في معظم تطبيقات الحركة الخطية، تعمل أنظمة التشغيل التقليدية بالحزام أو اللولب بكفاءة. ومع ذلك، قد تظهر بعض المشاكل عند الحاجة إلى مسافات خطية أطول.

تُعد أنظمة السير المُدارة خيارًا بديهيًا عند الحاجة إلى حركات خطية طويلة. تستخدم هذه الأنظمة البسيطة نسبيًا محركات بكرات لتوليد شد على طول السير، ويمكن رفعها بسرعة إلى سرعات عالية. ومع ذلك، مع وصول هذه الأنظمة إلى أشواط أطول، قد تظهر مشاكل في ارتخاء السير. لا يمكن الحفاظ على الشد على طول النظام.

يتميز النظام أيضًا بنفاذية كبيرة من الأحزمة المطاطية أو البلاستيكية. هذه المرونة على طول النظام قد تُسبب اهتزازًا أو نابضًا، مما يُحدث تأثيرًا اهتزازيًا على العربة. إذا لم تتمكن عملية مُحددة من التعامل مع هذا، فقد يكون النظام المُدار بالبراغي خيارًا أفضل. تتميز هذه الأنظمة بعنصر ميكانيكي ثابت يضمن التحكم الكامل بالعربة في جميع الأوقات مع دقة التوقف والوضع.

السلامة ميزة أخرى لأنظمة التشغيل اللولبي. تُعدّ أنظمة التشغيل بالسير أقل أمانًا نظرًا لاحتمالية تمزقه. سيكون هذا العطل غير مُتحكّم فيه، وفي التطبيقات الرأسية، قد يسقط الحمل ويُلحق الضرر بالآلات أو حتى بالأفراد. أما أنظمة التشغيل اللولبي فلا تُعاني من هذه المشكلة. حتى في حالة العطل، يُوقف نظام التشغيل اللولبي سقوط الحمل ويضمن السلامة.

تاريخيًا، كانت مشكلة أنظمة الدفع اللولبي هي صعوبة الوصول إلى أطوال شوط أطول. عادةً ما تُوفر هذه الأنظمة بأطوال تصل إلى 6 أمتار باستخدام أزواج من كتل المحامل لدعم المسمار ومنع أي تأثير اهتزازي عند سرعات دوران أعلى. حتى عند السرعات المنخفضة، تحتاج البراغي الأطول إلى دعم ضد الانحناء الناتج عن وزنها. يتكون نظام دعم كتلة المحامل هذا تقليديًا من أزواج من الكتل المتصلة بقضيب أو سلك. تتحرك هذه الأزواج معًا على طول نظام الحركة الخطية.

عندما يتطلب النظام شوطًا أطول، يمكن إضافة المزيد من أزواج كتل المحامل لدعم المسمار عند أقسام منتظمة على طوله. قد يكون من العملي استخدام ما يصل إلى ثلاثة أو حتى أربعة أزواج تعمل معًا، ولكن توصيل القضبان أو الأسلاك بين الكتل يصبح صعبًا عند تجاوز هذا العدد.

ضربات أطول

التحدي الأول لتحقيق شوط أطول هو إنشاء نظام يوفر نقاط دعم أكثر للبرغي الأطول. أحد الحلول هو الاستغناء عن نظام ربط الكتل، واستخدام نظام يتيح للكتل الالتحام ببعضها البعض والانفصال عند الحاجة. بمجرد وصول الكتل إلى موضعها المحدد، تبقى هناك لتوجيه ودعم البرغي. في مثل هذا النظام، يمكن تحقيق 10 أو 12 أو حتى 13 نقطة دعم باستخدام أزواج من كتل المحامل. يتيح نظام الدعم هذا للبرغي الكروي أو برغي الرصاص مسافات حركة طويلة دون انحناء أو اهتزاز.

لتجاوز طول 6 أمتار، يكمن التحدي التالي في صنع برغي أطول. ومع ذلك، نظرًا لمحدودية المواد الخام المتاحة، لا تُنتج البراغي عادةً إلا بطول يصل إلى 6 أمتار. فكيف يُمكن إذًا تحقيق طول شوط يزيد عن 10 أمتار؟ يكمن الحل في ربط برغيين معًا واستخدام تقنيات تصنيع دقيقة.

تُصنع براغي الرصاص وبراغي الكرات على خط إنتاج درفلة، ويمكن إنتاج كل قطعة بانحراف رصاص مختلف قليلاً. لذلك، لربط قطعتين معًا، يجب التغلب على اختلافات انحراف الرصاص. لربط برغيين بنجاح، يجب استخدام براغي كرات عالية الدقة بأقل انحراف ممكن. يجب تشغيل براغي الكرات بدقة عالية، مع ضمان عدم دخول الحرارة إلى القطعة وتغيير قطرها أو هندسة الرصاص. حتى الانحراف الصغير الذي يصل إلى 0.01 أو 0.001 مليمتر قد يُسبب مشاكل للنظام النهائي.

بعد التشغيل الآلي، تُربط البراغي معًا باستخدام وصلة وثقب مع أدنى انحراف بين السلكين. وتُثبّت أخيرًا باستخدام لاصق عالي القوة. (لحام البراغي معًا قد يُغيّر شكلها ويُسبب مشاكل).

يمكن تصنيع أنظمة الدفع اللولبي المزودة بأنظمة كتل دعم قابلة للطي وبراغي دقيقة الصنع بأطوال تصل إلى 10.8 أمتار أو أكثر. يبلغ طول شوط النظام من 2 إلى 3 أمتار أقصى سرعة دوران له حوالي 4000 دورة في الدقيقة. عادةً، مع الأنظمة الأطول، يجب خفض سرعة الدوران بشكل كبير لتجنب الارتجاج. ولكن، مع وجود دعامات إضافية، يمكن لنظام دفع لولبي يصل طوله إلى 10 أمتار أن يعمل بسرعة 4000 دورة في الدقيقة.

التطبيقات طويلة المدى

تُستخدم الأنظمة ذات المحركات اللولبية ذات الأشواط الطويلة في مجموعة واسعة من الصناعات لتوفير تحديد دقيق للمواضع الخطية. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك نظام اللحام الآلي للأنابيب المعدنية. يتطلب الأمر تحديدًا دقيقًا لموضع فوهة اللحام على مسافات طويلة. في التطبيقات التي تُلحم فيها مواد عالية الجودة، مثل التيتانيوم، تُجرى العملية في فراغ لتجنب أكسدة المعدن.

تتطلب العديد من التطبيقات في صناعة السيارات مسافات سفر طويلة. على سبيل المثال، غالبًا ما تُركّب الروبوتات سداسية المحاور على مشغلات خطية طويلة الشوط لعمليات اللحام أو صيانة الآلات. مع أن السرعة قد لا تكون عاملًا حاسمًا في نقل أذرع الروبوت، إلا أن طولها الطويل ودقة تحديد المواقع فيها أمران ضروريان.

تصنيع الكابلات الضوئية عمليةٌ عالية السرعة ومتواصلة، لا يمكن إيقافها دون المساس بجودة الألياف المُنتَجة. تُلف الكابلات على بكرات كبيرة. عند امتلاء إحدى البكرات، يجب استبدالها بسرعة لتقليل هدر المنتج. الدقة والسرعة أساسيتان لكفاءة العملية. تُوفر الأنظمة الطويلة ذات المحركات اللولبية كلا الأمرين في هذا التطبيق، بالإضافة إلى قدرتها على تحمل الحمل الثقيل للبكرات.

يستفيد أي تطبيق يتطلب نقل معدات ثقيلة في المستوى الرأسي من صلابة اللولب الخطي ووظائفه الآمنة ضد الأعطال. في صناعة الطائرات، على سبيل المثال، تُحرك الكاميرات عالية الدقة لأعلى ولأسفل. تحمل البراغي الوزن الثقيل بأمان ودقة. في مثل هذه التطبيقات، تُستخدم أنظمة توجيه كروية خاصة ذات كرات كبيرة القطر لتحمل عزم الحمل الديناميكي.

تحسينات على الأنظمة الحالية

في العديد من تطبيقات الحركة الخطية طويلة المدى، يُترك المسمار الكروي مفتوحًا تمامًا. هناك مشكلتان شائعتان في هذه الأنظمة: إما أن النظام لا يعمل بالسرعة المطلوبة، أو أن النظام يصعب صيانته، لأن المسمار المفتوح يجذب الغبار والحطام، مما يتطلب تنظيفًا دوريًا لتجنب تلف صامولة الكرة قبل الأوان.

في مثل هذه التطبيقات، يُتيح الدعم الإضافي الذي يوفره تصميم كتلة المحمل المكدسة تشغيل البرغي بسرعة أعلى بكثير. ويمكن حل مشاكل التنظيف والموثوقية باستخدام نظام مُغطى ومُحكم الغلق يحمي البرغي ويُقلل بشكل كبير من متطلبات الصيانة. البرغي المُغلق محمي من دخول الغبار والحطام، ويمكنه الحفاظ على الأداء والموثوقية الأمثل دون الحاجة إلى التنظيف الدوري.

في مثل هذا النظام، يُمكن تجهيز العربة بقنوات مثقوبة وتوصيلها بحلمة شحم. يُتيح هذا التزييت من نقطة واحدة دون الحاجة إلى فتح الغلاف. ولأن الوحدة لا تحتاج إلى فتح، فإن كميات محدودة من الغبار أو الماء قد تتسرب إلى النظام. وهو محمي حتى في أكثر البيئات اتساخًا.