو المجلفن. يتم طلاء المسحوق بالمسحوق في درجة حرارة 180-200 درجة مئوية وهو مقاوم للأشعة فوق البنفسجية والصدأ. يتم جلفنة حوامل رفوف السقف الفولاذية الشائعة والمخصصة بالزنك، مما يوفر حماية ضد الصدأ. يجب أن تتحمل الطلاءات المستخدمة في البيئات الساحلية أو الثلجية 500 ساعة أو أكثر من اختبار رش الملح حتى يمكن الاعتماد عليها.

أنظمة التركيب والتوافق

الأنماط الثلاثة الرئيسية لحاملات رفوف سقف السيارة هي:

حوامل تركيب المزراب

تطبق على السيارات القديمة ذات مزاريب المطر. يمكن لهذه الأقواس عادةً أن تتحمل وزن 80 كجم/زوج.

حوامل تثبيت المشبك

توضع بأرجل مطاطية وألواح ضغط على عضادات الباب. السعة الثابتة- 75 كجم.

أنظمة التثبيت على الجنزير

يظهر في حوامل رف السقف المخصصة، حيث يتم تثبيت مسارات الألومنيوم المبثوق على السقف بمثبتات M8 مشدودة بقوة 1820 نيوتن متر مع حشيات مانعة للتسرب لجعل التركيب مقاوماً للماء.

دراسة حالة: بناء البعثة الاستكشافية على الطرق الوعرة

تتطلب الرحلة على الطرق الوعرة بعض التعديلات على السيارة، والتي لا تتعلق بالاستخدام العادي في المدينة. يُعد تركيب سيارة دفع رباعي مع حوامل سقف مخصصة أقوى لحامل السقف لجعل حمولة السقف آمنة في ظل الظروف القاسية أحد هذه الترقيات الأساسية. هنا في دراسة الحالة هذه، نلقي نظرة على منصة كاملة سيتم استخدامها في رحلة استكشافية برية لمدة أسبوعين عبر الطرق الصحراوية الصخرية والغابات.

المنصة ومتطلبات المركبات

السيارة المستخدمة هي سيارة تويوتا لاند كروزر الفئة 76 لعام 2021، ونظام تعليقها عبارة عن محور صلب، وحمولة سقفها 150 كجم. كان من المقرر أن تتألف الرحلة البرية من تركيب خيام على السطح وحاملات علب الجيري وتجهيزات الألواح الشمسية. كان تقدير حمولة السقف الثابتة الإجمالية 120 كجم. كانت قضبان المصنع غير كافية، ومن ثم أنتج المهندسون زوجاً من حوامل رفوف السقف المخصصة، والتي تناسب نظام مزراب المطر في لاند كروزر. كان على هذه الأقواس أن تحتفظ ليس فقط بالوزن ولكن أيضاً بالاهتزازات الشديدة للقيادة على الطرق الوعرة.

تصميم الدعامة واختيار المواد

تم قطع الأقواس هيكلياً بالليزر من الفولاذ الطري المدلفن على البارد بسمك 5 مم (درجة CR4). كما تم ثني شكل على شكل حرف U مع حواف مقواة من كل قوس باستخدام مكابح ضغط هيدروليكية باستخدام الحاسب الآلي. تم إجراء عمليات محاكاة للإجهاد للتحقق من صحة الحامل بحمل ديناميكي مكافئ بوزن 450 كجم (3.75 × ثابت). تم لحام المصطلح بلحام مجمّع عند نقاط الإجهاد الحرجة لحامل السقف المخصص للحامل المخصص للسقف" لتعزيز الصلابة الالتوائية دون أن يكون ثقيلاً للغاية. تم استخدام الجلفنة بالغمس الساخن لطلاء مجموعة الدعامات، ثم تمت معالجة طلاء المسحوق الأسود غير اللامع عند درجة حرارة 190 درجة مئوية / 25 دقيقة لتحمل الأشعة فوق البنفسجية الصحراوية الشديدة والتعرض المحتمل للمطر.

تحميل وتركيب التوزيع وتركيبه

تم تثبيت الأقواس بمزاريب المطر في لاند كروزر باستخدام مسامير من الفولاذ المقاوم للصدأ على شكل حرف U من الفولاذ المقاوم للصدأ M8 وصواميل قفل مشدودة بقوة 20 نيوتن متر. لتجنب تآكل الطلاء والاهتزاز، تم وضع وسادات مطاطية (نيوبرين بسمك 5 مم) بين قاعدة الحامل والمركبة. تم تحميلها من خلال ستة حوامل لحامل سقف السيارة (ثلاثة على كل جانب) متباعدة في مراكز 650 مم لتوفير أفضل توزيع للضغط. وأثبتت الاختبارات الديناميكية عدم حدوث أي تغيير حتى بعد 500 كيلومتر من الاختبارات المختلطة.

ستتم مناقشة الأداء في البعثة في هذا القسم.

• قطعت المركبة أكثر من 2,400 كيلومتر على تضاريس متنوعة: المسارات المموجة والتسلق الصخري ومعابر الأنهار. تفاوتت درجات الحرارة المحيطة من -3 درجة مئوية تحت الصفر ليلاً إلى 42 درجة مئوية ظهراً في المناطق الصحراوية.
• حوامل رف السقف المخصصة صمدت حتى النهاية: لم تكشف الفحوصات البصرية عن وجود أي تشققات في الطلاء أو أعطال في اللحام. كان هناك تحول طفيف في الأحمال، ولم يتم إحكام ربط الأقواس طوال الرحلة.
• مستويات الاهتزاز عند نقاط التركيب: تم العثور على مستويات الاهتزاز عند نقاط التثبيت في حدود +0.3 جم RMS إلى -0.3 جم RMS. كانت هذه القيمة المنخفضة دليلاً على وجود تخميد جيد للاهتزاز بسبب طبقات العزل المطاطية وصلابة الأقواس.

تحليل وتصحيح بعد الرحلة

تم تفكيك الأقواس وإجراء الفحص بعد الرحلة. لم يكن على أي منها أي علامة واضحة للإجهاد أو التآكل السطحي. أثبت اختبار الضباب الملحي أن الطلاء تجاوز معايير مقاومة 750 ساعة. وقد أدت ملاحظات الفريق الميداني إلى إدخال تحسينات طفيفة على تصميم الطرازات المستقبلية، مثل الثقوب المشقوقة الأطول للسماح بتعديل أسهل وأحكام إضافية لتركيب الملحقات. كما توفر التطورات التالية أيضًا تنوعًا أفضل في استخدام حوامل حامل سقف السيارة في الظروف القاسية.

الخاتمة

عند اختيار قوس حامل السقف، لا يعتبر التركيب هو الاعتبار الوحيد؛ فهناك المتانة والسلامة والأداء التي يجب مراعاتها. يجب أن يتم تصميم كل من حوامل رفوف السقف المخصصة وحوامل رفوف سقف السيارة بدقة، سواءً كنت تقوم بتصميمها لحضور الرحلات الاستكشافية الوعرة أو للاستخدام اليومي. وسواء كان الأمر يتعلق باختيار المواد وإجراءات اللحام أو التمدد الحراري واختبار الدورة، فإن كل جانب مهم لتعزيز موثوقية النظام الناتج. قد لا يبدو الاستثمار في الأقواس عالية الجودة أمرًا كبيرًا؛ ومع ذلك، عندما تكون معداتك أو أدواتك أو حتى الخيمة في الأعلى، يصبح أحد أهم القرارات التي يمكنك اتخاذها.

الأسئلة الشائعة

س1: ما هو تصنيف وزن حوامل حوامل السقف ما بعد البيع؟

تتمتع حوامل رفوف السقف المخصصة عموماً بمعدل حمولة ثابتة يبلغ 75 150 كجم، حسب المادة والتصميم. يجب أن تكون قادرة على تحمل 2-5 أضعاف هذا الحمل في ظل الظروف الديناميكية مثل القيادة على الطرق الوعرة أو السفر بسرعة عالية. لا تغفل أبداً عامل الأمان للحامل، والذي يجب أن يكون 2.0 أو أكثر.

س2: هل يمكن تركيب حوامل رف سقف السيارة دون تغيير السيارة؟

ونعم، غالبية الأشياء مثل حوامل رف سقف السيارة مخصصة للاستفادة من نقاط التثبيت المثبتة في المصنع أو قضبان السقف. ومع ذلك، قد تحتاج حوامل رفوف السقف المخصصة إلى تعديلات طفيفة أو أطقم تثبيت خاصة، خاصة في السيارات غير العادية أو سيارات الرحلات الاستكشافية.

س3: ما هي المواد المناسبة لأقواس حوامل السقف في الظروف القاسية؟

الفولاذ المجلفن والألومنيوم المؤكسد أمر معتاد. قد تكون حوامل رفوف السقف المخصصة للبيئة القاسية مصنوعة من الفولاذ بسمك 4 -6 مم، ومغلفة بمسحوق ومقاومة للتآكل حتى تتحمل الملح والأشعة فوق البنفسجية ودرجات الحرارة العالية.