تمنع تقنيات تعويض عدم المحاذاة الاقتصادية التحميل الزائد للمحمل والفشل المبكر للرافعة

أدوات محاذاة القنطرية

عندما يقوم مصنعو أنظمة تحديد المواقع ببناء نظام جسر، فإنهم يستخدمون عادةً أدوات محاذاة خاصة أثناء عملية التجميع لضمان تلبية مواصفات القوة والدقة والحياة.

تُستخدم مقاييس التداخل الليزرية بكثرة لمحاذاة الآلات بدقة تصل إلى ميكرونات وثوانٍ قوسية. على سبيل المثال، يساعد مقياس التداخل الليزري من رينيشو على محاذاة تسطح واستقامة وتربيع قضبان الرافعات الجسرية.

تستخدم أدوات أخرى، مثل ليزرات المحاذاة من هامار، أشعة ليزر دوارة كمستويات مرجعية دقيقة في الفضاء، مع وجود مستشعرات على الشريحة المتحركة. يؤدي ضبط براغي تسوية القضبان، أو وضع الحشوات أسفل القضبان، إلى ضبط القضبان أو المنصة إلى الاتجاه المطلوب. قد يستغرق ضبط القضبان بدقة عالية أيامًا أو أسابيع، حسب مستوى الدقة وحجم وتكوين الآلة.

لتلبية متطلبات المحاذاة الأقل دقة، تُستخدم مكونات ميكانيكية متنوعة، بما في ذلك المسويات الإلكترونية، ومؤشرات القرص، والحواف المستقيمة، والعوارض المتوازية. باستخدام هذه المكونات، يقوم الفنيون بمحاذاة السكة الرئيسية باستخدام مؤشر قرص على سطح تثبيت دقيق أو حافة مستقيمة. بعد شد سكة واحدة إلى الدقة المطلوبة، يتم توجيه منزلق على طولها، بينما تُشد مسامير السكة العائمة الثانية، باستخدام مؤشر قرص أو منزلق توجيه.

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

أنظمة القنطرية المتحركة، التي تُعرف أحيانًا بالروبوتات الديكارتية، هي أنظمة تحديد مواقع مثالية لخطوط النقل الآلية. في هذا النوع من عمليات التصنيع، ينقل ناقل مستمر أو مُفهرس الأجزاء من محطة قنطرية متحركة إلى أخرى. تُحرك كل محطة قنطرية متحركة على طول خط الناقل أداةً مرتبطةً بالجزء لإجراء عمليات تصنيع مثل التشغيل الآلي، واللصق، والتجميع، والفحص، والطباعة، والتغليف. تُستخدم القنطرية المتحركة عادةً لتحديد مواقع المنتجات على خطوط النقل الآلية.

من الواضح أن موثوقية كل آلة في خط النقل يجب أن تكون عالية جدًا لتقليل وقت التوقف، لأن توقف آلة واحدة قد يؤدي إلى توقف خط النقل بأكمله بشكل مكلف. بالإضافة إلى ذلك، تتضمن الرافعات الجسرية العديد من العناصر الأساسية، مثل وحدة التحكم، والمضخم، والمحرك، والوصلة، والمشغل (مثل لولب كروي، أو حزام، أو محرك خطي)، والقضبان، والمنزلق، والقاعدة، والتوقفات، والمشفر، والكابلات. وتُحسب موثوقية نظام الرافعات الجسرية بأكمله على أساس المجموع الإحصائي لموثوقية جميع المكونات.

لضمان موثوقية عالية للنظام، يجب تحديد حجم كل مكون لضمان عدم تجاوز حمولته أثناء التشغيل لقيمه المقدرة. في حين أن تحديد حجم كل مكون قد يكون مهمة هندسية بسيطة، وفقًا لتوصيات الشركة المصنعة، فإن حالات فشل السكك الحديدية الخطية أكثر تعقيدًا. فهي تعتمد، بالإضافة إلى قدرتها على تحمل الحمل وحجمها ودقتها، على دقة توجيهها في الفضاء.

مشاكل عدم المحاذاة

يتفق جميع مصنعي القضبان الخطية تقريبًا على أن سوء المحاذاة يؤدي إلى مشاكل. ومن بين جميع العوامل التي تساهم في العطل المبكر للمحامل الخطية، يأتي سوء المحاذاة في مقدمة القائمة.

يتم تصنيف فشل عدم محاذاة السكك الحديدية والذي يشمل:fبحيرة: إزالة المواد من سطح السكة الحديدية؛يرتدي: نتائج الاحتكاك المفرط؛المسافة البادئة: الكرات تشوه القضبان؛ والأجزاء التالفة:تشوه القضبان بسبب سقوط الكرات من أخاديد القضبان.

تشمل الأسباب الجذرية الشائعة لعدم محاذاة القضبان عدم استواء القضبان الخطية، واستقامتها، وتوازيها، وتماثلها. يمكن الحد من هذه الأسباب أو القضاء عليها باتباع تقنيات التجميع والمحاذاة المناسبة، والتي بدورها تقلل من الحمل الزائد على القضبان. تشمل الأسباب الجذرية الأخرى لفشل القضبان الخطية عدم كفاية التزييت ودخول الجسيمات الغريبة، والتي يمكن التخفيف منها من خلال العزل الجيد والتزييت الدوري. على الرغم من أهميتها، إلا أنها تتجاوز نطاق هذه المقالة.

أساسيات المحاذاة

تتضمن قضبان القنطرية عادةً محامل كروية معادة التدوير مُحمّلة مسبقًا في أخاديدها المتحركة لتوفير صلابة عالية. تُعد الصلابة العالية والكتلة المتحركة المنخفضة من خصائص القنطرية الأساسية، لأنها تُحدد أدنى تردد طبيعي للنظام. يتطلب عرض نطاق موضع عالٍ ترددًا طبيعيًا عاليًا، في حدود 150 هرتز. ويتطلب عرض نطاق موضع عالٍ، في حدود 40 هرتز، دقة ديناميكية عالية. تُعد الدقة الديناميكية العالية، مثل السرعة الثابتة مع خطأ موضع بضعة ميكرونات، أو وقت استقرار منخفض، في حدود بضعة ميلي ثانية إلى نافذة استقرار دون الميكرون، مطلوبة لجودة عالية للأجزاء وإنتاجية عالية، على التوالي. عادةً ما تكون خصائص الأداء هذه مطلوبة في ظل التأثيرات المتضاربة للتسارع العالي والحركة السلسة في عمليات مثل فحص لوحات الدوائر المطبوعة، والطباعة النافثة للحبر، والنقش بالليزر.

لضمان صلابة عالية للقنطرة - بحدود ١٠٠ نيوتن/ميكرومتر - تُحمَّل المحامل مسبقًا. ومع ذلك، فإن أي اختلال في المحاذاة بين جانبي القناطرة، بحدود عشرات الميكرونات، سواءً في الاتجاه الرأسي (التسطيح) أو الأفقي (الاستقامة)، قد يزيد بشكل كبير من حمل المحمل. وهذا بدوره قد يؤدي إلى عطل كارثي بسبب سقوط الكرات من أخاديد المحمل أو وجود انبعاجات عميقة في قضبانه. كما أن التشوهات الصغيرة في المحمل قد تُقلل من عمره الافتراضي بشكل كبير.

يتطلب محاذاة القضبان الخطية بدقة تصل إلى عشرات الميكرونات على مسافات طويلة (من متر إلى ثلاثة أمتار) أدوات باهظة الثمن، مثل مقياس التداخل بالليزر وتركيبات خاصة. قد لا تكون هذه الأدوات متاحة بسهولة للمستخدم النهائي أو مُدمج النظام. بدونها، قد يكون عدم محاذاة القضبان هو السبب الرئيسي لانخفاض موثوقية النظام، وارتفاع تكاليف الصيانة، وتوقفه عن العمل، وقصر عمره الافتراضي.

لحسن الحظ، تتوفر خيارات متنوعة لتعويض عدم المحاذاة، مجربة ميدانيًا، قد لا تتطلب أدوات محاذاة مكثفة، لكنها توفر قيمة عالية بتقليل الآثار السلبية المحتملة لعدم محاذاة السكك. تُصبح هذه الأجهزة جزءًا لا يتجزأ من هيكل الجسر، وتوفر درجات الحرية اللازمة لمنع زيادة أحمال المحمل في مختلف تركيبات قضبان الجسر وتكوينات المحور المحرك.

حركيات عدم المحاذاة

لفهم آلية عمل مُعَوِّض عدم المحاذاة، يجب فهم خصائصه الحركية كجزء من نظامه الجسري. على سبيل المثال، يُظهر الرسم التخطيطي ثلاثي الأبعاد للجسر المرفق أربعة دعامات. قواعد المراحل X₁(رابط متصل 10) و X₂(الرابط ١) تظهر بشكل مبالغ فيه في الميل والانحراف والتدحرج بالنسبة لبعضها البعض، وكذلك في الاستواء والتوازي. افترض أن X الأيسر₁العربة (9) هي العربة الرئيسية الآلية، ولها مفصل كروي (j) يدعم المرحلة Y (4). أما المرحلة X اليمنى الآلية المقابلة₂تحتوي المرحلة (3) على مفصل كروي واحد (ب) ومفصل انزلاق خطي واحد (ج) يدعمان المرحلة Y. العربات الأخرى على شكل X (7 و6) هي عجلات خاملة وتدعم أيضًا المرحلة Y بواسطة مفصل كروي ومنزلق خطي.

بعد حساب إجمالي درجات الحرية وطرح إجمالي عدد القيود، نحصل على درجة حرية واحدة. هذا يعني أن محور X الرئيسي فقط هو الذي يمكنه التحرك بشكل مستقل، وستتبعه جميع الروابط الأخرى. في هذه الحالة، إذا قام محرك مستقل آخر بتشغيل محور X الآخر، فقد ينتج عن ذلك حمل زائد على القضبان. هذا تكوين غير مرغوب فيه لمراحل Y الطويلة، ولذلك يجب على المهندسين إجراء تعديلات تصحيحية للسماح لمرحلة X الثانية بالتحرك بشكل مستقل عن مرحلة X الأولى.

إضافة درجة حرية إضافية للنظام، كما هو الحال في وحدة X التابعة، تعني إضافة درجة حرية إضافية لأحد المفاصل. يتيح أحد الحلول الشائعة في مثل هذه التكوينات لشريحة خاملة واحدة الحصول على درجة حرية في اتجاه Z، على سبيل المثال، بين المفاصل الكروية d ومفصل الشريحة e.

ستكون النتيجة تركيبًا حركيًا للمرحلة Y عند المفاصل b وj وi، مع مراعاة الاتجاه ثلاثي الأبعاد لمستوى المرحلة 4 دون أي قيود. ومع ذلك، لمنع تثبيت المرحلة 4 عند ثلاث نقاط زاوية فقط، من الشائع إضافة بعض المرونة في اتجاه Z بين المفصل d والشريحة e لتخفيف الحمل. في بعض الحالات، قد تكون مرونة الوصلة 4 كافية؛ وفي حالات أخرى، يمكن استخدام غسالة بيلفيل مرنة.

تصاميم المعوض

مُعَوِّضات عدم المحاذاة المُتكاملة مُصممة لتكوينات الجسور ثنائية الأبعاد. يتضمن التصميم لوحين يُحيطان بانحناء يُوفر درجة حرية خطية في اتجاه Y.

لنراجع تصميمين لمُعوِّضات عدم المحاذاة. الأول عبارة عن وصلة دوارة مركبة مع وصلة منزلقة خطية، لتركيب جسر ثلاثي الأبعاد. والثاني عبارة عن وصلة دوارة متكاملة مع وصلة انثناء خطية لتركيب جسر ثنائي الأبعاد. في التصميم ثنائي الأبعاد، افترض أن قضبان الجسر X₁و X₂مستويان.

تصميم المفاصل المركبة.لنفترض استخدام منصة جسرية في عملية تصنيع علب. تستخدم المنصة مرحلتين تعملان بحزام، وتدعمان إطار لحام متينًا على أربع شرائح. يُشغّل محرك سيرفو كل مرحلة من مراحل المنصة في وضعية رئيسية وتابعة. يُشغّل حزام شريحة واحدة من كل مرحلة، بينما الشريحة الأخرى هي شريحة خاملة.

واجهت المراحل، التي جمّعها المستخدم النهائي، عطلًا مبكرًا في محمل المرحلة. حُلّت المشكلة بإضافة أربع وصلات كروية قياسية جاهزة، مُثبّتة على أربع شرائح خطية، إلى الشرائح الأربع للمرحلتين الخطيتين للجنارتي. ولمطابقتها مع الجسر المذكور سابقًا، تم تأريض شريحة واحدة بلوحة قفل. وقد حلّ إعادة التصميم المشكلة تمامًا.

ومع ذلك، فإن العيب في استخدام مثل هذا المعوض هو زيادة كبيرة في الارتفاع، الأمر الذي قد يتطلب إجراء تغييرات في مرحلة Z.

تصميم المفاصل المتكاملة.يمكن استخدام مُعَوِّض عدم المحاذاة المُتكامل في تكوينات الرافعات ثنائية الأبعاد. يتضمن التصميم لوحين. إحداهما مزودة بفتحات تثبيت في شريحة الرافعات على شكل X، والأخرى مزودة بفتحات تثبيت في قاعدة منصة المحور المتقاطع Y. يربط محمل في المنتصف اللوحين.

بالإضافة إلى ذلك، تتضمن إحدى الصفيحتين انثناءً يوفر درجة حرية خطية في الاتجاه Y. لاستخدام نفس المكون لجميع الوصلات، يمكن استخدام برغيين لتثبيت درجة الحرية الخطية للانثناء، مع الحفاظ فقط على حرية الحركة الدورانية بين الصفيحتين. صُممت الانثناءة للعمل بأقصى انحراف أقل من حد التعب.

وأخيرًا، لمنع تحميل الانحناء في لحظة انحناء حول المحور Y، في حالة تكوينات البوابة ثنائية الأبعاد، تعمل أربعة مسامير تثبيت على تحمل أحمال اللحظة.

تتضمن مزايا هذا التصميم مكونات متكاملة، وتصميمًا منخفضًا، وحجمًا صغيرًا، وسهولة التجميع في مراحل الجسر الحالية في أقل من 15 دقيقة.