تساهم تقنيات التعويض عن عدم المحاذاة الاقتصادية في منع التحميل الزائد على المحامل والفشل المبكر للبوابة.

أدوات محاذاة الجسر

عندما يقوم مصنعو أنظمة تحديد المواقع ببناء نظام جسري، فإنهم عادةً ما يستخدمون أدوات محاذاة خاصة أثناء عملية التجميع لضمان استيفائها لمواصفات القوة والدقة والعمر الافتراضي.

تُستخدم مقاييس التداخل الليزرية بشكل متكرر لضبط محاذاة الآلات بدقة تصل إلى مستوى الميكرونات والثواني القوسية. على سبيل المثال، يساعد مقياس التداخل الليزري من شركة رينيشو في ضبط استواء واستقامة وتعامد قضبان الرافعة.

تستخدم أدوات أخرى، مثل ليزرات المحاذاة من هامار، أشعة ليزر دوارة كمستويات مرجعية دقيقة في الفضاء، مع وجود مستشعرات مثبتة على المنزلق المتحرك. ويتم ضبط السكة أو المنصة إلى الوضع المطلوب عن طريق ضبط براغي تسوية القضبان، أو وضع حشوات أسفلها. وقد تستغرق عملية تسوية القضبان بدقة عالية أيامًا أو أسابيع، وذلك بحسب مستوى الدقة وحجم وتكوين الآلة.

لتلبية متطلبات المحاذاة ذات الدقة المنخفضة، تُستخدم مكونات ميكانيكية متنوعة، تشمل أجهزة التسوية الإلكترونية، ومؤشرات القياس، والمساطر المستقيمة، والعوارض المتوازية. وباستخدام هذه المكونات، يقوم الفنيون بمحاذاة السكة الرئيسية باستخدام مؤشر قياس مقابل سطح تثبيت دقيق أو مسطرة مستقيمة. بعد تثبيت إحدى السكتين بالدقة المطلوبة، يتم توجيه منزلق على طولها أثناء شد براغي السكة العائمة الثانية، باستخدام مؤشر قياس أو منزلق توجيه.

بغض النظر عن طريقة المحاذاة، يجب التأكد من أن عدم المحاذاة المتبقية لن تمارس قوى على قضبان المسرح، مما قد يؤدي إلى قصر العمر أو إلى فشل كارثي.

تُعدّ أنظمة البوابات، التي تُعرف أحيانًا بالروبوتات الكارتيزية، أنظمة مثالية لتحديد المواقع في خطوط النقل الآلية. في هذا النوع من عمليات التصنيع، ينقل ناقل مستمر أو ناقل فهرسة الأجزاء من محطة بوابة إلى أخرى. تقوم كل محطة بوابة على طول خط النقل بتحريك أداة بالنسبة لجزء معين لإجراء عمليات التصنيع مثل التشغيل الآلي، واللصق، والتجميع، والفحص، والطباعة، أو التعبئة والتغليف. تُستخدم البوابات بشكل شائع لتحديد مواقع المنتجات على خطوط النقل الآلية.

من الواضح أن موثوقية كل آلة في خط النقل يجب أن تكون عالية للغاية لتقليل وقت التوقف، لأن توقف آلة واحدة قد يؤدي إلى توقف خط النقل بأكمله بتكلفة باهظة. بالإضافة إلى ذلك، تتضمن الرافعات الجسرية العديد من العناصر الحيوية، مثل وحدة التحكم، والمضخم، والمحرك، والوصلة، والمشغل (مثل المحرك اللولبي الكروي، أو المحرك الحزامي، أو المحرك الخطي)، والسكك، والمنزلق، والقاعدة، والمصدات، والمشفر، والكابلات. وتُعد موثوقية نظام الرافعة الجسرية ككل هي المجموع الإحصائي لموثوقية جميع مكوناته.

لضمان موثوقية عالية للنظام، يجب تحديد حجم كل مكون بدقة لضمان عدم تجاوز الأحمال المطبقة عليه أثناء التشغيل قيمها المقدرة. ورغم أن تحديد حجم كل مكون قد يكون مهمة هندسية بسيطة، وفقًا لتوصيات الشركة المصنعة، إلا أن أنماط فشل القضبان الخطية أكثر تعقيدًا. فهي تعتمد، بالإضافة إلى قدرة تحمل الأحمال والحجم والدقة، على توجيهها الدقيق في الفراغ.

مشاكل عدم المحاذاة

يكاد يجمع جميع مصنعي قضبان التوجيه الخطية على أن عدم المحاذاة يؤدي إلى مشاكل. ومن بين جميع العوامل التي تساهم في التلف المبكر للمحامل الخطية، يحتل عدم المحاذاة مرتبة متقدمة في القائمة.

تشمل حالات فشل محاذاة السكك الحديدية المصنفة ما يلي:fليكينج: إزالة المواد من سطح السكة الحديدية؛يرتدي: نتائج الاحتكاك المفرط؛المسافة البادئةتتسبب الكرات في تشويه القضبان؛ والأجزاء التالفة: تشوه القضبان بسبب سقوط الكرات من أخاديد القضبان.

تشمل الأسباب الجذرية الشائعة لعدم محاذاة القضبان عدم استواء القضبان الخطية، وعدم استقامتها، وعدم توازيها، وعدم استوائها. ويمكن تقليل هذه الأسباب أو القضاء عليها باتباع تقنيات التجميع والمحاذاة الصحيحة، مما يقلل بدوره من التحميل الزائد على القضبان. وتشمل الأسباب الجذرية الأخرى لفشل القضبان الخطية عدم كفاية التشحيم ودخول جزيئات غريبة، ويمكن التخفيف من ذلك من خلال منع التسرب بشكل صحيح والتشحيم الدوري. وعلى الرغم من أهميتها، إلا أنها خارج نطاق هذه المقالة.

أساسيات المحاذاة

تتضمن قضبان الرافعات عادةً محامل كروية دوارة مُحمّلة مسبقًا في أخاديدها المتحركة لتوفير صلابة عالية. تُعدّ الصلابة العالية والكتلة المتحركة المنخفضة من الخصائص الأساسية للرافعات، لأنها تُحدد أدنى تردد طبيعي للنظام. يتطلب عرض نطاق موضعي عالٍ ترددًا طبيعيًا عاليًا، في حدود 150 هرتز. بينما يتطلب عرض نطاق موضعي عالٍ، في حدود 40 هرتز، دقة ديناميكية عالية. وتُعدّ الدقة الديناميكية العالية، مثل السرعة الثابتة مع خطأ موضعي لا يتجاوز بضعة ميكرونات، أو زمن استقرار منخفض، في حدود بضعة ميلي ثانية إلى نافذة استقرار دون الميكرون، ضروريةً لجودة عالية للأجزاء وإنتاجية عالية، على التوالي. عادةً ما تكون خصائص الأداء هذه مطلوبة في ظل تأثيرات متضاربة للتسارع العالي والحركة السلسة في عمليات مثل فحص لوحات الدوائر المطبوعة، والطباعة النافثة للحبر، والنقش بالليزر.

لضمان صلابة عالية للرافعة - تصل إلى 100 نيوتن/ميكرومتر - يتم تحميل المحامل مسبقًا. مع ذلك، فإن أي انحراف بين جانبي الرافعة بمقدار عشرات الميكرونات، سواءً في الوضع الرأسي (التسطيح) أو الأفقي (الاستقامة)، قد يزيد بشكل كبير من حمل المحامل. وهذا بدوره قد يؤدي إلى عطل كارثي نتيجة سقوط الكرات من أخاديد المحامل أو حدوث انبعاجات عميقة في القضبان. حتى التشوهات الطفيفة في المحامل قد تقلل من عمرها الافتراضي بشكل ملحوظ.

يتطلب ضبط محاذاة القضبان الخطية بدقة تصل إلى عشرات الميكرونات على مسافات طويلة (من متر إلى ثلاثة أمتار) أدوات باهظة الثمن مثل مقياس التداخل الليزري وتجهيزات خاصة. قد لا تكون هذه الأدوات متاحة بسهولة للمستخدم النهائي أو مُكامل الأنظمة. وبدونها، قد يكون عدم محاذاة القضبان السبب الرئيسي لانخفاض موثوقية النظام، وارتفاع تكاليف الصيانة، وتوقف العمل، وقصر عمر النظام.

لحسن الحظ، توجد خيارات عديدة مجرّبة ميدانيًا لتعويض عدم المحاذاة، قد لا تتطلب أدوات محاذاة معقدة، ومع ذلك توفر قيمة عالية من خلال الحد من الآثار السلبية المحتملة لعدم محاذاة القضبان. تصبح أجهزة تعويض عدم المحاذاة هذه جزءًا لا يتجزأ من إطار الرافعة، وتوفر درجات الحرية اللازمة لمنع الأحمال الزائدة على المحامل في مختلف تركيبات قضبان الرافعة وتكوينات محركات المحاور.

حركية عدم المحاذاة

لفهم كيفية عمل مُعَوِّض عدم المحاذاة، يجب فهم خصائصه الحركية كجزء من نظام الرافعة. على سبيل المثال، يُظهر الرسم التخطيطي ثلاثي الأبعاد المرفق للرافعة أربعة دعامات. قواعد المراحل X₁(الرابط المتصل 10) و X₂(الرابط 1) تظهر بشكل مبالغ فيه بانحرافات في الميل والانحراف والدوران بالنسبة لبعضها البعض، وكذلك في التسطيح والتوازي. افترض أن X الأيسر₁العربة (9) هي المحرك الرئيسي، ولها مفصل كروي (j) يدعم المرحلة Y (4). أما المحور X الأيمن المقابل فهو محرك رئيسي₂تحتوي المرحلة (3) على مفصل كروي واحد (ب) ومفصل انزلاقي خطي واحد (ج) يدعمان المرحلة Y. أما العربات X الأخرى (7 و6) فهي عربات وسيطة وتدعم المرحلة Y أيضًا بواسطة مفصل كروي ومفصل انزلاقي خطي.

بحساب إجمالي درجات الحرية وطرح إجمالي القيود، نحصل على درجة حرية واحدة. هذا يعني أن المحور X الرئيسي فقط هو الذي يتحرك بشكل مستقل، وتتبعه جميع الوصلات الأخرى. في هذه الحالة، إذا قام محرك مستقل آخر بتشغيل المحور X الآخر، فقد ينتج عن ذلك حمل زائد على القضبان. يُعد هذا تكوينًا غير مرغوب فيه لمراحل Y الطويلة، ولذلك، يجب على المهندسين إجراء تعديلات تصحيحية لتمكين المرحلة X الثانية من الحركة بشكل مستقل عن المرحلة X الأولى.

إضافة درجة حرية أخرى للنظام، كما هو الحال بالنسبة للمحور X التابع، تعني إضافة درجة حرية أخرى لأحد المفاصل. ويتمثل الحل الشائع في هذه التكوينات في منح أحد أجزاء الانزلاق الوسيطة درجة حرية في اتجاه المحور Z، على سبيل المثال، بين المفصل الكروي d والمفصل المنزلق e.

ستكون النتيجة حاملًا حركيًا للمرحلة Y عند المفاصل b و j و i، مما يسمح بتوجيه المرحلة 4 ثلاثي الأبعاد دون أي قيود. مع ذلك، ولمنع دعم المرحلة 4 عند ثلاث نقاط زاوية فقط، يُتبع عادةً إضافة بعض المرونة في الاتجاه Z بين المفصل d والمنزلق e لتحمل جزء من الحمل. في بعض الحالات، قد تكون مرونة الوصلة 4 كافية؛ وفي حالات أخرى، يمكن استخدام حلقة بيلفيل مرنة.

تصميمات المعوض

صُممت مُعوضات عدم المحاذاة المُدمجة لتكوينات البوابات ثنائية الأبعاد. يتضمن التصميم لوحين يُحيطان بمفصل مرن يوفر درجة حرية خطية في الاتجاه Y.

لنستعرض تصميمين لموازنات عدم المحاذاة. الأول عبارة عن مفصل دوراني مركب مع مفصل انزلاقي خطي، لتكوين جسري ثلاثي الأبعاد. أما الثاني فهو مفصل دوراني متكامل مع مفصل انحناء خطي لتكوين جسري ثنائي الأبعاد. في النسخة ثنائية الأبعاد، افترض أن قضبان الجسر X₁و X₂تقع في مستوى واحد.

تصميم الوصلات المركبة.لنفترض استخدام رافعة جسرية في عملية تصنيع العلب. تستخدم الرافعة الجسرية مرحلتين تعملان بواسطة سير ناقل، تدعمان إطارًا ملحومًا متينًا على أربعة منزلقات. يقوم محرك مؤازر بتشغيل كل مرحلة من مراحل الرافعة الجسرية في تكوين رئيسي-تابع. يقوم سير ناقل بتشغيل منزلق واحد من كل مرحلة، بينما المنزلق الآخر هو منزلق وسيط.

تعرضت المراحل، التي قام المستخدم النهائي بتجميعها، لعطل مبكر في محاملها. تم حل المشكلة بإضافة أربعة مفاصل كروية قياسية متوفرة بسهولة، مثبتة على أربعة منزلقات خطية، إلى منزلقات المرحلتين الخطيتين للرافعة. ولمطابقة التكوين مع الرافعة المذكورة سابقًا، تم تثبيت إحدى المنزلقات بلوحة قفل. وقد أدى هذا التصميم الجديد إلى حل المشكلة تمامًا.

لكن من عيوب استخدام مثل هذا المعوض زيادة كبيرة في الارتفاع، الأمر الذي قد يتطلب تغييرات في المرحلة Z.

تصميم الوصلات المتكاملة.يمكن استخدام مُعَوِّض عدم المحاذاة المُدمج في تكوينات البوابات ثنائية الأبعاد. يتضمن التصميم لوحين. يحتوي أحدهما على فتحات تثبيت على منزلق المحور X للبوابة، بينما يحتوي الآخر على فتحات تثبيت على قاعدة منصة المحور Y. ويربط محمل في المنتصف اللوحين.

بالإضافة إلى ذلك، تتضمن إحدى الصفائح قطعة مرنة توفر درجة حرية خطية في الاتجاه Y. ولاستخدام نفس القطعة لجميع الوصلات، يمكن استخدام مسمارين لتثبيت درجة الحرية الخطية للقطعة المرنة، مع الحفاظ على حرية الحركة الدورانية فقط بين الصفيحتين. صُممت القطعة المرنة للعمل عند أقصى انحراف أقل من حد الإجهاد.

وأخيرًا، لمنع تحميل الانحناء في حالة تكوينات البوابات ثنائية الأبعاد بعزم انحناء حول المحور Y، تقوم أربعة مسامير تثبيت بتحمل أحمال العزم.

تشمل مزايا هذا التصميم المكونات المتكاملة، والتصميم المنخفض، والحجم الصغير، وسهولة التجميع على مراحل الرافعة الموجودة في أقل من 15 دقيقة.