ان ثمة امور مهمة يجب مراعاتها عند اختيار الفرملة المناسبة للتطبيق محل التصميم لأن الفرملة مكون اساسى من مكونات الماكينات المستخدمة فى الكثير من التطبيقات مثل تطبيقات التحكم الآلى أو التطبيقات الطبية أو المصاعد والسلالم المتحركة أو الانسالات (ربوتات) أو غيرها من التطبيقات الصناعية لذا نحاول فى هذه التدوينة تيسير عملية الاختيار من خلال توضيح بعض المعلومات المهمة فى هذا الخصوص
معظم المكابح المتوفرة اليوم تنتمى الى فئة الفرامل المدفوعة بالنوابض (الزنبركات أو السوست) وهى تولد عزم الكبح باستخدام آلية ضغط الزنبركات على سطح الإحتكاك الذى يلتصق بالعضو الدوار لايقافه ويمكن فك الفرملة عن طريق تحرير سطح الاحتكاك من ضغط الزنبركات بواسطة آلية كهرومغناطيسية أو هيدروليكية أو بنيوماتيكية (هوائية) كما ان هناك نوعية اخرى من الفرملة والتى تعتمد على تقنية المغناطيس الدائم والتى تعمل بطريقة مختلفة قليلاً لأنها لا تستخدم آلية النوابض على الإطلاق وبدلا من ذلك تعتمد على قوة المغناطيس الدائم لتطبيق الضغط على سطح الاحتكاك ويتم تحرير هذه النوعية الفرامل عن طريق إلغاء خارج مجال المغناطيس الدائم بتطبيق الجهد/التيار على ملفات الفرامل لإنشاء فيض مغناطيسي
لأختيار الفرملة المناسبة للتطبيق فإنه ينبفى النظر الى بعض العوامل والمحددات المهمة مثل العزم والطريقة الانسب لفك الفرملة وطبيعة الاستخدام فهل سنستخدم الفرملة للتوقيف اثناء الحركة أو لإمساك الحمل وتثبيته بعد التوقف وكذا السرعة والحجم وزمن التفاعل ورد الفعل وبيئة التشغيل ومتطلبات الطاقة والمتطلبات الخاصة بالتطبيق نفسه
العزم
الخطوة الأولى في اختيار الفرامل المناسبة هي تحديد العزم المطلوب في التطبيق. عادة في مكان ما تحت 20000 رطل قدم ، تصبح الفرامل النابضة الكهربائية خيارا. وهي غالباً ما تكون الخيار المفضل لتطبيقات عزم الدوران المنخفض لأن التكلفة هي المحرك الرئيسي. بالنسبة إلى التطبيقات ذات عزم الدوران الأعلى ، فإن الفرامل الهيدروليكية والهوائية غالباً ما تكون أكثر ملاءمةيمكن أن تحقق الفرامل الهيدروليكية والهوائية بسهولة عزم يصل إلى 20،000 إلى 500000 رطل قدم وقد تكون هذه المكابح الكبيرة إما على هيئة فرملة متعددة الأقراص أو على شكل سرج جانبى وتكون أقراص الاحتكاك قابلة للاستبدال وتميل الفرامل الهوائية أو الهيدروليكية إلى أن تكون أفضل لإيقاف الأحمال عالية القصور الذاتي ونظرًا لأنه من السهولة التحكم في قوتها فإنها يمكن أن تعطي توقفًا مناسبا للتطبيقات ذات التحميل العالي
الطريقة الانسب لتحرير الفرملة
الخطوة التالية هي تحديد أي من خيارات تحرير الفرامل ستكون متاحة وفي متناول اليد فقد يوجد مصدر كهرومغناطيسى أو هيدروليكي أو هوائي ولكننا بحاجة الى التحقق من ايى منهم يوفر الضغط اللازم لتحرير الفرامل وفى نفس الوقت يتناسب مع بيئة التطبيق ومع باقى المكونات والاجهزة الملحقة
على سبيل المثال فإن مصاعد الجر لا تحتوى فى الغالب على اجهزة هيدروليكية أو هوائية للتحريك فتصبح هنا الفرملة الكهروميكانيكية الخيار الامثل ولكن فى مصاعد الهيدروليك أو البنيوماتيك فإنها تحتوى على صمام كهروميكانيكى يتحكم فى التحريك والايقاف فهنا لسنا بحاجة الى فرملة اخرى تضاف للمحرك
طبيعة استخدام الفرملة
يوجد اختلاف كبير بين الفرامل المطلوبة لإيقاف حركة الحمل والفرملة المستخدمة فى امساك الحمولة اثناء فترات الانتظار ومصدر الاختلاف الرئيسى هو مقدار الطاقة المرتبط بكل نوع فمقدار الطاقة الممتصة سيحدد مقدار التآكل الذى سيحدث بالتالى يحدد العمر الافتراضى للفرملة ويمكن تعيين مقدار الطاقة من العلاقة التالية:E = (1/2) mv2
إلى
[(Ee = (M*v2*td)/[182*(td+tl
حيث Ee = الطاقة لكل امساك للفرملة ؛ M = القصور الذاتي ؛ v = السرعة td = العزم الديناميكي و tl = عزم الحمل
ثم نستخدم الطاقة لكل مشاركة من الفرملة ونضعها في التعبير الدائرى التالى :
L = v / Ee * w
حيث L = دورة حياة الفرملة ؛ v = منطقة الاحتكاك الكلية ؛ و w = معدل التآكل.
ان زيادة مساحة التآكل إما عن طريق القطر أو من خلال عدد الأقراص سيزيد من إجمالي العمر الافتراضى للفرملة كما يلاحظ من المعادلات السابقة ان زيادة السرعة يمكن أن يزيد بشكل كبير من الطاقة المولدة وإذا كانت السرعة أو كثافة الاستخدام مرتفعة فلن تتمكن الفرملة من تبديد الحرارة فى هذه الحالة
الفرامل الكبيرة ستساعد على تبديد الطاقة الحرارية لكن يختلف الوقت الذي تشتغل فيه الفرامل من تطبيق لآخر فعلى سبيل المثال يؤدي استخدام المحرك لإبطاء الحمل قبل إشراك الفرامل إلى تقليل السرعة الذى بدوره سيقلل من كمية الطاقة التى ستحتاج الفرملة الى كبحها
بمجرد حساب القصور الذاتي إلى جانب سرعة التشغيل والوقت المطلوب للتوقف يمكن عندئذ حساب إجمالي عمر الفرامل وإذا كانت متطلبات القصور الذاتي والسرعة أو كثافة الاستخدام عالية فقد تضطر إلى اختيار الفرامل ذات العزم الأكبر من أجل توفير حياة اطول لها
بالنسبة للفرامل التي تستخدم فقط لإمساك الحمل وتثبيته فى المكان سيكون الحساب أكثر بساطة فسنركز بدقة على العزم المطلوب لامساك الحمل عندما تكون الآلة متوقفة والقاعدة الإرشادية الجيدة هي أن العزم المطلوب لتثبيت الحمل سيكون أقل من عزم دوران المحرك المطلوب لتسريع الحمل لأنه في حالة ثابتة ويساعد احتكاك النظام على الحفاظ على المكون الثابت وطالما أن التحميل الإضافي لا يحدث بعد توقف الدوران ، فإن الحجم المعتاد للفرامل استنادًا إلى عزم دوران المحرك سوف يلبي معظم المتطلبات - على افتراض أن الفرامل مركبة على عمود المحرك
في بعض تطبيقات الطوارئ قد تكون هناك حاجة إلى الفرامل لإجراء وظيفة التوقف في حالات الطوارئ فيمكن للفرامل الماسكة للحمل فقط ولعدد مرات قليلة القيام بذلك لأنها لا تستطيع القيام بذلك بدون حدوث اضرار أو تسارع تآكل لأسطح الاحتكاك مع الاخذ فى الاعتبار ان حجم الفرامل التى تستخدم فقط للامساك يكون على النصف من حجم فرامل التوقيف والامساك
السرعة
بالنسبة إلى تطبيقات التوقيف والامساك فإن القصور الناتج عن التباطؤ الذى تسببه الفرملة إلى جانب السرعة سيحدد مقدار الطاقة التي يتم توليدها لكل دخول للفرملة اما في التطبيقات التى يتم فيها امساك الحمل فقط فتظل السرعة عاملاً مهمًا ليس لحساب الطاقة ولكن لمعرفة ما إذا كان قرص الفرامل يمكن أن تصمد أمام سرعة تشغيل التطبيق فهناك بعض التطبيقات الحركية عالية السرعة بما يزيد عن 10000 دورة في الدقيقة لذلك يجب أن يكون قرص الفرامل قادرًا على تحمل هذه السرعةالحجم
على الرغم من أن المكابح الهيدروليكية والهوائية يمكن أن توفر بشكل جيد نسبة عزم صحية إلى معدل الحجم إلا انها تكون قليلة المنفعة عند استخدامها في التطبيقات ذات العزم المنخفض ولكن في مثل هذه التطبيقات تصبح المكابح الكهرومغناطيسية الخيار الأفضل هذا وتوفر مجموعة الفرامل الكهرومغناطيسية خيارين: الفرامل التقليدية المدفوعة بالنوابض والفرامل ذات المغناطيس الدائم ويصلح كلا من هذين الخيارين لكلا من التوقيف والامساك فى نفس الوقت ولكن هناك مميزات لكل خيارتبدو مميزات مجموعة الفرامل المدفوعة بالنوابض فى انخفاض تكلفتها ولا تحتاج الى تحكم خاص وتكون اقل حساسية للحرارة اما فرملة المغناطيس الدائم فتتميز بانخفاض حجمها بالنسبة الى معدل عزمها بالاضافة الى امكانية التحكم فى قوتها للحصول على وقفة ناعمة
رد الفعل
رد الفعل العكسي في الفرامل الكهرومغناطيسية هو مقدار الحركة التي تحدث فراغا بين محور الحركة و جسم او قرص الاحتكاك الذى يتحرك ذهابا او ايابا اثناء تعشيق او تحرير الفرملة ففي الفرامل الكبيرة المدفوعة بالنوابض لن تكون ردة الفعل مصدر قلق ولكن فى التطبيقات ذات العزم المنخفض التى تتطلب دقة كبيرة ستصبح ردة الفعل مشكلةتتحرك الفرامل متعددة الأقراص على شريحة بحيث لا يمكن أن تكون ردة الفعل صفر كما أن كما يصعب الحصول على ذلك فى مكابح السرج فعلى الرغم من أن جسم الحاوية الخاص بها يمكن تثبيته بشكل دائم على العمود الا ان مساندها يجب ان تكون على محاور تتحرك عليها حركات محورية وقطرية طفيفة من ثم ينشأ رد فعل بين هذه المكونات
 |
| فرامل السرج |
الفرامل ذات صفر-رد فعل قد تكون مطلوبة في تطبيقات الأتمتة عالية الدقة وإذا كان الجهاز لديه إيقاف طارئ أثناء دورة التشغيل لن يتم فقدان التسجيل والموقع ويمكن للجهاز استئناف وظيفته عند بدء التشغيل كما ان العديد من المكابح الكهرومغناطيسية وبعض الفرامل الهوائية لها خيارات رد فعل صفر
بيئة التشغيل
يعتبر فى جميع التطبيقات من الأهمية بمكان حماية الفرامل من التلوث بمواد التشحيم ويمكن تشغيل الفرامل الهيدروليكية والهوائية الكبيرة في البيئات الخارجية وتكون معظم الفرامل القياسية غير معزولة لذلك يجب أن يتم تغليفها في نوع ما من الحاويات أو الاغطية لمنع التلوثمع ذلك يتم تصميم بعض الفرامل الخاصة لتكون مغلقة تمامًا ففي تطبيقات التشغيل الآلي للمصانع أو الماكينات يجب تغطية الفرامل لمنع رزاز الزيت من تلويث سطح الاحتكاك اما في حالة استخدام الفرامل الكهرومغناطيسية في البيئات الخارجية فسيكون إغلاق الفرامل ضروريًا لمنع الاسطح الاحتكاكية من امتصاص الماء فإذا كانت ملوثة فيمكن أن تنتفخ اسطح الاحتكاك مما يتسبب في تثاقل وبطئ في النظام
تصمم معظم الفرامل لتعمل على نطاق واسع جدًا من درجة الحرارة وعادة ما يتم تثبيت الفرامل الكهرومغناطيسية على الجزء الخلفي من المحركات ولذلك يجب أن يكون لسلك المغناطيس الموجود في الفرامل معدل تصنيف عزل عالي بما يكفي لتحمل درجات حرارة التشغيل العالية للمحرك
متطلبات الطاقة
تحتاج الفرامل الهيدروليكية والهوائية المدفوعة بالنوابض إلى ضغط ثابت لتصغير النوابض وتعمل المكابح الكهرومغناطيسية عادة باستخدام ملفات التيار المستمر 24 أو 90 فولت وعندما يتم تحرير الفرامل سيتم تطبيق الضغط الهيدروليكي أو الهوائي أو تغذية الملفات الكهرومغناطيسية بشكل مستمريمكن ان يكون استهلاك الطاقة فى الفرامل الكهرومغناطيسية مصدر قلق ولكن الجهد / التيار لملفات الفرامل سيتم تخفيضه بعد فتح الفرامل لان معظم القوة المطلوبة لتحرير الفرامل الكهرومغناطيسية هي في تحرير ضغط النوابض على سطح الاحتكاك وبمجرد أن يحدث ذلك الملف فإنها تحتاج قوة أقل بكثير من المجال المغناطيسي لتثبيتها في مكانها اعتمادا على حجم الفرامل ويمكن أن تصل إلى نصف متطلبات الطاقة العادية
يمكن لمصنعي الآلات أن يعتمدو على جهد منخفض لتقليل استهلاك الطاقة الكلي للجهاز كما تقدم بعض الشركات المصنعة للفرامل تحكمًا منفصلًا بالفرامل يخفض الطاقة تلقائيًا اللازمة للفرامل
زمن الاستجابة / التحكم
إن التحكم في الضغط في المكابح الهوائية والهيدروليكية سهل نسبيًا ولذلك يمكن التحكم بسهولة في قوة الفرملة المطبقة فمن الممكن ضبط وقت التوقف حتى لا تتلف الماكينة أو المكونات الماكينة عند حدوث التوقف القاسياما المكابح الكهرومغناطيسية فلا يوجد الكثير منما يمكن القيام به لتعديل وقت الاستجابة ومع ذلك يمكن تطبيق بعض الحيل حيث يمكن تحقيق زمن تحرير أسرع من خلال التحكم في الإثارة بتطبق الجهد العالي على الملف لزيادة سرعة بناء المجال المغناطيسي ويمكن استخدام دارة زينر دايود لتسريع تدفق المجال المغناطيسي من أجل فتح الفرامل بشكل أسرع (تسمح صمامات الزينر بتدفق كهربائي عادي ولكن عند الوصول إلى "جهد الزينر" ، فإنها تسمح بتدفق التيار الكهربائي في الاتجاه المعاكس)
المكابح ذات المغناطيسي الدائم قادرة على التحكم في المجال المغناطيسي بحيث يمكنك التحكم في عزم الكبح للحصول على وقفة أكثر ليونة وهذا مهم للتطبيقات الحساسة مثل تطبيقات النقل بأنواعها سواء المصاعد أو السلالم أو نقل المنتجات اثناء التصنيع
طلعت عتمان
ليست هناك تعليقات: