أصبحت المحركات والمحركات الخطية الآن قادرة على المنافسة من حيث التكلفة مع البراغي الكروية ومحركات الحزام وتوفر سرعة فائقة وعرض نطاق ترددي متميز لتطبيقات تحديد المواقع المتقدمة. تساعد المحركات الدقيقة والمشغلات الجديدة على أتمتة المهام التي لم تكن ممكنة من قبل. تحل المحركات الخطية المباشرة محل الأسطوانات الهوائية التي يتم التحكم فيها مؤازرًا بشكل متزايد، مما يساهم في الموثوقية وإمكانية التحكم، دون تكلفة وضوضاء وصيانة ضواغط الهواء.

انطلاقًا من متطلبات صناعة أشباه الموصلات، قامت الشركات المصنعة للمحركات الخطية بزيادة الدقة بشكل مطرد، وخفض الأسعار، وتطوير أنواع متعددة من المحركات، وتبسيط التكامل في معدات التشغيل الآلي. توفر المحركات الخطية الحديثة تسارعًا يصل إلى 20 جرامًا وسرعة تبلغ 10 أمتار/ثانية، وتوفر خفة الحركة الديناميكية التي لا مثيل لها، وتقلل من الصيانة، وتضاعف وقت التشغيل. لقد تجاوزوا استخدام صناعة أشباه الموصلات المتخصصة لتوفير أداء متقدم في مضيفي التطبيقات.

بفضل سرعة اللوالب الكروية وعمر تشغيلها بمقدار عشرة أضعاف، غالبًا ما تكون تقنية الدفع المباشر الخطي هي الحل الوحيد لأتمتة تحسين الإنتاجية.

التفوق الديناميكي

الأداء الديناميكي لآليات تحديد المواقع التقليدية محدود بمسامير الرصاص، وقطارات التروس، ومحركات الحزام، والوصلات المرنة، التي تنتج التباطؤ ورد الفعل العكسي والتآكل. وبالمثل، تعاني مشغلات الهواء من كتلة المكبس واحتكاك أسطوانة المكبس، بالإضافة إلى انضغاط الهواء، مما ينتج عنه تعقيد التحكم المؤازر. تتخلص المحركات والمشغلات الخطية من الكتلة والقصور الذاتي لأجهزة تحديد المواقع التقليدية، وتحررها من هذه القيود الأساسية، مما يوفر صلابة ديناميكية لا مثيل لها.

يتيح إنشاء قوة الدفع المباشر للمحركات الخطية والمشغلات إمكانية تحقيق عرض النطاق الترددي للحلقة المغلقة غير المتاح مع آليات تحديد المواقع البديلة. المحرك والمشغل قادران على الاستفادة الكاملة من وحدات التحكم الحديثة. يتم ضبط وحدات التحكم هذه لتشغيل كسب الحلقة العالية، وتحقيق التحكم في عرض النطاق الترددي الواسع، والتسوية السريعة، والتعافي السريع من الاضطرابات العابرة.

تتفوق المحركات والمشغلات الخطية في القيام بحركات لمسافة ملليمترات تعمل في منطقة الاحتكاك الساكن. كتلتها المنخفضة واحتكاكها الساكن البسيط يقللان من قوة الدفع اللازمة لبدء السير، ويبسطان مهمة نظام التحكم في منع التجاوز عند التوقف. تُمكِّن هذه السمات المحركات والمشغلات ذات الدفع المباشر من مسح شرائح المجهر، على سبيل المثال، ورسم مواقع XY للقطع الأثرية التي لا تفصل بينها سوى ملليمترات فقط.

يمكن للتطبيقات التي تتطلب حركة متكررة سريعة استغلال النطاق الترددي العالي للمشغل الخطي لمضاعفة إنتاجية الكرات اللولبية أو محركات الحزام. تعمل الآلات التي تقوم بتقطيع لفات المواد حسب الطول (الورق والبلاستيك وحتى الحفاضات) على زيادة الإنتاجية من خلال التشغيل دون إيقاف تدفق المواد. للقطع سريعًا، تقوم هذه الآلات بتسريع شفرة القطع لتتزامن مع تدفق المواد، وتنتقل بسرعة المادة إلى موقع القطع، ومن ثم تبدأ عملية القطع. بعد القطع، يتم إرجاع الشفرة إلى نقطة البداية لانتظار دورة القطع ذهابًا وإيابًا التالية.

أنواع المحركات الخطية

تتوفر ثلاثة تكوينات أساسية للمحرك الخطي: محرك مسطح، وقناة U، ومحركات أنبوبية. كل محرك له فوائد وقيود جوهرية.

المحركات المسطحة، في حين أنها توفر حركة غير محدودة وأعلى قوة دفع، فإنها تمارس جاذبية مغناطيسية كبيرة وغير مرغوب فيها بين قوة حمل الحمولة ومسار المغناطيس الدائم للمحرك. تتطلب قوة الجذب هذه محامل تدعم الحمل الإضافي.

يتميز المحرك ذو القناة U، بقلبه الخالي من الحديد، بقصور ذاتي منخفض، وبالتالي أقصى قدر من خفة الحركة. ومع ذلك، فإن حمولة القوة التي تحمل ملفات مغناطيسية تنتقل عميقًا داخل إطار القناة U، مما يحد من إزالة الحرارة.

تتميز المحركات الخطية الأنبوبية بالقوة، والكفاءة الحرارية، والأبسط في التثبيت. أنها توفر بدائل سهلة الاستخدام للبراغي الكروية وأجهزة تحديد المواقع الهوائية. يتم تغليف المغناطيس الدائم للمحرك الأنبوبي في أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ (قضيب الدفع)، وهو مدعوم من كلا الطرفين. بدون دعم إضافي لقضيب الدفع، يقتصر نطاق حركة الحمولة على 2 إلى 3 أمتار، اعتمادًا على قطر قضيب الدفع.

من بين جميع أنواع المحركات الثلاثة، تعد المحركات الأنبوبية مجهزة بشكل أفضل للاستخدام الصناعي السائد. اكتسبت المحركات الخطية الأنبوبية فوائد عميقة من الابتكار الهندسي الأساسي. تحل المحركات الخطية لشركة Copley Controls محل التشفير الخطي الخارجي التقليدي بأجهزة استشعار Hall المتكاملة. تعمل الدائرة المغناطيسية الحاصلة على براءة اختراع على تمكين أجهزة استشعار تأثير هول من تحقيق تحسين بمقدار عشرة أضعاف تقريبًا في الدقة والتكرار.

نظرًا لأن أجهزة التشفير الخطية يمكن أن تكلف ما يقرب من تكلفة المحرك الخطي نفسه، فإن التخلص منها يمثل تخفيضًا كبيرًا في التكلفة. يعمل هذا أيضًا على تبسيط دمج المحرك الخطي في أنظمة التشغيل الآلي، حيث لا يوجد برنامج تشفير دقيق لدعمه ومواءمته. تشمل المزايا الأخرى المتانة والاعتمادية والتحرر من حاجة برنامج التشفير إلى بيئات محمية.

يمكن تحويل المحركات الخطية الأنبوبية إلى مشغلات خطية قوية ومتعددة الاستخدامات ذات دفع مباشر. في تجسيد المشغل، يظل عامل القوة ثابتًا (مثبت بمسامير في إطار الماكينة)، بينما يتحرك قضيب الدفع لتحديد موضع الحمولة على محامل منخفضة الاحتكاك وخالية من التشحيم مثبتة داخل عامل القوة. إلى جانب تفوقه في الأداء على البراغي الكروية ومحركات الحزام، يعد المحرك الخطي بديلاً عالي الأداء لأنظمة تحديد المواقع الهوائية المؤازرة القابلة للبرمجة.

تتناسب المحركات الخطية الأنبوبية مع تطبيقات مضاعفة الإنتاجية من خلال قوتين مستقلتين تعملان على قضيب دفع واحد. كل قوة لديها محرك مؤازر خاص بها، ويمكنها السفر بشكل مستقل تمامًا عن الأخرى. ويمكن بعد ذلك أن يقوم أحد القوة بالتحميل، على سبيل المثال، بينما يقوم الآخر بالتفريغ. يمكن لهذه التقنية مضاعفة الإنتاجية عن طريق رفع العناصر مرتين في المرة من ناقل سريع الحركة ووضعها بدقة على ناقل ثانٍ.

وبالمثل، يمكن للقوى المتعددة التي تعمل على قضيب دفع واحد أن تضاعف قوة الدفع ثلاث مرات أو حتى أربع مرات. يمكن تشغيل القوى بواسطة وحدة تحكم واحدة.

تنتقل القوة الحاملة للمحرك الخطي على محامل سكة واحدة طويلة العمر. في المقابل، تتضمن آليات التحويل من الدوران إلى الخطي للبراغي الكروية مصادر إضافية للتآكل تؤدي إلى انخفاض الأداء وتقصير العمر الافتراضي.

ينزلق قضيب دفع المحرك الخطي على محامل طويلة العمر وخالية من التشحيم مثبتة في القوة. تتيح هذه البساطة الجوهرية للمشغل توفير 10 ملايين دورة تشغيل. محامل المحرك ذاتية المحاذاة، مما يسهل التثبيت. يتم تطبيق قوة المحرك مباشرة على قضيب الدفع، مما يؤدي إلى تحسين التسارع والاستجابة.

مع استبدال جهاز التشفير الخارجي بمستشعر الحالة الصلبة المدمج في القوة، تصبح محركات الدفع المباشر والمحركات عبارة عن أجهزة بسيطة للغاية مكونة من مكونين. يعد كل من القوة وقضيب الدفع مكونين قويين جدًا بطبيعتهما، مما يمكّن المحرك والمشغل من التوافق مع تصنيفات الغسيل الدولية IP67.

إن غياب تروس الطحن ومسمار الرصاص الطنان يمنح المحركات والمشغلات الخطية المؤهلات الحيوية المتزايدة للتشغيل المنخفض الضوضاء. تتابع إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) عن كثب القواعد الصناعية الأوروبية، التي تضع قواعد صارمة بشكل متزايد بشأن الضوضاء في مكان العمل. تعد العملية الهادئة أمرًا بالغ الأهمية بالفعل في بيئات المختبرات والمستشفيات؛ وسوف ينتشر هذا القلق بشكل متزايد مع توسيع إدارة السلامة والصحة المهنية لحكمها ليشمل بيئات الإنتاج الأخرى.