كيف يمكن لـ "LOSTPED" أن يساعدك؟

من التعبئة والتغليف ومناولة المواد إلى تصنيع أشباه الموصلات وتجميع السيارات، تتضمن جميع عمليات التصنيع تقريبًا نوعًا ما من الحركة الخطية، ومع تعود المصنعين على مرونة وبساطة أنظمة الحركة الخطية المعيارية، فإن هذه الأنظمة - سواء كانت أنظمة روبوتية ديكارتية أحادية المحور أو ثنائية المحاور أو ثلاثية المحاور - تجد طريقها إلى مجالات الإنتاج.

من الأخطاء الشائعة التي يرتكبها المهندسون والمصممون عند تحديد أحجام أنظمة الحركة الخطية واختيارها إغفال متطلبات التطبيق الأساسية في النظام النهائي. قد يؤدي هذا إلى عمليات إعادة تصميم وتعديل مكلفة في أسوأ الأحوال، ولكنه قد يؤدي أيضًا في كثير من الأحيان إلى نظام مُصمم هندسيًا بشكل مبالغ فيه، أكثر تكلفة وأقل فعالية من المطلوب. مع وجود العديد من الحلول الممكنة، من السهل الشعور بالإرهاق عند تكليفك بتصميم نظام حركة خطية. ما مقدار الحمل الذي سيحتاج النظام إلى تحمله؟ ما مدى سرعة حركته؟ ما هو التصميم الأكثر فعالية من حيث التكلفة؟

تم أخذ كل هذه الأسئلة وأكثر في الاعتبار عندما قامت مجموعة تقنيات الحركة الخطية والتجميع في شركة Bosch Rexroth بتطوير "LOSTPED"، وهو اختصار بسيط يرشد المهندس أو المصمم في جمع المعلومات اللازمة لتحديد مكونات أو وحدات الحركة الخطية المناسبة في أي تطبيق معين.

ما هو LOSTPED؟

يرمز اختصار LOSTPED إلى الحمل، والاتجاه، والسرعة، والسفر، والدقة، والبيئة، ودورة العمل. يمثل كل حرف من اختصار LOSTPED عاملاً واحدًا يجب مراعاته عند تحديد حجم نظام الحركة الخطية واختياره. على سبيل المثال، يفرض الحمل متطلبات مختلفة على نظام المحامل أثناء التسارع والتباطؤ مقارنةً بالحركات بسرعة ثابتة. مع انتقال المزيد من حلول الحركة الخطية من مكونات فردية إلى وحدات خطية كاملة أو أنظمة ديكارتية، تزداد التفاعلات بين مكونات النظام - مثل أدلة المحامل الخطية ومحركات اللولب الكروي أو الحزام أو المحرك الخطي - تعقيدًا، ويصبح تصميم النظام المناسب أكثر صعوبة. يمكن أن يساعد اختصار LOSTPED المصممين على تجنب الأخطاء ببساطة من خلال تذكيرهم بمراعاة جميع العوامل المترابطة أثناء تطوير النظام وتحديد مواصفاته.

كيفية استخدام LOSTPED

فيما يلي أوصاف لكل عامل من عوامل LOSTPED، بالإضافة إلى الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها عند تحديد معايير تحديد حجم نظام الحركة الخطية واختياره.

حمولة

يشير الحمل إلى الوزن أو القوة المطبقة على النظام. تواجه جميع أنظمة الحركة الخطية نوعًا من الحمل، مثل القوى الهابطة في تطبيقات مناولة المواد، أو أحمال الدفع في تطبيقات الحفر أو الضغط أو دق البراغي. تواجه تطبيقات أخرى حملًا ثابتًا، مثل تطبيق مناولة رقائق أشباه الموصلات، حيث يُنقل كبسولة موحدة ذات فتح أمامي (FOUP) من حاوية إلى أخرى للتنزيل والتحميل. ويُعرّف نوع ثالث من الحمل بأحمال متفاوتة، مثل تطبيق توزيع الأدوية، حيث يُوضع الكاشف في سلسلة من الماصات واحدة تلو الأخرى، مما يُخفف الحمل في كل خطوة.

عند دراسة الحمل، يُنصح أيضًا بمعرفة نوع الأداة المُستخدمة في نهاية الذراع لرفع الحمل أو حمله. مع أن الأخطاء هنا لا تتعلق تحديدًا بالحمل، إلا أنها قد تُسبب خسائر فادحة. على سبيل المثال، إذا تم رفع قطعة عمل شديدة الحساسية في عملية التقاط ووضع، فقد تتلف إذا استُخدم نوع غير مناسب من المِسك.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما هو مصدر الحمل وكيف يتم توجيهه؟
• هل هناك اعتبارات خاصة في التعامل؟
• ما هو مقدار الوزن أو القوة التي يجب إدارتها؟
• هل القوة هي قوة للأسفل، أو قوة رفع، أو قوة جانبية؟

توجيه

يُعدّ التوجيه، أو الموضع أو الاتجاه النسبي الذي تُطبّق فيه القوة، مهمًا أيضًا، ولكن غالبًا ما يُغفل عنه. تستطيع بعض أنواع الوحدات أو المحركات الخطية تحمّل أحمال تنازلية/علوية أعلى من الأحمال الجانبية، وذلك بفضل نظام التوجيه الخطي المُستخدم في تصميم الوحدة. بينما تستطيع وحدات أخرى، باستخدام أدلة خطية مختلفة، تحمّل الأحمال نفسها في جميع الاتجاهات.

على سبيل المثال، تستخدم وحدة ريكسروث المدمجة CKK نظام سكة كروية مزدوجة للتوجيه، وتُستخدم بكثرة في التطبيقات التي تتطلب أحمالًا جانبية أو محورية. ونظرًا لأن معظم موردي أنظمة الحركة الخطية عالية الجودة يصنعون وحدات ومشغلات للتعامل مع ظروف متنوعة، فمن المهم التأكد من قدرة الوحدات المحددة على تحمل متطلبات الأحمال بالتوجيه اللازم لتحقيق النجاح في التطبيق.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• كيف يتم توجيه الوحدة الخطية أو المحرك؟
• هل هو أفقي أم عمودي أم مقلوب؟
• أين يتم توجيه الحمل بالنسبة للوحدة الخطية؟
• هل سيتسبب الحمل في حدوث لحظة دحرجة أو ميل في الوحدة الخطية؟

سرعة

تؤثر السرعة والتسارع أيضًا على اختيار نظام الحركة الخطية. يخلق الحمل المطبق قوى مختلفة تمامًا على النظام أثناء التسارع والتباطؤ عما يحدث أثناء الحركة بسرعة ثابتة. يجب أيضًا مراعاة نوع ملف تعريف الحركة - شبه منحرف أو مثلث - حيث سيتم تحديد التسارع المطلوب لتلبية السرعة المطلوبة أو زمن الدورة حسب نوع الحركة المطلوبة. يعني ملف تعريف الحركة شبه المنحرف أن الحمل يتسارع بسرعة ويتحرك بسرعة ثابتة نسبيًا لفترة من الوقت ثم يتباطأ. يعني ملف تعريف الحركة المثلث أن الحمل يتسارع ويتباطأ بسرعة، كما هو الحال في تطبيقات الالتقاط والإنزال من نقطة إلى نقطة. السرعة والتسارع هما أيضًا عاملان حاسمان في تحديد المحرك الخطي المناسب، والذي يكون عادةً لولبًا كرويًا أو سيرًا أو محركًا خطيًا.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما هي السرعة أو زمن الدورة الذي يجب تحقيقه؟
• هل هي سرعة ثابتة أم سرعة متغيرة؟
• كيف سيؤثر الحمل على التسارع والتباطؤ؟
• هل شكل الحركة شبه منحرف أو مثلث؟
• ما هو المحرك الخطي الذي سيلبي احتياجات السرعة والتسارع بشكل أفضل؟

يسافر

يشير مصطلح "السفر" إلى مسافة أو نطاق الحركة. لا يجب مراعاة مسافة السفر فحسب، بل يجب أيضًا مراعاة السفر الزائد. إن توفير مساحة إضافية في نهاية الشوط يضمن سلامة النظام في حالة التوقف الطارئ.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما هي المسافة ( مدى الحركة )؟
• ما هو مقدار السفر الإضافي الذي قد يكون مطلوبًا في حالة التوقف في حالات الطوارئ؟

دقة

الدقة مصطلح عام يُستخدم غالبًا لتعريف دقة الحركة (كيفية أداء النظام أثناء انتقاله من النقطة أ إلى النقطة ب)، أو دقة تحديد الموقع (مدى قرب النظام من الموضع المستهدف). ويمكن أن يشير أيضًا إلى قابلية التكرار. يُعد فهم الفرق بين هذه المصطلحات الثلاثة - دقة الحركة، ودقة تحديد الموقع، وقابلية التكرار - أمرًا بالغ الأهمية لضمان استيفاء النظام لمواصفات الأداء، وعدم إفراطه في التعويض عن درجة عالية من الدقة قد لا تكون ضرورية.

السبب الرئيسي للتفكير مليًا في متطلبات الدقة هو اختيار آلية التشغيل: سير، لولب كروي، أو محرك خطي. يوفر كل نوع توازنًا بين الدقة والسرعة وسعة الحمل، ويعتمد الاختيار الأمثل في الغالب على التطبيق.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما مدى أهمية دقة السفر ودقة تحديد المواقع وإمكانية التكرار في التطبيق؟
• هل الدقة أكثر أهمية من السرعة أو غيرها من عوامل LOSTPED؟

بيئة

تشير البيئة إلى الظروف المحيطة التي يُتوقع أن يعمل فيها النظام. على سبيل المثال، قد تؤثر درجات الحرارة العالية على أداء المكونات البلاستيكية وتزييتها داخل النظام، بينما قد تُسبب الأوساخ والسوائل والملوثات الأخرى تلفًا في مسارات المحامل وعناصر حمل الأحمال.

هذا عامل أداء غالبًا ما يُغفل عنه، ولكنه قد يؤثر بشكل كبير على عمر نظام الحركة الخطية. تساعد خيارات مثل شرائط العزل والطلاءات الخاصة في منع التلف الناتج عن هذه العوامل البيئية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لخيارات مثل التزييت الخاص وضغط الهواء الإيجابي أن تجعل الوحدة أو المشغل مناسبًا للاستخدام في تطبيقات الغرف النظيفة.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما هي أنواع المخاطر أو الملوثات الموجودة - درجات الحرارة القصوى، والأوساخ، والغبار، والسوائل، وما إلى ذلك؟
• وعلى العكس من ذلك، هل نظام الحركة الخطية في حد ذاته مصدر محتمل للملوثات للبيئة (التفريغ الكهروستاتيكي، أو مواد التشحيم، أو الجسيمات)؟

دورة العمل

دورة العمل هي مقدار الوقت اللازم لإكمال دورة تشغيل. في جميع المحركات الخطية، تُحدد المكونات الداخلية عمومًا عمر النظام النهائي. على سبيل المثال، يتأثر عمر المحمل داخل الوحدة بشكل مباشر بالحمل المطبق ودورة العمل التي سيخوضها المحمل. قد يكون نظام الحركة الخطية قادرًا على تلبية العوامل الستة السابقة، ولكن إذا عمل باستمرار على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، فسوف يتوقف عن العمل أسرع بكثير مما لو عمل ثماني ساعات فقط في اليوم وخمسة أيام في الأسبوع. يؤثر مقدار وقت الاستخدام مقابل وقت الراحة على تراكم الحرارة داخل نظام الحركة الخطية ويؤثر بشكل مباشر على عمر النظام وتكلفة الملكية. يمكن أن يؤدي توضيح هذه المشكلات مسبقًا إلى توفير الوقت والجهد لاحقًا، حيث يمكن تخزين قطع الغيار المتآكلة مثل الأحزمة بسهولة للاستبدال.

الأسئلة الرئيسية التي يجب طرحها:

• ما مدى تكرار استخدام النظام، بما في ذلك أي وقت توقف بين الضربات أو التحركات؟
• كم من الوقت يحتاج النظام إلى الاستمرار؟

بعض النصائح النهائية

بالإضافة إلى نظام LOSTPED، ينبغي على المصممين استشارة موزع موثوق أو قسم هندسة التطبيقات لدى الشركة المصنعة. عادةً ما يمتلك هؤلاء الخبراء خبرة في مئات التطبيقات، العديد منها مشابه للتطبيق الحالي. لذلك، قد يتمكنون من توفير وقت كبير وتقديم اقتراحات لتوفير التكاليف من خلال توقع المشاكل المحتملة. فالهدف النهائي هو الحصول على أفضل نظام حركة خطية ممكن بأقل تكلفة؛ ويمكن لمهندسي التطبيقات المهرة الملمين بنظام LOSTPED ضمان حصول عملائهم على ذلك.