تُعدّ أتمتة الآلات جزءًا بالغ الأهمية من الأتمتة الصناعية. وتتناول هذه الأتمتة العمليات التي تُمثّل أنشطة إنتاجية حقيقية بسرعة ودقة عاليتين، مثل آلات تعبئة الزجاجات، وآلات التغليف، وآلات وضع الملصقات، وغيرها. وتُسمى العمليات التي تُعنى بالعدّ الفعلي للمنتجات بعمليات أتمتة الآلات.

يُعدّ التحكم في الحركة جزءًا أساسيًا من أتمتة الآلات، إذ يُتيح التحكم المباشر والمستمر في حركة الأجزاء الميكانيكية. ويؤدي هذا التحكم إلى إنتاج دقيق للمخرجات المطلوبة. وينقسم التحكم في الحركة بشكل رئيسي إلى فئتين: خطي ودوراني.

ما هي الحركة الخطية؟

كما يوحي الاسم، الحركة الخطية هي حركة يتحرك فيها جزء ميكانيكي في خط مستقيم. على سبيل المثال، لنفترض أن لديك آلة تقطيع. لنفترض أن لديك كعكات شوكولاتة في مصنعك. في خط الإنتاج، تريد تقطيع الكعكات بانتظام إلى قطع أصغر. يتم التحكم في آلة التقطيع باستمرار لتقطع في اتجاه رأسي. هذه هي الحركة الخطية.

تشمل الاستخدامات الشائعة الأخرى المحركات الخطية، والموجهات، والمحامل، والمشغلات. دعونا نلقي نظرة على الأنواع المختلفة من المنتجات الفعلية المستخدمة في الحركة الخطية، مما سيساعدك على فهم المفهوم بشكل أفضل.

أجهزة الحركة الخطية

المُشغِّل هو جهاز يعمل بالهواء المضغوط، فعند تزويده بالكهرباء، يسحب الهواء لدفع نفسه وإنجاز المهمة. وعند فصل الكهرباء، يقطع تدفق الهواء ويعود إلى وضعه الأصلي. هذا هو التعريف الأساسي للمُشغِّل.

مشغل خطي

المحرك الخطي، كما يوحي اسمه، يتحرك في خط مستقيم ويؤدي الوظيفة المطلوبة عند تشغيله. عند التحرك في خط مستقيم، يجب مراعاة حركة المحورين X وY. يمكن للمحرك أن يتحرك إما في اتجاه المحور X أو في اتجاه المحور Y. لذا، عند تصميم واستخدام المحرك الخطي، من الضروري مراعاة هذا العامل. بالإضافة إلى هذين الاتجاهين، يتوفر المحرك الخطي أيضًا في اتجاه المحور Z.

عند برمجة مشغل خطي، يجب تحديد ما إذا كان سيتحرك في اتجاه واحد أو في اتجاهات متعددة في آن واحد. هذا مهم لتحديد متانة المشغل الميكانيكية وموثوقيته ودقته. تتحرك المشغلات الخطية غالبًا على عربة أو سكة، لذا يجب مراعاة ذلك أيضًا حسب التطبيق.

مشغلات لولبية كروية

تعمل مشغلات اللولب الكروي على اللوالب الميكانيكية من خلال محامل كروية دوارة. يتحرك اللولب باستمرار مع إعادة التدوير، مما يساعده على الدوران في اتجاه مستقيم بسرعة وكفاءة.

تتحرك المجموعة بأكملها على عمود ملولب، محولةً الحركة الدورانية إلى حركة خطية. توفر هذه المجموعة عزم دوران عالٍ وتعمل باحتكاك منخفض، مما يقلل من وقت التوقف ويقلل من الحرارة المتولدة أثناء الحركة.

مشغلات محرك الحزام

تُعدّ المحركات ذات ناقل الحركة بالحزام ابتكاراً آخر في تكنولوجيا الحركة الخطية. وهي تعمل بنفس طريقة نظام الحزام الناقل، عبر حزام توقيت متصل بين بكرتين دائريتين.

عندما ترى سير ناقل يتحرك بشكل خطي بين موضعين، فإن هذه التقنية تعمل بنفس الطريقة في مشغل السير. يتم تغليف محرك السير داخل هيكل من الألومنيوم، وتتحرك عربة نقل الأحمال فوقه على طول قضبان.

العوامل التي يجب مراعاتها في الحركة الخطية - بعض العوامل المهمة نناقشها أدناه.

قوة

كما ذُكر سابقاً، يمكن أن تتحرك الحركة الخطية إما على محور واحد أو على محاور متعددة. ويمكن للجسم إما أن يحمل حملاً أو أن يتحرك بحرية لتنفيذ مهمة أخرى.

تُعدّ القوة، على أي حال، عاملاً بالغ الأهمية في اختيار الجهاز المناسب. فبناءً على وزن الحمولة (إن وُجدت) أو سرعة الوصول المطلوبة إلى الوجهة، تلعب القوة دوراً محورياً. كما تُساعد القوة في تحديد مقدار الاحتكاك اللازم لإنجاز تلك المهمة.

سرعة

يلعب الوقت دورًا بالغ الأهمية في أتمتة الآلات. فبما أنك تُنتج شيئًا ما، فإن تباطؤ معدل الإنتاج يُفقد الآلة جدواها. لذا، تُحدد السرعة المقترنة بالقوة مقدار الطاقة التي يحتاجها الجهاز للعمل. فإذا كان قادرًا على حمل وزن كبير، ولكنه يعمل ببطء، فسيعيق ذلك عمليات الإنتاج بشكل كبير.

كذلك، عند أخذ السرعة في الاعتبار، يجب مراعاة عاملين زمنيين: زمن التسارع وزمن التباطؤ. فإذا كان مطلوبًا التباطؤ بسرعة، يجب أن يكون الجهاز قادرًا على التباطؤ تدريجيًا دون أي اهتزاز أو فقدان للاحتكاك. وينطبق الأمر نفسه على زمن التسارع.

باختصار، يجب الحرص على ألا يتعطل الجهاز مع أي وقت محدد (على الرغم من أن كل جهاز له حدوده في الوقت المحدد، إلا أنه يجب على الأقل أن يعمل بشكل صحيح في نطاقه المحدد).

طول الشوط

عند العمل مع المحركات الخطية، يجب معرفة مدى حركتها. لكل نوع من أجهزة الحركة الخطية نطاق أطوال شوط خاص به. كلما زاد طول الشوط، زادت مرونة التحكم في الجهاز.

وذلك لأنك تحصل على نطاق وصول أفضل للمنتج النهائي ويمكنك التفكير على نطاق واسع في وضع الآلة على مسافة معينة؛ بحيث تحصل على مساحة أكبر لوضع شيء آخر.

دورة التشغيل

عند تشغيل جهاز الحركة الخطية وإيقافه بشكل متكرر، فإنه يتمتع بعمر افتراضي محدد من حيث المتانة والصلابة. ويُحدد معدل التشغيل عدد مرات تشغيل الجهاز يوميًا أو سنويًا دون أي أعطال. ببساطة، هو معدل تكرار تشغيل الجهاز.