حسابات مبسطة لاختيار معلمات المشغل

هناك اعتبارات كهربائية وميكانيكية يجب أخذها بالحسبان عند تطبيق مشغل خطي. وقد يكون من الصعب أحياناً اختيار الحجم والقوة المناسبين. على سبيل المثال، قد يكون المشغل مُصنّفاً للتعامل مع ضعف وزن باب فخ من حيث القوة، لكنه لا يزال يواجه صعوبة في فتحه. قد يحدث ذلك بسبب زاوية تطبيق القوة أو نقص الرافعة.

في هذا المقال، سنشارك مجموعة من الحسابات المبسطة التي تمنح نقطة انطلاق جيدة لمتطلبات القوة وطول الشوط لمشغل خطي.

الحركة الخطية

عندما نتحدث عن الحركة الخطية، فإننا نعني أن حركة الحمولة تكون خطية، وقد تكون على شكل رافعة أو مضخة. سيتناول هذا المقال غالباً الحركة الرأسية، لكن التقنيات نفسها قد تكون مفيدة لتحليل الحركة الأفقية أيضاً. لنلقِ نظرة على المثال في الشكل أدناه.

الشكل 1: حركة خطية مع مشغل بزاوية

لدينا هنا مشغل بزاوية يحاول تحريك كتلة إلى أعلى. تحتوي الكتلة على بكرات على كلا الجانبين للدلالة على أنها لا تستطيع الحركة إلا صعوداً وهبوطاً. مواقع تثبيت الطرف الأمامي والخلفي للمشغل ثابتة في مواضعها بحيث لا يمكنها إلا الدوران.

حساب طول شوط المشغل

إذا كان X1 يساوي 0، فلن يكون المشغل الخطي بزاوية بعد الآن، وبالتالي ستكون المسافة الرأسية التي ستقطعها الحمولة مساوية للشوط.

لنبحث حالة أكثر تحدياً حيث X1 لا يساوي 0. عندها، لتحقيق الحركة الرأسية للحمولة، سيتعيّن على  المشغل الكهربائي أن  يمتد و يدور معاً. هذا أمر مفيد لأن المشغل سيشغل مساحة أقل. وبالتالي، لن يكون طول الشوط مساوياً للإزاحة الرأسية. للعثور على طول الشوط، سنجري بعض الحسابات البسيطة!

تذكّر أن الشوط ببساطة هو الفرق بين  طول المشغل عند الامتداد الكامل وطوله عند الارتداد الكامل.

يشكّل طولا المشغل عند الارتداد الكامل والامتداد الكامل وترَي مثلثَين يحددان نقاط التثبيت الخلفية والأمامية.

الشكل 2: إيجاد أطوال المشغل عند الارتداد (L1) والامتداد (L2)

باستخدام هذه الطريقة، يمكننا إيجاد طول الشوط الذي يقابل مسافة الحركة الرأسية المطلوبة للكتلة. وبناءً على الصيغة، كلما كان مقدار X1 أصغر، زادت نسبة طول الشوط الذي يقابل الحركة الرأسية. وإذا كان X1 كبيراً، فإن زيادات صغيرة في طول الشوط ستؤدي إلى تغييرات كبيرة في مسافة الحركة الرأسية.

إذا وُضع المشغل بوضع رأسي تماماً، فسيكون التغير في الارتفاع مساوياً ببساطة لامتداد المشغل. إن وضع المشغل بزاوية سيزيد من نطاق الحركة الخطية الكلي للكتلة وقد يجعل المشغل يشغل مساحة أقل. ومع ذلك، سيؤدي ذلك أيضاً إلى تحميل جانبي، ويجب أن ننتبه لئلا يتسبب ذلك في ثني قضيب المشغل. يُنصح بأطوال شوط أقصر عند وضع المشغل بزاوية كهذه.

الشكل 3: مقارنة بين طول الشوط ومسافة الحركة في الحركة الخطية

حساب تصنيف قوة المشغل

يمكننا مواصلة استخدام خصائص المثلثات لإيجاد قوة المشغل. لاحظ أنه إذا كان المشغل بزاوية، فستُقسَّم القوة التي يطبقها إلى مركّبتين: أفقية ورأسية. المركّبة الأفقية للقوة لا تسهم في الحركة. أما المركّبة الرأسية للقوة فستدفع الكتلة إلى أعلى، لذا علينا التأكد من أن المشغل يوفّر قوة كافية في كل الأوقات.

الشكل 4: تفكيك القوى للحركة الخطية

نبدأ بحساب القوة الرأسية للكتلة.

يمكننا حساب القوة الرأسية المطلوبة من المشغل كما يلي:

نستخدم هنا L1 لأن المشغل ستكون لديه أقل قوة رأسية عندما يكون مرتداً بالكامل. عند اختيار مشغل، علينا التأكد من أنه قادر على توفير قوة ديناميكية وثابتة أعلى من قيمة F Total التي حسبناها.

الحركة الدورانية

عندما نتحدث عن الحركة الدورانية، نعني أن الحمولة أو الكتلة تدور حول محور ما. قد يكون ذلك في تطبيق مثل باب أو فتحة تُفتح، أو حتى إمالة صندوق حمولة على شاحنة.

الشكل 5: حركة دورانية مع مشغل بزاوية

في الشكل 5 ننظر إلى منظر جانبي لباب رأسي أو فتحة مُعدّة ليتم فتحها بواسطة مشغل خطي. يُشار إلى الارتداد الكامل للمشغل بالموضع ① ويُشار إلى الامتداد الكامل بالموضع ②. يُجري تثبيت المشغل بزاوية في كلٍّ من وضعية الامتداد الكامل ووضعيّة الارتداد الكامل. 

يستخدم المثال مشغلاً خطياً مُثبّتاً بزاوية لتقديم حالة أكثر عمومية. إذا أردت إيجاد طول الشوط والقوة للمشغل عندما يُثبّت عمودياً على الباب، يمكنك متابعة الدليل ولكن اضبط ما يلي:

حساب طول شوط المشغل

سنستخدم هذه المرة نفس طريقة المثلثات التي استخدمناها في قسم الحركة الخطية. الفارق الوحيد أن المثلثات مُنشأة بشكل مختلف هذه المرة.

الشكل 6: إيجاد طول المشغل المرتد (L1) والممتد (L2)

كما في السابق، طول الشوط هو الفرق بين طول المشغل عند الامتداد الكامل وطوله عند الارتداد الكامل. يمكننا إيجاده ببساطة كما يلي:

في هذه الحالة، يعتمد طول شوط المشغل بشكل كبير على موقع نقاط التثبيت الأمامية والخلفية. كلما وضعنا نقطة التثبيت الأمامية أقرب إلى مفصلة الباب، قلّت المسافة التي يحتاج المشغل لقطعها لفتح الباب أو إغلاقه. وبالمثل، كلما اقتربت نقطة التثبيت الخلفية من المفصلة، قلَّ الشوط المطلوب لفتح الباب.

هناك نقطة انعطاف حيث إن إبعاد المشغل أكثر عن المفصلة لا يسبب تغييرات كبيرة في طول شوط المشغل لأن طول المشغل يصبح قريباً جداً من طول الباب وتتم معظم الحركة عبر الدوران. هذه ليست وضعية جيدة للمشغل لأن الرافعة فيها ضعيفة جداً، وسنناقش ذلك في الأقسام التالية.

الشكل 7: طول الشوط نسبةً إلى موضع نقطة التثبيت الأمامية (أي المسافة من التثبيت الأمامي إلى مفصلة الباب)

الشكل 8: طول الشوط نسبةً إلى موضع نقطة التثبيت الخلفية

نرى من الشكل 8 أن تغيير موضع نقطة التثبيت الخلفية يؤثر في طول الشوط المطلوب، لكن التأثير يتجه للاستقرار بسرعة.

حساب تصنيف قوة المشغل

للعثور على تصنيف القوة لمشغلنا، سنحتاج إلى تحديد الحمولة المتوقعة للباب. لأن الباب يدور حول مفصلاته، فإن معرفة كتلة الباب وحدها لا تكفي لتحديد القوة المؤثرة على المشغل. في هذا التطبيق، سنحتاج إلى إيجاد عزم القصور الذاتي الكتلي للباب.

بشكل حدسي، نعلم أن فتح الباب باستخدام المقبض (البعيد عن المفصلة) أسهل بكثير من فتح الباب بدفعه بالقرب من المفصلة.

الشكل 9: تمثيل لفتح باب بشكل رأسي

يمكن إيجاد عزم القصور الذاتي (يرمز له I) للباب الذي يُفتح رأسياً حول المفصلة كما يلي:

الآن بعد أن أصبح لدينا عزم القصور الذاتي، نعرف العزم الذي يجب أن يطبقه المشغل على الباب ليُحرّكه. لذلك، يمكننا حساب القوة كما يلي:

تُسمى هذه القوة F العادية لأنها مجرد مركّبة واحدة من القوة المؤثرة على المشغل وليست القوة الكلية. يتضح ذلك بشكل أفضل في الشكل 10. كما ترى، فإن F العادية لا تؤثر على طول L1 أو L2 مباشرة، بل تعمل بزاوية.

الشكل 10: موقع تثبيت المشغلات

يعني ذلك أننا بحاجة لتحويل F العادية من مركّبة قوة إلى قوة المشغل الكاملة. بما أن حمولتنا عبارة عن باب يدور، تبقى F العادية ثابتة، لكن الحمولة المطبقة على المشغل تتغير. على سبيل المثال، عندما يكون المشغل مرتداً بالكامل في الموضع ①، تتحمل مفصلة الباب معظم الحمولة، لذلك لن يتعرض المشغل لقوة كبيرة حتى يبدأ في تحريك الباب. من ناحية أخرى، عندما يكون المشغل في الامتداد الكامل في الموضع ②، لا تدعم مفصلة الباب البابَ بالقدر نفسه. في هذه الحالة، يتعيّن على المشغل تحمل معظم الحمولة.

يمكننا حساب القوة في حالتي الارتداد والامتداد التي يحتاجها المشغل. وبحسب ظروف التثبيت، قد تكون القوة في وضعية الامتداد أعلى من القوة في وضعية الارتداد أو العكس. لهذا السبب، يجب حساب القيمتين واختيار الأكبر لضمان متانة التطبيق.

على سبيل المثال، في الشكل 10، ستُطبَّق أعلى قوة على المشغل عندما يكون ممتداً بالكامل. عندها يجب أن يكون الحد الأدنى لتصنيف قوة المشغل مساوياً لقيمة قوة الامتداد أو أعلى منها.

الخلاصة

استعرضنا في هذا المقال طرقاً مبسّطة لحساب تصنيف القوة المطلوب وطول الشوط لـالمشغلات الخطية. يمكن استخدام المعادلات الواردة هنا لحساب المتطلبات التقريبية للحركة الخطية والدورانية للحمولة. تواصل معنا عبر sales@progressiveautomations.com لأي أسئلة إضافية، وسيسرّ فريق مهندسينا مساعدتك.