عندما يتعلق الأمر بالمحركات الخطية، أصبحت الأجهزة الكهروميكانيكية الخيار المفضل على نظيراتها الهوائية نظرًا لسرعتها ودقتها وحجمها.

في السنوات الأخيرة، تزايدت مطالب مديري المصانع والشركات باستخدام المزيد من المشغلات الكهربائية ذات القضبان وتقليل استخدام المشغلات الهوائية في معدات أتمتة المصانع. وتقود عدة عوامل هذا التحول، ولكن من أهمها تزايد الحاجة إلى:

• تحسين أداء الآلات باستخدام مشغلات كهروميكانيكية قادرة على تحقيق دقة أعلى.
• تقليل حجم المعدات باستخدام المشغلات الكهروميكانيكية التي تتطلب ربع المساحة فقط تقريبًا لتوفير نفس قوة الدفع التي توفرها المشغلات الهوائية.
• استخدم الطاقة بكفاءة أكبر، لأن المشغلات الكهروميكانيكية لا تحتاج إلى ضواغط هواء تعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع للحفاظ على الضغط.
• تقليل الصيانة والتكلفة الإجمالية للملكية، لأن المشغلات الكهروميكانيكية تستخدم مكونات أقل، ولا تتطلب ضواغط، ولا تعاني من تسرب الهواء.

بمجرد اتخاذ قرار استبدال المشغلات الهوائية بأخرى كهروميكانيكية، تتمثل الخطوة التالية في اختيار المشغلات الكهروميكانيكية المناسبة من بين العديد من العلامات التجارية. ورغم تشابه مواصفات الدفع الأساسية، إلا أن هناك اختلافات جوهرية في مجالات أداء دورة الحياة، وسهولة الصيانة، ومقاومة الظروف البيئية.

بشكل عام، كلما زاد قطر لولب الكرات، زادت قوة الدفع المحتملة. مع ذلك، يتطلب تحقيق ذلك تركيبًا محكمًا لمحمل الدفع وجميع نقاط التثبيت، بما في ذلك أنبوب التمديد، وصامولة الكرات الداخلية، وغطاء المحمل، وغطاء الماسحة. وإلا، فإن أي زيادة في قوة الدفع ستؤثر سلبًا على عمر النظام. فالمكون الضعيف جدًا بحيث لا يتحمل الحمل سيتآكل بسرعة أكبر أو حتى يتلف.

يمكنك استخدام محركين، كل منهما مزود ببرغي كروي قطره 16 مم ويوفر قوة دفع تبلغ 750 نيوتن، وقد يصل عمر أحدهما، على سبيل المثال، إلى 2000 كيلومتر، بينما يصل عمر الآخر إلى 8000 كيلومتر. يكمن الفرق في مدى جودة توافق البرغي الكروي مع المكونات الأخرى.

علاوة على ذلك، ونظرًا لارتباط أقطار براغي الكرات الأكبر حجمًا بالتكلفة والمساحة، فإن التوافق الأمثل بين برغي الكرات والمكونات الأخرى يقلل من كليهما. فعلى سبيل المثال، لتلبية متطلبات تطبيق بقوة 3200 نيوتن، قد يستخدم أحد الموردين برغي كرات بقطر 20 مم، بينما قد يحقق مورد آخر، يستخدم مكونات متوافقة تمامًا، نفس قوة الدفع باستخدام برغي بقطر 12 مم. وبالتالي، يمكن تصغير حجم برغي الكرات الأخير دون التأثير على الأداء.

يؤثر التوافق الصحيح بين براغي الكرات والمكونات الأخرى بشكل كبير على عمر المشغل، وعند دمجه مع تصميم الحامل، يصبح لهذين العاملين التأثير الأكبر على الدقة وقدرة التحميل. ومن أهداف تصميم المشغل الأخرى تقليل الحركة الحرة القطرية والجانبية. وتشمل العوامل المؤثرة في ذلك قطر جسم الحامل، ومساحة سطح التلامس، واستخدام أرجل الدعم. فعلى سبيل المثال، يدعم جسم الحامل الأكبر أحمالًا قطرية خارجية أكبر من خلال زيادة مساحة سطح التلامس إلى أقصى حد في حالات التحميل الجانبي. وترفع إمكانية التحميل الجانبي للمشغلات الكهربائية الأداء والدقة والحجم إلى مستوى لا يمكن تحقيقه باستخدام المشغلات الهوائية أو الهيدروليكية.

على الرغم من أن زيادة مساحة السطح تُحسّن قدرة تحمل الأحمال الشعاعية والجانبية، إلا أنها لا تُعزز الاستقرار بالضرورة. غالبًا ما يُعالج هذا الأمر بتثبيت أرجل مرتفعة في قنوات مُخددة (ثلاثة في الصورة أعلاه). تُقلل هذه الأرجل الداعمة من الاهتزازات، التي قد تُسبب ضوضاء وتُساهم في التآكل. تستخدم معظم التصاميم نتوءًا واحدًا أو اثنين من هذه النتوءات، مما يُقلل من بعض الحركة، ولكن قد يُصدر ذلك أصوات طقطقة مع بدء تآكل النظام بمرور الوقت. مع ذلك، فإن استخدام أربعة أرجل بدلًا من اثنين يُقلل من التآكل والضوضاء، ويُوفر حماية أكثر فعالية ومتانة ضد الدوران. إضافةً إلى ذلك، تضمن الأرجل الإضافية حركة عودة سلسة وخالية من الالتصاق، مما يُقلل من الحركة الناتجة عن التآكل.

بالإضافة إلى ذلك، يُؤدي ثني أرجل الحامل للخارج إلى توليد تحميل مسبق شعاعي، مما يُقلل من التذبذب في أنبوب الدفع. كما يُساعد ذلك على توسيط جسم الحامل وصامولة الكرة، مما يُغني عن الحاجة إلى استخدام حشوات لضبط الحامل مع البروز، ويُعوض عن التآكل على مدار عمر الجهاز. ويُقلل الحفاظ على محاذاة جميع الأجزاء من عدد مرات معايرة المُشغل لضمان عزم دوران ثابت في وضع الخمول.

تُعدّ الدقة العالية في الأبعاد بالغة الأهمية لتقليل التآكل والضوضاء. ولكن في حال انعدام الفجوة الهوائية، يتراكم الضغط عند تشغيل المشغلات بسرعات عالية، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي مشاكل في التزييت ومشاكل أخرى تتعلق بالمتانة. ولحل هذه المشكلة، يتم تصميم اثنين من أجزاء التثبيت الذكرية على أرجل الحامل بحيث يكونان أدنى من الجزأين الآخرين - وهذا هو النهج الذي تتبعه شركة تومسون في العديد من مشغلاتها. يوفر هذا التصميم فجوة كافية لمنع تراكم الضغط. وكما هو موضح في الصورة أعلاه، فإن اثنين من أجزاء التثبيت الذكرية المتعامدة على أرجل الحامل أدنى من الجزأين الآخرين.

قابلية الصيانة

تؤثر سهولة الصيانة على أداء دورة حياة المنتج وتساهم في زيادة الإنتاجية. تختلف المشغلات الكهروميكانيكية في تزييتها وطريقة تشغيلها. تنكمش معظم المشغلات جزئيًا بنسبة 60% إلى 70% لكشف الأجزاء وتزييتها. يقوم الفنيون بإزالة الأغطية، وتحديد الأجزاء التي تحتاج إلى تزييت، وإضافة الشحم، وقد يحتاجون إلى تكرار هذه العملية.

لكنّ الأسلوب الأمثل هو مدّ الأنبوب أو سحبه بالكامل، ما يكشف جميع المكونات لأقصى قدر من الوضوح. وهذا يُمكّن الشركات من استخدام التشحيم الآلي. إضافةً إلى ذلك، فإنّ استخدام حلمة التشحيم يُغني عن الحاجة إلى إزالة الغطاء، ما يُسهّل الصيانة بشكلٍ أكبر.

يمكن تسريع عملية الصيانة أيضًا بتجنب الوقت اللازم لتوصيل المحرك بالمشغل الميكانيكي. عادةً ما يستغرق تركيب المحرك بشكل متوازٍ من 20 إلى 25 دقيقة. بعد تركيب المحرك، يجب على الفني استخدام أدوات متنوعة لضبطه لضمان شد الحزام ومحاذاته بشكل صحيح، وهو ما يتطلب 12 خطوة على الأقل.

مع ذلك، إذا كان المحرك مزودًا بحل متوازي مُجمّع مسبقًا، فيمكن شد الحزام مسبقًا أثناء التجميع، مما يُغني عن الحاجة إلى تعديلات الشد متعددة المراحل - إذ يُمكن تثبيت المحرك واستخدامه في ثلاث خطوات فقط. أما بالنسبة للتركيب الخطي، فإن فوائد الحل المُجمّع مسبقًا مماثلة، وإن لم تكن بنفس القدر من الأهمية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام محامل التثبيت الجانبية يزيل خطر عدم المحاذاة. كما أنه يحمي عمود المحرك من الأحمال الشعاعية، مما يقلل الضوضاء ويطيل عمر المشغل.

المقاومة البيئية

تختلف المشغلات الكهروميكانيكية في قدرتها على تحمل الظروف القاسية والبيئة وعمليات الغسيل المتكررة ذات الضغط العالي. ويعتمد ذلك على الشكل الخارجي ونوع المادة المستخدمة وطرق منع التسرب.

تتميز الأسطح الملساء بأنها أنظف من الأسطح المحززة لأنها لا تتراكم عليها الأتربة والسوائل. لذا، فهي أنسب للبيئات القاسية التي تتطلب غسلاً متكرراً. مع ذلك، قد يكون للسطح الأملس عيب، ففي حال استخدامه في تطبيقات تتطلب تركيب مستشعرات، قد يلزم إضافة قطعة بلاستيكية إضافية لتثبيت المستشعر.

تعتمد مقاومة الظروف البيئية أيضاً على تركيبة مادة أنبوب التمديد. تستخدم معظم الأنظمة الفولاذ الكرومي، لكن الفولاذ المقاوم للصدأ يُعد خياراً أفضل بكثير للبيئات القاسية.

يُعدّ رمز الحماية من دخول الماء والغبار (IP) مؤشرًا رئيسيًا لمقاومة الجهاز للظروف البيئية. فعلى سبيل المثال، يشير تصنيف IP 65 إلى أن الجهاز مقاوم للغبار ومحمي من رذاذ الماء منخفض الضغط من أي اتجاه، كما هو الحال في عمليات غسل المعدات في صناعة الأغذية والمشروبات. لا يستوفي هذا التصنيف سوى عدد قليل من المشغلات الكهربائية، ولكنه يُعدّ بالغ الأهمية في البيئات المسببة للتآكل. يوفر تصنيف IP 54 حماية جزئية ضد رذاذ الماء، وحماية أقل من 100% ضد الغبار، مما يجعله مناسبًا لبعض تطبيقات الغسل، ولكنه غير مناسب في حال وجود ضغط. أما تصنيف IP 40، الشائع بين المشغلات الخطية، فيعني عدم وجود أي حماية ضد الغبار أو السوائل.

تعتمد تصنيفات الحماية من دخول الماء والغبار (IP) الأعلى بشكل أساسي على استخدام موانع تسرب أفضل. على سبيل المثال، تقوم شركة تومسون بإحكام إغلاق جميع حجرات مشغلاتها الكهروميكانيكية، بما في ذلك قواعد تثبيت المحرك. كما يجب أن تكون جميع الحشيات محكمة الإغلاق وأن تمتد حتى المحرك بدلاً من أن تتوقف عند لوحة التثبيت.

الجيل القادم من أنظمة التحكم في الحركة

مع تزايد متطلبات السوق لزيادة الإنتاجية، وتقليل أوقات التغيير، وتعزيز الموثوقية، وتحقيق وفورات أكبر في الطاقة، وخفض تكاليف الصيانة والتشغيل، يتجه المزيد من المصممين والمستخدمين النهائيين إلى استخدام المشغلات الكهروميكانيكية بدلاً من المشغلات الهوائية. بالنسبة للآلات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الحركة، تُعد المشغلات الكهروميكانيكية الخيار الأمثل عمليًا. ولكن حتى في مهام الحركة الخطية البسيطة، يميل مصممو ومستخدمو أنظمة التحكم في الحركة إلى استخدام المشغلات الكهربائية نظرًا لسهولة صيانتها وقلة تكلفتها، وزيادة وفورات الطاقة، وكفاءة تشغيلها.

يمكن تحقيق فوائد أكبر من خلال المقارنة الدقيقة بين مختلف العلامات التجارية للمشغلات الكهربائية. احرص دائمًا على تفسير "قدرة تحمل الأحمال" في سياق العمر الافتراضي للنظام ومتطلبات المساحة. توجد مفاضلات حقيقية في هذه المجالات. يؤثر تصميم الحامل على الدقة، بالإضافة إلى قدرات تحمل الأحمال الجانبية والدورانية، لذا انتبه جيدًا لكيفية تثبيت الحامل في القناة، ولشكل وحجم أي آليات توجيه.

ستساهم الآليات والأجزاء المحسّنة، مثل أرجل الدعم وتصاميمها المنحنية لتحسين التثبيت، في تحسين الدقة وتقليل التآكل. كما يُعدّ الشكل الخارجي المناسب، واختيار المواد، واستراتيجية منع التسرب عوامل أساسية لمقاومة العوامل البيئية. وتوفر الأسطح الأكثر انسيابية، والمواد المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، وتصنيفات الحماية من دخول الماء والغبار (IP) الأعلى، حمايةً أكبر.