مكبس كهربائي: محرك ومسمار

مبدأ عمل مكبس كهربائي تعتمد هذه الآلة على الطاقة الكهربائية. فمن خلال محركات مؤازرة وأنظمة نقل ميكانيكية دقيقة، تُحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. وتستخدم نظام تحكم رقمي للتحكم بدقة في زاوية الثني وعمقه وسرعته. وبالمقارنة مع آلات الثني الهيدروليكية، تُعدّ مكبس الثني الكهربائي أكثر صداقة للبيئة، وأقل استهلاكًا للطاقة، وأعلى دقة، وأقل ضوضاء، وأقل تكلفة صيانة نسبيًا. وهي مناسبة للثني الدقيق للصفائح الرقيقة، وتُستخدم على نطاق واسع في معالجة الصفائح المعدنية وتصنيع المنتجات الإلكترونية، وغيرها. يقوم نظام التحكم، وفقًا للبرنامج المُعد مسبقًا أو تعليمات المشغل، بتحريك المحرك لتحريك المنزلق لأعلى ولأسفل، مما يُحقق ثنيًا دقيقًا للصفائح المعدنية. وتكمن ميزة محرك الدفع في دقة التحكم وقابليته للتكرار، مما يضمن نتائج ثني عالية الجودة.

المكونات الأساسية لفرامل الضغط الكهربائية:

محرك سيرفو: يُوفر مصدر الطاقة، ويُحقق التحكم في الموضع والزاوية أثناء عملية الثني من خلال التحكم الدقيق في خرج الطاقة. وتُعد سرعة الاستجابة العالية ودقة محرك السيرفو عاملاً أساسياً لضمان جودة الثني.
قضبان التوجيه والمنزلقات: ضمان حركة سلسة ودقيقة لرأس الثني أو طاولة العمل، وضمان استقرار الاتجاه والموضع أثناء الثني.
نظام النقل الميكانيكي (البرغي، التروس، الحزام المتزامن، إلخ): يحوّل هذا النظام الحركة الدورانية للمحرك إلى حركة خطية، مما يسمح لرأس الثني بالتحرك لأعلى ولأسفل. ويضمن نظام النقل عالي الدقة دقة زاوية الثني.
انحناء الرأس: الجزء الذي يقوم فعلياً بعملية الثني، من خلال التثبيت الميكانيكي وثني الصفائح المعدنية.
نظام التحكم (نظام CNC): واجهة التشغيل ووحدة التحكم الذكية، والتحكم في محرك المؤازرة وفقًا لبرنامج مُعد مسبقًا أو أمر يدوي لتحقيق انحناء دقيق.
لوحة العرض/واجهة التشغيل: يسهل على المشغلين ضبط المعلمات، ومراقبة حالة الانحناء، وتعديل البرنامج، وما إلى ذلك.
المستشعر: مراقبة في الوقت الحقيقي لزاوية الانحناء والموضع والضغط والمعلمات الأخرى، وتقديم التغذية الراجعة إلى نظام التحكم من أجل التعديل الديناميكي وضمان دقة الانحناء.
نظام إمداد الطاقة: مصدر طاقة لضمان التشغيل المستقر لمختلف المكونات الإلكترونية.

مزايا مكابس الثني الكهربائية:

حماية البيئة وتوفير الطاقة: لا تتطلب مكابس الثني الكهربائية زيتًا هيدروليكيًا، مما يقلل من تلوث الزيت، وهي أكثر ملاءمة للبيئة.
انخفاض استهلاك الطاقة، وكفاءة عالية في تشغيل المحرك، مما يساهم في خفض تكاليف التشغيل بشكل فعال.
دقة عالية وقابلية تكرار جيدة: بفضل استخدام محركات السيرفو وأنظمة التحكم الرقمي الحاسوبي، يمكن تحقيق دقة أعلى في زاوية الانحناء وموضعه وعمقه. وتتميز دقة الانحناء المتكرر بالثبات، مما يجعلها مناسبة للمعالجة على دفعات.
سهولة الاستخدام: نظام التحكم سهل الاستخدام، وواجهة التشغيل سهلة، والتشغيل مريح.
بفضل البرامج الآلية، يمكنه تحقيق تصحيح الأخطاء السريع والتشغيل التلقائي متعدد العمليات.
تكلفة صيانة منخفضة: يتميز الهيكل الميكانيكي بالبساطة، حيث يخلو النظام الهيدروليكي من الأجزاء الحساسة كدوائر الزيت والصمامات اللولبية، مما يسهل الصيانة. كما يقلل من مشاكل تسرب الزيت ويطيل عمر المعدات. يتميز أيضاً بانخفاض مستوى الضوضاء أثناء التشغيل، مما يحسن بيئة العمل.
سرعة استجابة عالية: يتميز المحرك المؤازر بقدرة استجابة سريعة، وسرعة انحناء عالية، وكفاءة إنتاج محسّنة.
مستوى أمان أعلى: يحتوي نظام التحكم الإلكتروني على العديد من تدابير الحماية الأمنية لتحسين سلامة العمل.

أهمية اختيار محرك المؤازرة:

حركة الانحناء أثناء القيادة: يُوفر المحرك المؤازر طاقة دقيقة لآلة الثني، ويتحكم في حركة القوالب العلوية والسفلية أو القوالب اليمنى واليسرى، ويُنفذ عملية ثني الصفائح المعدنية. وتُعد طريقة التشغيل هذه أكثر حساسية ودقة من النظام الهيدروليكي التقليدي.
التحكم الدقيق في الموضع: يمكن للمحرك المؤازر تحقيق تحكم دقيق في الزاوية والموضع، وضمان دقة زاوية الانحناء، وتلبية احتياجات عمليات الانحناء المعقدة أو عالية المتطلبات.
تحقيق استجابة سريعة وتعديل فوري: بفضل قدرة نظام المؤازرة على الاستجابة عالية السرعة، يمكن تعديل موضع القالب والضغط بسرعة أثناء عملية الثني، مما يحسن كفاءة الإنتاج وجودة الثني.
استعادة الطاقة وتوفير الطاقة: في بعض التصاميم، يمكن لنظام المؤازرة استعادة الطاقة أثناء الحركة، وتقليل استهلاك الطاقة، وتحسين كفاءة الطاقة الإجمالية.
تبسيط الهيكل الميكانيكي والصيانة: يؤدي استخدام المحركات المؤازرة بدلاً من الأنظمة الهيدروليكية إلى تقليل تعقيد الزيت الهيدروليكي ودوائر الزيت، ويقلل من تكاليف الصيانة ومخاطر فشل المعدات.

استراتيجية تحسين مكبس الفرامل الكهربائي:

1. اختر مكونات محرك عالية الأداء
   محرك سيرفو: اختر محرك سيرفو يتميز بسرعة استجابة عالية وعزم دوران ثابت لضمان دقة واستجابة ديناميكية للحركة.
   آلية النقل: استخدم مكونات نقل عالية الصلابة ومنخفضة الخلوص، مثل حبل السلك، أو برغي الكرة، أو الحزام المتزامن، أو نقل التروس، لتقليل خطأ النقل.
2. استخدم بنية نقل دقيقة
   برغي كروي: يتميز بكفاءة عالية ودقة عالية، مما يساعد على تحقيق حركة سلسة ودقيقة.
   الحزام أو السلسلة المتزامنة: عند استخدامها لنقل الحركة لمسافات طويلة، فإنها تحسن كفاءة النقل ومتانته.
   دليل خطي: ضمان استقامة مسار الحركة وتقليل الانحراف.
3. صمم جهاز تخفيض معقول
   استخدم مخفض عزم دوران فعال لضمان نقل عزم دوران مستقر مع تقليل فقد الطاقة.
   اختر نسبة تروس مناسبة لمراعاة متطلبات السرعة وعزم الدوران.
4. تعزيز إجراءات الصلابة وامتصاص الصدمات
   تعزيز الصلابة في التصميم الهيكلي للحد من الاهتزاز والتشوه.
   أضف هيكلًا للتخميد في الأجزاء الرئيسية لتقليل الاهتزاز أثناء الحركة.
5. التحكم المتكامل ذو الحلقة المغلقة
   استخدم أجهزة التشفير وأجهزة الاستشعار لتحقيق التحكم في التغذية الراجعة، وضبط معلمات الحركة في الوقت الفعلي، وضمان دقة زوايا الانحناء.
   اعتماد خوارزميات تحكم متقدمة (مثل PID، والتحكم التنبؤي بالنموذج، وما إلى ذلك) لتحسين مسار الحركة.
6. تحسين التشحيم والصيانة
   قم بتشحيم مكونات ناقل الحركة بانتظام لتقليل الاحتكاك والتآكل.
   صمم هيكلاً يسهل صيانته ويسهل اكتشاف واستبدال المكونات الرئيسية فيه.
7. المحاكاة والاختبار الرقمي
   قم بإجراء محاكاة الحركة من خلال برنامج CAD/CAM لتقييم أداء نظام النقل مسبقًا.
   قم بإجراء تحليل ديناميكي قبل التصميم الفعلي لتحسين معلمات النقل.

كيفية اختيار قضيب البرغي لمكبس الثني الكهربائي؟

اختيار برغي مكبس كهربائي يجب مراعاة خصائص الحمل، ومتطلبات الدقة، ومعايير الحركة، والتصميم الهيكلي للمعدات بشكل شامل. فيما يلي عملية اختيار مفصلة وأهم النقاط:

1. توضيح المعايير الأساسية لاختيار البراغي

• تحليل الأحمال
  الحمل المحوري: يتم تحديده بواسطة قوة الانحناء، ومن الضروري حساب القوة المحورية (Fₐ) لأقصى قوة انحناء تنتقل إلى البرغي من خلال الهيكل الميكانيكي.
  مثال: إذا كان أقصى ضغط لآلة الثني هو 100 كيلو نيوتن وكفاءة النقل الميكانيكي هي 80%، فإن الحمل المحوري للبرغي Fₐ = 100 كيلو نيوتن / 80% = 125 كيلو نيوتن.
  الحمل الشعاعي: الناتج عن وزن الأجزاء المتحركة مثل المنزلقات والقوالب والأحمال اللامركزية، من الضروري تجنب تشوه الانحناء للبرغي بسبب القوة الشعاعية.
  الحمل الديناميكي: يجب مراعاة قوة القصور الذاتي أثناء التسارع/التباطؤ (F=ma)، وكتلة المنزلق (m)، والتسارع الأقصى (a).
• متطلبات الدقة
  دقة تحديد الموضع: عادة ما تكون دقة زاوية الانحناء لآلة الانحناء بالنسبة لقطعة العمل في حدود ±0.5 درجة، ويجب أن تصل دقة تحديد الموضع المقابلة للبرغي إلى 0.01~0.05 مم/1000 مم (مثل برغي كروي من الدرجة C7).
  التكرارية: تؤثر على اتساق قطعة العمل. يُنصح باختيار لولب ذي تكرارية ≤ ±0.005 مم.
• معلمات الحركة
  السرعة القصوى (v): يتم تحديدها من خلال كفاءة الإنتاج، على سبيل المثال، السرعة القصوى للنزول للمنزلق عادة ما تكون 100 ~ 200 مم / ثانية.
  التسارع (a): يؤثر على الاستجابة الديناميكية، بشكل عام 500 ~ 1000 مم/ث²، وتتطلب الطرازات عالية السرعة قيمًا أعلى.
  الرصاصة (P): كلما زاد طول الرصاصة، زادت السرعة، ولكن زاد عزم الدوران المطلوب. الرصاصة الشائعة الاستخدام تتراوح بين 10 و20 مم.

2. اختيار نوع البرغي: برغي كروي مقابل برغي شبه منحرف

التوصية: يفضل استخدام برغي كروي في مكابس الثني الكهربائية لأنه يلبي متطلبات الدقة العالية والكفاءة العالية.

1. حدد قطر البرغي (d₀)
   استنادًا إلى الحمل المحوري Fₐ، يُرجى الرجوع إلى صيغة الحمل الديناميكي المقنن للبرغي الكروي (Cₐ): Ca​=Fa​×31000L​​×fw​×fh​
   أين:
   L هو العمر المتوقع (مم)، ويتراوح عموماً من مليون إلى 5 ملايين مم؛;
   f_w هو عامل الحمل (1.5 ~ 2.5 لحمل الصدم)؛;
   f_h هو عامل الصلابة (1 لصلابة لولب الكرة ≥58HRC).
   مثال: إذا كانت Fₐ=125kN، L=3 مليون مم، f_w=2، فإن Cₐ=125×√[3]{3000}×2≈125×14.4×2=3600kN، ويجب اختيار برغي بحمل ديناميكي مصنف ≥3600kN (مثل برغي كروي بقطر 63 مم وخطوة 20 مم).
   2. تحقق من السرعة الحرجة والاستقرار
   السرعة الحرجة (n_c): لتجنب الرنين أثناء التشغيل بسرعات عالية، الصيغة هي: nc=L2997×d02
   حيث L هي المسافة بين دعامات البراغي (مم)، ومن الضروري التأكد من أن السرعة الفعلية n < n_c (عمومًا n < 0.8n_c).
   الاستقرار المحوري: عندما تكون نسبة العرض إلى الارتفاع (L/d₀) كبيرة، يجب فحص حمل الانبعاج لتجنب انضغاط البرغي وانحنائه.
   3. قم بمطابقة نسبة المحرك وناقل الحركة
   عزم دوران المحرك (T): صيغة الحساب هي: T=2π×ηFa×P+Tf
   حيث η هي كفاءة البرغي (0.9 للبرغي الكروي)، و T_f هو عزم الاحتكاك (حوالي 0.1 ~ 0.2 ضعف عزم الحمل).
   نسبة النقل (i): إذا كانت السرعة القصوى للمحرك هي n_m، فيجب أن تحقق المعادلة التالية: i=v×60nm×P
   مثال: v=150 مم/ث، P=16 مم، n_m=3000 دورة في الدقيقة، ثم i=3000×16/(150×60)=5.33، ويمكن اختيار نسبة التخفيض i=5.
2. مستوى الدقة وطريقة التحميل المسبق
   وفقًا لمعايير ISO، فإن المستويات C5~C7 مناسبة لآلات الثني العامة، والمستويات C3 مناسبة لآلات الثني الدقيقة.
   طريقة التحميل المسبق: يمكن للتحميل المسبق للصامولتين أن يزيل الفجوات، ويحسن الصلابة، وهو مناسب للسيناريوهات عالية الدقة؛ أما الصامولة المفردة بدون تحميل مسبق فتتميز بتكلفتها المنخفضة، ولكن يوجد بها فجوة.

النقاط الرئيسية للتصميم الهيكلي والتركيب

1. طريقة الدعم: مثبت من كلا الطرفين (أعلى صلابة، مناسب للبراغي الطويلة)، مثبت من طرف واحد + مدعوم من طرف واحد (هيكل بسيط، مناسب للبراغي المتوسطة والقصيرة).
2. التشحيم والحماية: يجب دهن برغي الكرة بانتظام بشحم الليثيوم أو استخدام نظام تشحيم تلقائي، ويجب تركيب غطاء واقٍ من الغبار (مثل المنفاخ أو غطاء الحزام الفولاذي) لمنع دخول الغبار والتأثير على عمره.
3. تعويض التمدد الحراري: يجب مراعاة الاستطالة الناتجة عن تغيرات درجة الحرارة في البرغي الطويل، ويمكن تركيبه عن طريق الشد المسبق أو ترك فجوات تعويضية.

مرجع حالة الاختيار

الموديل: مكبس كهربائي 70 طن، طول طاولة العمل 2 متر، دقة تحديد المواقع ±0.03 مم.
اختيار البرغي: برغي كروي ملفوف (أقل تكلفة من البرغي الأرضي، ويلبي الدقة العامة)، القطر × الخطوة: 50 مم × 16 مم، مستوى الدقة: C7، طريقة الدعم: مثبت من كلا الطرفين + شد مسبق بصامولة مزدوجة؛ توافق المحرك: محرك سيرفو بقوة 7.5 كيلو واط، نسبة التخفيض i = 4، السرعة القصوى 2000 دورة في الدقيقة، يلبي سرعة المنزلق 200 مم/ثانية.

احتياطات

1. تقلب الحمل: الحمل ليس ثابتًا أثناء عملية الانحناء، لذلك يجب اختيار النموذج وفقًا للحمل الأقصى ويجب مراعاة عامل الأمان (1.5 ~ 2 مرة).
2. مطابقة الصلابة: يجب تنسيق صلابة قضيب البرغي مع صلابة الإطار والمنزلق لتجنب فقدان الدقة بسبب تشوه قضيب البرغي.