تمنع تقنيات تعويض الاختلال الاقتصادي الحمل الزائد والفشل المبكر لجسر الرافعة

أدوات محاذاة العملاقة

عندما يقوم مصنعو أنظمة تحديد المواقع ببناء نظام جسري، فإنهم عادةً ما يستخدمون أدوات محاذاة خاصة أثناء عملية التجميع للتأكد من أنها تلبي مواصفات القوة والدقة والعمر الافتراضي.

تُستخدم مقاييس التداخل الليزرية بشكل متكرر لمحاذاة الآلات بدقة حسب ترتيب الميكرونات والثواني القوسية. على سبيل المثال، يساعد مقياس التداخل الليزري من شركة Renishaw على محاذاة استواء واستقامة وتربيع القضبان العملاقة.

تستخدم الأدوات الأخرى، مثل ليزر المحاذاة من Hamar، أشعة الليزر الدوارة كمستويات مرجعية دقيقة في الفضاء مع أجهزة استشعار موضوعة على الشريحة المتحركة. يؤدي ضبط براغي تسوية السكة أو حشوها أسفل القضبان إلى جلب السكة أو المنصة إلى الاتجاه المطلوب. قد تستغرق تسوية القضبان بدقة عالية أيامًا أو أسابيع اعتمادًا على مستوى دقة الماكينة وحجمها وتكوينها.

بالنسبة لمتطلبات المحاذاة ذات الدقة المنخفضة، يتم استخدام مكونات ميكانيكية مختلفة، بما في ذلك أدوات التسوية الإلكترونية ومؤشرات القرص والحواف المستقيمة والعوارض المتوازية. باستخدام هذه الأجهزة، يقوم الفنيون بمحاذاة السكة الرئيسية مع مؤشر الاتصال على سطح تثبيت دقيق أو حافة مستقيمة. بعد ربط أحد السكة بالدقة المطلوبة، يتم توجيه الشريحة بينما يتم ربط مسامير السكة العائمة الثانية، باستخدام مؤشر الاتصال أو شريحة التوجيه.

بغض النظر عن طريقة المحاذاة، يجب التأكد من أن المحاذاة غير الصحيحة المتبقية لن تمارس قوى على قضبان المسرح، مما قد يؤدي إلى عمر قصير أو فشل كارثي.

تعتبر الأنظمة العملاقة، والتي يشار إليها أحيانًا باسم الروبوتات الديكارتية، أنظمة تحديد المواقع المثالية لخطوط النقل الآلية. في هذا النوع من عمليات التصنيع، يقوم الناقل المستمر أو المفهرس بنقل الأجزاء من محطة جسرية إلى أخرى. تتعامل كل محطة جسرية على طول خط النقل مع أداة فيما يتعلق بجزء ما لإجراء عمليات التصنيع مثل التصنيع أو الإلتصاق أو التجميع أو الفحص أو الطباعة أو التعبئة والتغليف. تُستخدم الجسور بشكل شائع لوضع المنتجات على خطوط النقل الآلية.

ومن الواضح أن موثوقية كل آلة في عملية خط النقل يجب أن تكون عالية للغاية لتقليل وقت التوقف عن العمل، لأن وقت التوقف عن العمل في جهاز واحد قد يؤدي إلى توقف خط النقل بأكمله بشكل مكلف. بالإضافة إلى ذلك، تشتمل الجسور على العديد من العناصر المهمة، مثل وحدة التحكم، ومكبر الصوت، والمحرك، والوصلة، والمشغل (مثل اللولب الكروي، أو الحزام، أو المحرك الخطي)، والقضبان، والشريحة، والقاعدة، والتوقفات، والمشفر، والكابلات. موثوقية نظام القنطري بأكمله هي المجموع الإحصائي لموثوقية جميع المكونات.

للحصول على موثوقية عالية للنظام، يجب تحديد حجم كل مكون للتأكد من أن تحميله أثناء التشغيل لن يتجاوز قيمه المقدرة. في حين أن تحديد حجم كل مكون قد يكون مهمة هندسية مباشرة، كما أوصت به الشركة المصنعة للمكون، فإن أوضاع فشل السكة الخطية أكثر تعقيدًا إلى حد ما. وهي تعتمد، بالإضافة إلى قدرتها على حمل الحمولة وحجمها ودقتها، على اتجاهها الدقيق في الفضاء.

مشاكل سوء المحاذاة

تتفق كل الشركات المصنعة للسكك الحديدية الخطية تقريبًا على أن عدم المحاذاة يؤدي إلى حدوث مشكلات. من بين جميع العوامل التي تساهم في الفشل المبكر للمحامل الخطية، يتم تصنيف اختلال المحاذاة بالقرب من أعلى القائمة.

يتم تصنيف حالات فشل اختلال السكك الحديدية والتي تشمل:fلاكينغ: إزالة المواد من سطح السكك الحديدية؛يرتدي: نتائج الاحتكاك الزائد.المسافة البادئة: الكرات تشوه القضبان؛ والأجزاء التالفة: قضبان مشوهة بسبب سقوط الكرات من أخاديد السكك الحديدية.

تشمل الأسباب الجذرية الشائعة لاختلال السكك الحديدية عدم التسطيح والاستقامة والتوازي والمستوى المشترك للقضبان الخطية. يمكن التقليل من هذه الأسباب أو إزالتها عن طريق تقنيات التجميع والمحاذاة المناسبة، والتي بدورها تقلل من الحمل الزائد على السكك الحديدية. تشمل الأسباب الجذرية الأخرى لفشل السكة الخطية عدم كفاية التشحيم ودخول الجزيئات الأجنبية، والتي يمكن تخفيفها من خلال الختم المناسب والتشحيم الدوري. وعلى الرغم من أهميتها، إلا أنها خارج نطاق هذه المقالة.

أساسيات المحاذاة

تشتمل القضبان القنطرية عادةً على محامل كروية مُعاد تدويرها يتم تحميلها مسبقًا في أخاديد التشغيل الخاصة بها لتوفير صلابة عالية. تعتبر الصلابة العالية والكتلة المنخفضة الحركة من الخصائص الهامة للجسر، لأنها تحدد التردد الطبيعي الأدنى للنظام. مطلوب تردد طبيعي عالي، في حدود 150 هرتز، لعرض النطاق الترددي العالي. مطلوب عرض نطاق ترددي عالي الموضع، في حدود 40 هرتز، للحصول على دقة ديناميكية عالية. الدقة الديناميكية العالية، مثل السرعة الثابتة مع وجود خطأ في موضع بضعة ميكرونات، أو وقت تسوية منخفض، في حدود بضعة مللي ثانية لنافذة تسوية دون الميكرون، مطلوبة للحصول على جودة جزء عالية وإنتاجية عالية، على التوالي. عادةً ما تكون خصائص الأداء هذه مطلوبة في ظل التأثيرات المتضاربة للتسارع العالي والحركة السلسة في عمليات مثل فحص ثنائي الفينيل متعدد الكلور والطباعة النافثة للحبر والكتابة بالليزر.

لضمان صلابة جسرية عالية - عند مستوى 100 نيوتن/ميكرومتر - يتم تحميل المحامل مسبقًا. ومع ذلك، فإن أي اختلال في المحاذاة بين جانبي القنطرة بترتيب 10 ميكرونات، سواء في الاتجاه الرأسي (التسطيح) أو الأفقي (الاستقامة)، قد يؤدي إلى زيادة حمل المحمل بشكل كبير. وهذا بدوره قد يؤدي إلى فشل كارثي بسبب سقوط الكرات من أخاديد المحامل أو المسافات البادئة العميقة في القضبان. قد تؤدي تشوهات المحامل الأصغر إلى تقليل عمر المحمل بشكل كبير.

لمحاذاة القضبان الخطية بدقة تصل إلى 10 ميكرون على مسافات طويلة (من 1 إلى 3 أمتار) يتطلب أدوات باهظة الثمن مثل مقياس التداخل الليزري والتركيبات الخاصة. قد لا تكون هذه الأدوات متاحة بسهولة للمستخدم النهائي النموذجي أو لمتكامل النظام. بدون هذه الأدوات، قد يكون اختلال السكة هو السبب الجذري لانخفاض موثوقية النظام، وارتفاع تكاليف الصيانة، ووقت التوقف عن العمل، وقصر عمر النظام.

لحسن الحظ، هناك العديد من خيارات تعويض اختلال المحاذاة التي أثبتت جدواها ميدانيًا والتي قد لا تتطلب أدوات محاذاة واسعة النطاق، ولكنها توفر قيمة عالية عن طريق تقليل التأثيرات القاسية المحتملة لاختلال محاذاة السكك الحديدية. تصبح أجهزة تعويض المحاذاة الخاطئة هذه جزءًا لا يتجزأ من إطار القنطرية وتوفر درجات الحرية اللازمة لمنع الأحمال الزائدة في مختلف حوامل السكك الحديدية العملاقة وتكوينات محرك المحور.

حركيات الاختلال

لفهم كيفية عمل معوض المحاذاة الخاطئة، يجب على المرء أن يفهم الخصائص الحركية للمعوض كجزء من نظامه القنطري. على سبيل المثال، يُظهر الرسم البياني القنطري ثلاثي الأبعاد المصاحب أربعة دعامات. أسس المراحل X₁(الرابط المتصل 10) وX₂(الرابط 1) تظهر بشكل غير صحيح بشكل مبالغ فيه في درجة الميل والانعراج والالتفاف بالنسبة لبعضها البعض وكذلك في التسطيح والتوازي. افترض X الأيسر₁العربة (9) هي المحرك الرئيسي، ولها وصلة كروية (ي) تدعم المرحلة Y (4). الجهة اليمنى المعاكسة بمحرك X₂تحتوي المرحلة (3) على مفصل كروي واحد (ب) ومفصل منزلق خطي واحد (ج) يدعمان المرحلة Y. عربات X الأخرى (7 و 6) هي عربات خاملة وتدعم أيضًا المرحلة Y بواسطة وصلة كروية وشريحة خطية.

ثم حساب العدد الإجمالي لدرجات الحرية وطرح العدد الإجمالي للقيود، والنتيجة هي درجة واحدة من الحرية. وهذا يعني أن المحور X الرئيسي فقط يمكنه التحرك بشكل مستقل وستتبعه جميع الروابط الأخرى. في هذه الحالة، إذا كان محرك مستقل آخر يقود X الأخرى، فقد يؤدي ذلك إلى حمل زائد على القضبان. يعد هذا تكوينًا غير مرغوب فيه لمراحل Y الطويلة، وبالتالي، يجب على المهندسين إجراء تغييرات تصحيحية للسماح للمرحلة X الثانية بالتحرك بشكل مستقل عن المرحلة X الأولى.

إن إضافة درجة أخرى من الحرية إلى النظام، مثل العبد X، يعني إضافة درجة أخرى من الحرية إلى أحد المفاصل. يتيح الإصلاح الشائع في مثل هذه التكوينات لشريحة خاملة واحدة الحصول على درجة من الحرية في الاتجاه Z، على سبيل المثال، بين الوصلات الكروية d والمفصل المنزلق e.

ستكون النتيجة تركيبًا حركيًا للمرحلة Y عند المفاصل b وj وi، مع استيعاب الاتجاه ثلاثي الأبعاد لمستوى المرحلة 4 دون أي قيود. ومع ذلك، لمنع دعم المرحلة 4 عند ثلاث نقاط زاوية فقط، فإن الممارسة الشائعة هي إضافة بعض الامتثال في الاتجاه Z بين الوصلة d والشريحة e لتحمل بعض الحمل. في بعض الحالات، قد تكون مرونة الوصلة 4 كافية؛ وفي حالات أخرى، يمكن استخدام غسالة Belleville المتوافقة.

تصاميم المعوضات

تم تصميم معوضات المحاذاة الخاطئة المدمجة لتكوينات جسرية ثنائية الأبعاد. يشتمل التصميم على لوحتين تحيطان بالثنية التي توفر درجة خطية من الحرية في الاتجاه Y.

دعونا نراجع تصميمين لمعوض المحاذاة الخاطئة. أحدهما عبارة عن مفصل حلزوني مركب مع مفصل منزلق خطي، لتكوين جسري ثلاثي الأبعاد. والثاني عبارة عن مفصل دوار متكامل مع وصلة انثناء خطية لتكوين جسري ثنائي الأبعاد. في الإصدار ثنائي الأبعاد، افترض أن القضبان العملاقة X₁وX₂متحد المستوى.

تصميم المفاصل المركبة.النظر في تطبيق العملاقة في عملية تصنيع العلب. تستخدم القنطرة مرحلتين مدعومتين بالحزام والتي تدعم إطار لحام قوي على أربع شرائح. يقوم المحرك المؤازر بتشغيل كل مرحلة من مراحل القنطرية في تكوين رئيسي-تابع. يقوم الحزام بتحريك شريحة واحدة من كل مرحلة، والشريحة الأخرى عبارة عن وحدة خاملة.

واجهت المراحل، التي قام المستخدم النهائي بتجميعها، فشلًا مبكرًا في اتجاه المرحلة. تم تصحيح المشكلة عن طريق إضافة أربع وصلات كروية قياسية متاحة بسهولة ومثبتة على أربع شرائح خطية إلى الشرائح الأربع للمرحلتين الخطيتين العملاقة. لمطابقة التكوين مع القنطرة التي تمت مناقشتها مسبقًا، تم "تأريض" شريحة واحدة بلوحة قفل. إعادة التصميم حلت المشكلة بالكامل.

ومع ذلك، فإن عيب استخدام مثل هذا المعوض هو الزيادة الكبيرة في الارتفاع، الأمر الذي قد يتطلب تغييرات في المرحلة Z.

تصميم المفاصل المتكاملة.يمكن استخدام معوض اختلال المحاذاة المتكامل في تكوينات جسرية ثنائية الأبعاد. التصميم يتضمن لوحتين تحتوي إحدى الصفائح على فتحات تثبيت على شريحة X العملاقة، بينما تحتوي اللوحة الأخرى على فتحات تثبيت على قاعدة مرحلة Y ذات المحور المتقاطع. يربط المحمل الموجود في المركز بين الصفيحتين.

بالإضافة إلى ذلك، تشتمل إحدى الصفائح على انثناء يوفر درجة خطية من الحرية في الاتجاه Y. لاستخدام نفس المكون لجميع الوصلات، يمكن استخدام اثنين من البراغي "لتأريض" درجة حرية الانثناء الخطية والاحتفاظ فقط بحرية الحركة الدورانية بين اللوحين. تم تصميم الثنية لتعمل بأقصى انحراف أقل من حد الكلال.

أخيرًا، لمنع، في حالة تكوينات القنطرية ثنائية الأبعاد، من تحميل الانثناء في لحظة الانحناء حول المحور Y، تشغل أربعة مسامير احتجاز أحمال العزم.

تشتمل مزايا هذا التصميم على مكونات متكاملة، وشكل منخفض، وحجم صغير، وسهولة التجميع في المراحل العملاقة الموجودة في أقل من 15 دقيقة.