ما هو المُحرّك الخطّي؟
المُحرّك الخطّي أو المُحرّك التّردّدي هو جهازٌ يُحوّل الحركة الدّورانية إلى حركة خطّية دفعٍ أو شدّ، يمكن استخدامه لرفع أو خفض أو انزلاق أو إمالة الآلات أو …
يوفّر تحكمًا آمنًا ونظيفًا في الحركة، وهو فعّالٌ ولا يتطلّب صيانةً.
تستخدم هذه المُحرّكات الخطّية الكهربائية محركًا تيارًا مباشرًا أو تيارًا مترددًا مع مجموعة من التّروس وبرغي الرّصاص لدفع عمود الرّمح الرّئيسي.
يُحدّد فرق المُحرّكات على أساس حجم المحرّك، الذي يمكن أن يتراوح من 12 فولت تيارًا مباشرًا إلى 48 فولت تيارًا مباشرًا.
استاتيك وديناميك متغيرات سعة الحمولة لمحرك خطي
- سعة الحمولة الديناميكية: هي مقدار القوة التي يتم تطبيقها على المحرك أثناء حركته.
- سعة الحمولة الاستاتيكية: هي مقدار القوة التي يمكن للمحرك تحملها دون حركة، أي عندما يكون ثابتًا ويحافظ على حمولة في مكانها.
مثال تطبيق محرك خطي:
يُظهر الرسم التخطيطي المرفق استخدام محرك خطي لتطبيق لاصق بشكل متكرر، وهو ما كان يُعدّ سابقًا عملية يدوية.
شرح الرسم التخطيطي:
- المحرك الخطي: هو المُكوّن الذي يُحرّك ذراع الرافعة.
- ذراع الرافعة: هي المُكوّن الذي يُطبّق اللّاصق على السّطح.
- السّطح: هو المكان الذي يتم تطبيق اللّاصق عليه.
- مُستشعر القوة: هو المُكوّن الذي يقيس مقدار القوة التي يتم تطبيقها على ذراع الرافعة.
- وحدة تحكم: هي المُكوّن الذي يتحكم في حركة المحرك الخطي.
أنواع المُحرّكات الخطّية:
- المُحرّكات الخطّية الميكانيكية:
- محرّكات بال اسکرو: تُستخدم لتحويل الحركة الدّورانية إلى حركة خطّية دقيقة.
- محرّكات سرپیچ: تُستخدم لتحويل الحركة الدّورانية إلى حركة خطّية مع قوّة كبيرة.
- محرّكات قفسه و پینیون: تُستخدم لتحويل الحركة الدّورانية إلى حركة خطّية دقيقة مع قوّة كبيرة.
- محرّكات تسمه محور: تُستخدم لتحويل الحركة الدّورانية إلى حركة خطّية عالية السرعة.
- محرّكات بادامک: تُستخدم لتحويل الحركة الدّورانية إلى حركة خطّية غير منتظمة.
2-المُحرّكات الخطّية الهيدروليكية:
- المُحرّك الهيدروليكي: هو جهازٌ يُحوّل الطاقة الهيدروليكية إلى حركة خطّية.
- السّيلندر الهيدروليكي: هو أنبوبٌ معدنيّ مُغلَقٌ يحتوي على سائلٍ هيدروليكيّ وبيستون.
- البيستون: هو جسمٌ معدنيّ مُتحرّكٌ داخل السّيلندر الهيدروليكيّ.
- السّائل الهيدروليكيّ: هو سائلٌ غير قابلٍ للانضغاط يُستخدم لنقل الطاقة في الأنظمة الهيدروليكية.
شرح عمل المُحرّك الهيدروليكي في الصّورة:
- يدخل السّائل الهيدروليكيّ تحت الضّغط من خلال المنفذ الأيسر لغرفة السّيلندر.
- يُمارس السّائل الهيدروليكيّ ضغطًا على سطح البيستون.
- يدفع الضّغط البيستون نحو اليمين، ممّا يُؤدّي إلى حركة خطّية.
- عندما يتمّ تحرير الضّغط عن السّائل، يعود البيستون إلى اليسار.
- المُحرّكات الخطّية الهوائية:
- المُحرّك الهوائي: هو جهازٌ يُحوّل الطاقة الهوائية إلى حركة خطّية.
- الهواء المضغوط: هو هواءٌ تمّ ضغطه لجعله أكثر كثافةً.
- البيستون: هو جسمٌ معدنيّ مُتحرّكٌ داخل السّيلندر.
- السّيلندر: هو أنبوبٌ معدنيّ مُغلَقٌ يحتوي على البيستون.
- الصّمام أو المنفذ: هو جهازٌ يُستخدم للتحكم في تدفق الهواء.
مميزات المُحرّكات الخطّية الهوائية:
- تُنتج قوّةً منخفضة إلى متوسّطة بسرعة.
- تُستخدم كأجهزة سيرفو.
كيف تعمل المُحرّكات الخطّية الهوائية:
- يدخل الهواء المضغوط من خلال المنفذ إلى غرفة السّيلندر.
- يُمارس الهواء المضغوط ضغطًا على سطح البيستون.
- يدفع الضّغط البيستون نحو اليمين، ممّا يُؤدّي إلى حركة خطّية.
- عندما يتمّ تحرير الضّغط عن الهواء، يعود البيستون إلى اليسار.
كيف يعمل المُحرّك الخطّي؟
- المُحرّك الخطّي: هو جهازٌ يُحوّل الحركة الدّورانية إلى حركة خطّية.
- الحركة الخطّية: هي حركةٌ في خطّ مستقيم.
مبدأ عمل المُحرّك الخطّي:
- المُحرّك: هو الجزء الذي يُحرّك المُحرّك الخطّي.
- البرغي: هو الجزء الذي يُحوّل الحركة الدّورانية إلى حركة خطّية.
- المُهرّة: هي الجزء الذي يتحرّك على طول البرغي.
كيف يُنتج المُحرّك الخطّي حركةً خطّية؟
- يدور المُحرّك.
- يدور البرغي مع المُحرّك.
- تتحرّك المُهرّة على طول البرغي.
- تُنتج حركة المُهرّة حركةً خطّيةً.
أنواع البراغي المُستخدمة في المُحرّكات الخطّية:
- برغي الرّصاص: هو نوعٌ من البراغي يتميّز بخطٍّ حلزونيّ على سطحه.
- برغي ساچمه: هو نوعٌ من البراغي يتميّز بوجود كراتٍ معدنيةٍ بين البرغي والمُهرّة.
- برغي رولّر: هو نوعٌ من البراغي يتميّز بوجود بكراتٍ معدنيةٍ بين البرغي والمُهرّة.
تطبيقات المُحرّكات الخطّية:
- المنازل: تُستخدم المُحرّكات الخطّية في أبواب المرآب والنوافذ والأبواب.
- الصّناعة: تُستخدم المُحرّكات الخطّية في الآلات الصّناعية والرّوبوتات.
- الطّبّ: تُستخدم المُحرّكات الخطّية في أسرة المستشفيات وكراسي المريض.
- الفضاء: تُستخدم المُحرّكات الخطّية في الفضاء.
براغي الرّصاص مناسبةٌ للتطبيقات السّريعة والدّيناميكية التي تتطلّب تحديد المواقع بدقة، بينما تُعدّ براغي الرّولر الأفضل للقوى الكبيرة.
الحركة الحلزونية لمحرك خطي في هذا الرسم البياني قابلة للملاحظة. يُزوّد المُحرّك، الموجود أعلى المُحرّك، الطاقة اللازمة لِدوران اللولب.
مصدر الطاقة هو محرك DC أو AC.
المُحرّكات العادية لها نطاق جهد من 12 فولت تيار مستمر إلى 48 فولت تيار مستمر، مع إمكانية استخدام جُهود أخرى.
مُحرّكات التيار المُستمرّ ذات الفرشاة تحتوي على مفتاح لعكس قطبية المُحرّك، مما يُؤدّي إلى تغيير اتجاه حركة المُحرّك.
تحتاج مُحرّكات السيرفو ومُحرّكات الخطوات إلى إلكترونيات تحكّم لتغيير اتجاه دوران المُحرّك باستخدام مُغذّيات روتور اللازمة للتبديل في مُحرّكات BLDC ومُحرّكات السيرفو باستخدام مُستشعر تأثير هول أو مُشفّر.
يمكن أن تكون إلكترونيات التحكّم لمُحرّكٍ ما خارجيةً أو داخليةً.
سرعة وقوة المُحرّك تعتمدان على علبة التروس الخاصة به. تعتمد كمية القوة على سرعة المُحرّك. علبة التروس التي تُقلّل سرعة المُحرّك تُوفّر قوةً أكبر، وذلك لوجود علاقة تناسب عكسية بين السرعة والقوة.
أحد الاختلافات الأساسية بين المُحرّكات هو شوطها، الذي يُحدّد بطول اللولب والعمود. تعتمد السرعة على التروس التي تربط المُحرّك باللولب.
آلية إيقاف حركة المُحرّك تشمل مفاتيح الحدّ أو الميكرو، المُشفّرات، المُقاومات الخطّية، ومُحوّل الإزاحة التفاضليّ الخطّيّ (LVDT).
يمكن رؤية مُفتاح ميكرو في الصورة أدناه.
تُوضع مفاتيح الميكرو في أعلى وأسفل العمود، وتُفعّل بحركة اللولب صعودًا ونزولًا.
مكونات المُحرّك الخطيّ
مصدر الطاقة للمُحرّك الخطيّ
هو مُحرّك تيار مُتردّد (AC) أو تيار مُستمرّ (DC) يُزوّد الطاقة اللازمة لتحريك المُحرّك. على الرغم من أنّ الكهرباء هي المصدر الأكثر شيوعًا للطاقة، إلّا أنّ الطاقة الهوائية والسائلة تُستخدم أيضًا.
محوّل الطاقة للمُحرّك الخطيّ
يُزوّد محوّل الطاقة المُحرّك بالطاقة من المصدر باستخدام قياسات المُتحكّم. من الأمثلة على محوّلات الطاقة الصناعية الصمامات النسبية الهيدروليكية والعاكسات الكهربائية.
المُفعّل
هو الجهاز الفعليّ للمُحرّك.
الحمل الميكانيكيّ
هو الحمل الذي يُحرّكه المُحرّك.
يتمّ تحديد سعة الحمل بواسطة صيغة رياضية أو رسم بياني لسعة الحمل.
يتمّ حساب الأحمال للتكوينات الرأسية والأفقية وكذلك الحركة على طول محاور X و Y. يحتوي المُحرّك على نوعين من الأحمال.
استاتيكي وديناميكي. يكون الحمل الاستاتيكيّ عندما يكون المُحرّك مُتوقفًا، بينما يكون الديناميكيّ عندما يكون في حالة حركة. لكلّ نوع من أنواع الحمل نطاق سعة.
المُتحكّم
يضمن المُتحكّم الأداء الصحيح للنظام. يسمح هذا للمُشغّل بإدخال القيم ونقاط الضبط.
مُستشعر Phase Index™
يُعدّ مُستشعر Phase Index تطورًا جديدًا في تحكّم مُستشعر المُحرّك. هو مُستشعر تحديد موقع لمُحرّكات كهروميكانيكية.
هو مُستشعر موقع رقميّ، عالي السرعة، عالي الوضوح، بدون تلامس، مقاوم للاهتزاز، الصدمات، الجسيمات العالقة والرطوبة.
باعتباره مُستشعرًا ذاتيّ المعايرة، لا يحتاج إلى طاقة احتياطية للحفاظ على موقع المُحرّك عند إيقاف التشغيل، ممّا يجعل المُحرّك متاحًا فور تشغيله.
مُستشعر شاخص توان
يستخدم مُستشعر شاخص توان العلاقة الطورية بين إشارتين دوريتين بفترات مختلفة لحساب الموقع.
الميزة الرئيسية لهذه الآلية المُسجّلة ببراءة اختراع، بصرف النظر عن دقتها المُذهلة، هي قدرتها على العمل في أصعب الظروف المناخية وأكثرها إجهادًا.
ملخص
بشكل عام، المُحرّكات الخطية هي أحد أهمّ أجزاء الصناعة.
شركة كي صنعت هي المورد الرائد لأنواع مختلفة من المُحرّكات، بما في ذلك:
