في معظم تطبيقات الحركة الخطية، تعمل الأنظمة التقليدية التي تعمل بالسيور أو البراغي بكفاءة. ومع ذلك، قد تظهر بعض المشكلات عند الحاجة إلى مسافات خطية أطول.

تُعدّ الأنظمة التي تعمل بالسيور خيارًا بديهيًا عند الحاجة إلى حركات خطية طويلة. تستخدم هذه الأنظمة البسيطة نسبيًا بكرات لتوليد الشد على طول السير، ويمكن رفع سرعتها بسرعة إلى مستويات عالية. مع ذلك، عند زيادة طول شوط هذه الأنظمة، قد تظهر مشاكل تتعلق بترهل السيور، إذ لا يمكن الحفاظ على الشد على امتداد النظام.

يتميز النظام بمرونة كبيرة ناتجة عن الأحزمة المطاطية أو البلاستيكية نفسها. هذه المرونة على امتداد النظام قد تُسبب اهتزازًا أو ارتدادًا، مما يُحدث تأثيرًا اهتزازيًا على العربة. إذا لم تتمكن عملية معينة من التعامل مع هذا، فقد يكون النظام المُدار بالبرغي خيارًا أفضل. تحتوي الأنظمة المُدارة بالبرغي على عنصر ميكانيكي ثابت يضمن تحكمًا كاملًا في العربة في جميع الأوقات مع توقف وتحديد دقيقين للموضع.

تُعدّ السلامة ميزة أخرى لأنظمة الدفع اللولبي. أما أنظمة الدفع بالسيور فهي أقل أمانًا نظرًا لاحتمالية انقطاع السير. في مثل هذه الحالة، يكون العطل خارجًا عن السيطرة، وفي التطبيقات الرأسية، قد يسقط الحمل ويُلحق الضرر بالآلات أو حتى بالأفراد. لا يُعاني نظام الدفع اللولبي من هذه المشكلة. فحتى في حالة العطل، يمنع نظام الدفع اللولبي سقوط الحمل ويضمن السلامة.

لطالما تمثلت مشكلة الأنظمة التي تعمل بالبراغي في صعوبة الوصول إلى أطوال شوط طويلة. ويمكن عادةً توفير هذه الأنظمة بأطوال تصل إلى 6 أمتار باستخدام أزواج من كتل التحميل لدعم البرغي ومنع أي اهتزازات عند سرعات الدوران العالية. وحتى عند السرعات المنخفضة، تحتاج البراغي الطويلة إلى دعم لمقاومة الانحناء الناتج عن وزنها. ويتكون نظام دعم كتل التحميل هذا تقليديًا من أزواج من الكتل المتصلة بقضيب أو سلك، وتتحرك هذه الأزواج معًا على طول نظام الحركة الخطية.

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

ضربات أطول

يتمثل التحدي الأول لتحقيق شوط أطول في ابتكار نظام يوفر نقاط دعم إضافية للبرغي الأطول. أحد الحلول هو الاستغناء عن نظام الربط بين الكتل واستخدام نظام يسمح للكتل بالانضغاط داخل بعضها البعض والانفصال عند الحاجة. بمجرد وصول الكتل إلى موضعها المحدد، تبقى هناك لتوجيه ودعم البرغي. في هذا النظام، يمكن تحقيق 10 أو 12 أو حتى 13 نقطة دعم باستخدام أزواج من كتل المحامل. يُمكّن نظام الدعم هذا للبرغي الكروي أو البرغي الرئيسي من قطع مسافات طويلة دون انحناء أو اهتزاز.

لتجاوز طول 6 أمتار، يكمن التحدي التالي في ابتكار برغي أطول. إلا أنه نظرًا لمحدودية المواد الخام المتاحة، لا يُنتج عادةً سوى براغي يصل طولها إلى 6 أمتار. فكيف يمكن إذًا تحقيق طول شوط يزيد عن 10 أمتار؟ يكمن الحل في ربط برغيين معًا واستخدام تقنيات تصنيع دقيقة.

تُصنّع براغي التوجيه وبراغي الكرات على خط إنتاج بالدرفلة، وقد يختلف انحراف التوجيه قليلاً بين كل قطعة وأخرى. لذا، يتطلب ربط قطعتين معًا التغلب على هذا الاختلاف. ولضمان نجاح عملية الربط، يجب استخدام براغي كرات عالية الدقة بأقل انحراف ممكن. يجب تصنيع براغي الكرات بدقة متناهية، مع الحرص على عدم دخول الحرارة إلى القطعة وتغيير قطرها أو شكل توجيهها. حتى انحراف بسيط جدًا، مثل 0.01 أو 0.001 مليمتر، قد يُسبب مشاكل في النظام النهائي.

بعد عملية التصنيع، يتم ربط البراغي معًا باستخدام لولب وثقب مع مراعاة الحد الأدنى من التفاوت بين طرفي البرغي. ثم يتم تثبيتها نهائيًا باستخدام مادة لاصقة عالية القوة. (لحام البراغي معًا سيؤدي إلى تغيير الشكل الهندسي وخلق مشاكل).

يمكن تصنيع أنظمة تعمل بالبراغي مزودة بأنظمة دعم قابلة للطي وبراغي مصنعة بدقة عالية، بأطوال تصل إلى 10.8 متر أو أكثر. ويبلغ الحد الأقصى لسرعة دوران نظام بطول شوط يتراوح بين مترين وثلاثة أمتار حوالي 4000 دورة في الدقيقة. عادةً، مع الأنظمة الأطول، يجب خفض سرعة الدوران بشكل كبير لتجنب الاهتزاز. ولكن، مع دعامات إضافية، يمكن لنظام يعمل بالبراغي يصل طوله إلى 10 أمتار أن يعمل بسرعة 4000 دورة في الدقيقة.

تطبيقات طويلة المدى

تُستخدم الأنظمة ذات الحركة اللولبية ذات الأشواط الطويلة في العديد من الصناعات لتوفير تحديد دقيق للموقع الخطي. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك نظام اللحام الآلي للأنابيب المعدنية. يتطلب هذا النظام تحديدًا دقيقًا لموقع فوهة اللحام على مسافات طويلة. في التطبيقات التي يتم فيها لحام مواد عالية الجودة، مثل التيتانيوم، تُجرى العملية في بيئة مفرغة من الهواء لتجنب أكسدة المعدن.

تتطلب العديد من التطبيقات في صناعة السيارات مسافات حركة طويلة. على سبيل المثال، غالبًا ما تُركّب الروبوتات سداسية المحاور على مشغلات خطية طويلة الشوط لعمليات اللحام أو تشغيل الآلات. ورغم أن السرعة قد لا تكون عاملاً حاسمًا في نقل أذرع الروبوت، إلا أن طول الحركة ودقة تحديد المواقع العالية أمران ضروريان.

تُعدّ صناعة الكابلات الضوئية عمليةً سريعةً ومتواصلةً لا يمكن إيقافها دون المساس بجودة الألياف المُنتَجة. تُلفّ الكابلات على بكرات كبيرة، وعند امتلاء إحدى البكرات، يجب استبدالها بسرعة لتقليل الفاقد من المنتج. الدقة والسرعة عنصران أساسيان لكفاءة العملية. توفر الأنظمة اللولبية الطويلة كلا الأمرين في هذا التطبيق، بالإضافة إلى قدرتها على تحمّل الأحمال الثقيلة للبكرات.

أي تطبيق يتطلب تحريك معدات ثقيلة في المستوى الرأسي يستفيد من صلابة ووظيفة الأمان التي توفرها البراغي الخطية. ففي صناعة الطائرات، على سبيل المثال، تُحرّك الكاميرات عالية الدقة لأعلى ولأسفل، حيث تحمل البراغي هذا الوزن الثقيل بأمان ودقة. وفي مثل هذه التطبيقات، تُستخدم أنظمة توجيه كروية خاصة مزودة بكرات كبيرة القطر لتحمل عزم الحمل الديناميكي.

تحسينات على الأنظمة الحالية

في العديد من تطبيقات الحركة الخطية الطويلة، يُترك لولب الكرات مفتوحًا تمامًا. توجد مشكلتان شائعتان في هذه الأنظمة: إما أن النظام لا يستطيع العمل بالسرعة المطلوبة، أو أن النظام يصعب صيانته، لأن اللولب المفتوح يجذب الغبار والحطام، مما يتطلب تنظيفًا دوريًا لتجنب التلف المبكر لصامولة الكرات.

في مثل هذه التطبيقات، يُتيح الدعم الإضافي الذي توفره بنية كتلة المحمل المكدسة تشغيل البرغي بسرعة أعلى بكثير. ويمكن حل مشكلات التنظيف والموثوقية باستخدام نظام مغطى ومحكم الإغلاق يحمي البرغي ويقلل بشكل كبير من متطلبات الصيانة. فالبرغي المغلق محمي من دخول الغبار والحطام، ويمكنه الحفاظ على الأداء الأمثل والموثوقية دون الحاجة إلى تنظيف دوري.

في هذا النظام، يمكن تزويد العربة بقنوات مثقوبة وتوصيلها بحلمة تشحيم. يتيح ذلك التشحيم 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.