يُحرك المُشغِّل الخطي حملاً، سواءً كان تجميعاً أو مكونات أو منتجاً نهائياً، في خط مستقيم. يُحوِّل هذا المُشغِّل الطاقة إلى حركة أو قوة، ويمكن تشغيله بواسطة سائل مضغوط أو هواء، بالإضافة إلى الكهرباء. فيما يلي شرحٌ للمُشغِّلات الخطية الشائعة، ومزاياها وعيوبها.

كيف تعمل؟

تتكون المحركات الخطية الهوائية من مكبس داخل أسطوانة مجوفة. يحرك ضغط ضاغط خارجي أو مضخة يدوية المكبس داخل الأسطوانة. مع زيادة الضغط، تتحرك الأسطوانة على طول محور المكبس، مما يُولّد قوة خطية. يعود المكبس إلى موضعه الأصلي إما بقوة ارتداد زنبركية أو بسائل يُزوّد ​​به الجانب الآخر من المكبس.

• تعمل المحركات الخطية الهيدروليكية بشكل مشابه للمحركات الهوائية، ولكن يتم تحريك الأسطوانة باستخدام سائل غير قابل للضغط من مضخة بدلاً من الهواء المضغوط.

يُحوّل مُشغّل كهربائي خطي الطاقة الكهربائية إلى عزم دوران. يُدير مُحرّك كهربائي مُتصل ميكانيكيًا برغيًا مُسننًا. يُمنع برغي مُسنن أو صامولة كروية ذات أسنان مُطابقة لأسنان البرغي من الدوران مع البرغي. عند دوران البرغي، تُدفع الصامولة على طول الأسنان. يعتمد اتجاه حركة الصامولة على اتجاه دوران البرغي، كما يُعيد المُشغّل إلى موضعه الأصلي.

【المحركات الهوائية】

المزايا

تنبع فوائد المحركات الهوائية من بساطتها. تتمتع معظم المحركات الهوائية المصنوعة من الألومنيوم بضغط أقصى يبلغ 150 رطل/بوصة مربعة، وتتراوح أحجام أسطواناتها بين ⁻ و8 بوصات، ما يعادل قوة تتراوح بين 30 و7500 رطل تقريبًا. أما المحركات الفولاذية، فتتمتع بضغط أقصى يبلغ 250 رطل/بوصة مربعة، وتتراوح أحجام أسطواناتها بين ⁻ و14 بوصة، وتولد قوى تتراوح بين 50 و38465 رطل/بوصة مربعة.

• تعمل المحركات الهوائية على توليد حركة خطية دقيقة من خلال توفير الدقة، على سبيل المثال، في حدود 0.1 بوصة وإمكانية التكرار في حدود 0.001 بوصة.

• تشمل التطبيقات النموذجية للمشغلات الهوائية مناطق ذات درجات حرارة قصوى. يتراوح نطاق درجات الحرارة النموذجي بين -40 درجة فهرنهايت و250 درجة فهرنهايت. من حيث السلامة والفحص، تتجنب المشغلات الهوائية استخدام المواد الخطرة باستخدام الهواء. كما أنها تلبي متطلبات الحماية من الانفجار وسلامة الآلات لأنها لا تُحدث تداخلاً مغناطيسياً بسبب افتقارها للمحركات.

في السنوات الأخيرة، شهدت تقنية النيوماتيك تطوراتٍ عديدة في التصغير، والمواد، والتكامل مع الإلكترونيات ومراقبة الحالة. وتُعدّ تكلفة المحركات الهوائية منخفضةً مقارنةً بالمحركات الأخرى. فعلى سبيل المثال، ووفقًا لشركة بيمبا للتصنيع، يتراوح متوسط ​​سعر المحرك الهوائي بين 50 و150 دولارًا أمريكيًا. كما تتميز المحركات الهوائية بخفة وزنها، وقلة صيانتها، ومكوناتها المتينة، مما يجعلها طريقةً فعّالة من حيث التكلفة للحركة الخطية.

العيوب

• إن فقدان الضغط وقابلية الهواء للانضغاط يجعلان الميكانيكا الهوائية أقل كفاءة من طرق الحركة الخطية الأخرى. وتعني قيود الضاغط وتوصيل الهواء أن العمليات عند ضغوط أقل ستتطلب قوى أقل وسرعات أبطأ. يجب أن يعمل الضاغط باستمرار عند ضغط التشغيل حتى في حالة عدم وجود أي شيء يتحرك.

لتحقيق كفاءة عالية، يجب أن تكون المحركات الهوائية مصممة خصيصًا لوظيفة محددة. وبالتالي، لا يمكن استخدامها في تطبيقات أخرى. يتطلب التحكم الدقيق والكفاءة استخدام منظمات وصمامات تناسبية، مما يزيد من التكلفة والتعقيد.

على الرغم من سهولة توفر الهواء، إلا أنه قد يتلوث بالزيت أو مواد التشحيم، مما يؤدي إلى توقف العمل وحاجته إلى الصيانة. لا تزال الشركات تدفع ثمن الهواء المضغوط، مما يجعله مادة استهلاكية، كما أن الضاغط والأنابيب تُشكلان مشكلة صيانة أخرى.

【المحركات الهيدروليكية】

المزايا

• تتميز المحركات الهيدروليكية بمتانتها ومناسبتها للتطبيقات عالية القوة. فهي قادرة على توليد قوى أكبر بـ 25 مرة من الأسطوانات الهوائية ذات الحجم المماثل. كما أنها تعمل في ضغوط تصل إلى 4000 رطل/بوصة مربعة.

• تتمتع المحركات الهيدروليكية بنسبة عالية من القدرة الحصانية إلى الوزن بمقدار 1 إلى 2 حصان/رطل أكبر من المحرك الهوائي.

• يمكن للمحرك الهيدروليكي الحفاظ على القوة وعزم الدوران ثابتين دون أن تقوم المضخة بتزويد المزيد من السوائل أو الضغط بسبب عدم قابلية السوائل للانضغاط

• يمكن وضع المضخات والمحركات الهيدروليكية على مسافة كبيرة مع الحد الأدنى من فقدان الطاقة.

العيوب

• قد يتسرب سائل النظام الهيدروليكي. وكما هو الحال في المحركات الهوائية، يؤدي فقدان السوائل إلى انخفاض الكفاءة. ومع ذلك، يؤدي تسرب السوائل الهيدروليكية إلى مشاكل في النظافة واحتمال تلف المكونات والمناطق المحيطة.

تتطلب المحركات الهيدروليكية العديد من الأجزاء المصاحبة، بما في ذلك خزان السوائل، والمحركات، والمضخات، وصمامات التحرير، والمبادلات الحرارية، بالإضافة إلى معدات خفض الضوضاء. هذا يجعل أنظمة الحركة الخطية كبيرة الحجم ويصعب استيعابها.

【المحركات الكهربائية】

المزايا

توفر المحركات الكهربائية أعلى دقة للتحكم في المواضع. مثال على مدى الدقة +/- 0.000315 بوصة، وقابلية تكرار أقل من 0.0000394 بوصة. إعداداتها قابلة للتطوير لأي غرض أو متطلبات قوة، وهي هادئة وسلسة وقابلة للتكرار.

• يمكن ربط المحركات الكهربائية وإعادة برمجتها بسرعة. كما توفر تغذية راجعة فورية للتشخيص والصيانة.

• توفر التحكم الكامل في ملفات تعريف الحركة ويمكن أن تتضمن أجهزة ترميز للتحكم في السرعة والموضع وعزم الدوران والقوة المطبقة.

• من حيث الضوضاء، فهي أكثر هدوءًا من المحركات الهوائية والهيدروليكية

• نظرًا لعدم وجود تسربات للسوائل، يتم القضاء على المخاطر البيئية.

العيوب

التكلفة الأولية لوحدة المحرك الكهربائي أعلى من تكلفة المحركات الهوائية والهيدروليكية. ووفقًا لمثال شركة بيمبا للتصنيع، يمكن أن يتراوح سعر المحرك الكهربائي بين 150 دولارًا أمريكيًا وأكثر من 2000 دولار أمريكي، وذلك حسب تصميمه والمكونات الإلكترونية.

• لا تصلح المحركات الكهربائية لجميع البيئات، على عكس المحركات الهوائية، والتي تعد آمنة في المناطق الخطرة والقابلة للاشتعال

• سيؤدي تشغيل المحرك باستمرار إلى ارتفاع درجة حرارته، مما يزيد من تآكل ترس التخفيض. كما قد يكون المحرك كبيرًا ويسبب مشاكل في التركيب.

يُثبّت المحرك المُختار حدود قوة المُشغّل ودفعه وسرعته على إعداد ثابت. في حال الرغبة في مجموعة مختلفة من قيم القوة والدفع والسرعة، يجب تغيير المحرك.