Table of Contents
فهم نسب الانتقال إلى الخدمة المتغيرة
وتسمح نسب الانتقال المتغيرة للآلات بتغيير العلاقة بين سرعة المدخلات وتسارع الإنتاج بصورة دينامية، والقدرة التي تميزها عن صناديق معدات ثابتة - خلافا للنظم التقليدية التي تغلق الآلية على نسبة واحدة من المعدات، تتيح الانتقالات المتغيرة التكيف المستمر أو المتدرج بما يتناسب مع المتطلبات التشغيلية المتغيرة، والمزايا الأساسية هي القدرة على مطابقة أكثر مناطق تشغيل مصدر الطاقة كفاءة مع احتياجات الحمولة، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة العامة، والأداء الأفضل.
فالأساس المادي ينطوي على تغيير السماد الفعال أو الأسلحة الخفيفة أو التروس في ممر، وعلى سبيل المثال، في انتقال متغير باستمرار بواسطة الحزام، مما يؤدي إلى تغيير وضع حزام على طول اثنين من السحب، حيث تُغيّر أسلاكهما من قطر السحب الفعلي، وفي محرك الاحتكاك، يُحرّك نقطة الاتصال على معدل الارتداد المتحرك.
Fixed Versus Variable Ratio Systems
وتعطي انتقالات العجلات الثابتة، مثل الأزواج القياسية للأجهزة النقالة، نسبة ثابتة، وهي بسيطة وكفؤة للغاية عند نقطة التشغيل الوحيدة، وجامدة، غير أنها تجبر الناقل الرئيسي (المحرك أو المحرك أو المدخلات البشرية) على العمل بسرعة واحدة فقط لسرعة إنتاج معينة، وغالبا ما تكون بعيدة عن ذروة الكفاءة، وتأخذ نظم النسب المتغيرة بالمرونة: يمكن أن ترتفع المدخلات بسرعة ثابتة، بينما يجري تعديل الناتج.
ويتمثل التحدي الهندسي في تصميم آلية قادرة على تحمل القوات والارتداء المرتبط بقطع الغيار المتحركة مع الحفاظ على الرقابة الدقيقة، كما أن التكاثر، وصعوبة المواد، والمعالجات السطحية، وتصميمات الفقمة، أمر حاسم، وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن يوفر نظام المراقبة - سواء كان آليا (مثلا، وزن الطلاء بالطرد المركزي)، أو الهيدروليكية (ضغط الطيار)، أو الإلكترونية (المحركات المتحركة والملوثات الدقيقة) عدم الاستقرار.
أنواع آليات النسب المتغيرة
وتحقق عدة هياكل آلية مختلفة نسب نقل متغيرة، ولكل منها مواطن قوة ونقاط ضعف تناسب حالات استخدام محددة.
عمليات النقل المستمرة المتغيرة
The most familiar CVT uses a flexible belt running between twoتغير-width drageys. The belt is pushed outward by the dragey flanges, changing the effective diameter. The tension and friction between belt and dragey must be sufficient to transmit torque without slipping, which limits the maximum torque capacity. Modern CVTs use steel push belt or chains and sophisticated clamping control
حالات نقل غير قابلة للتغير
وإحدى الـمواد الـمادة الـمـنـعـة من الـمـتـنـيـة الـمـنـيـة الـمـنـيـة الـمـنـيـة الـمـنـتـيـنـيـة الـمـتـي يمكن أن تـنـتـفـعـيـت الـنـيـتـتـيـتـتـنـيـتـتـيـتـتـتـتـتـتـتـتـتـيـتـتـتـتـتـتـتـتـتـتـتـتـتـتـتـتـتـمـتـتـتـمـتـتـمـمـتـمـمـمـتـمـتـتـمـتـتـمـمـتـتـتـتـتـتـتـتـتـيـمـتـتـمـنـنـنـنـ
الفريكات
(أ) استخدام أجهزة الحفر في نقل الطاقة، عن طريق نقل نقطة الاتصال الإشعاعي، وتغيير النسبة، وتشمل الأمثلة الكلاسيكية نوع Variomatic وCVT الآلي، وهي مصممة ويمكن أن تكون هادئة ولكنها تعاني من قدرة محدودة على الإرسال والارتداء ما لم تستخدم مواد متقدمة مثل السيراميك أو الصلب المكبوت بشكل خاص.
نظم لطخات الكوكب مع كلوتش وبراك
وتستخدم عمليات النقل اليدوية الآلية والإرسال المزدوج المقطع معدات الكواكب المتعددة التي تشتغل انتقائية بواسطة الشباك والمكابح، وتنتج نسب مختلفة من المعدات عن طريق قفل عناصر مختلفة من القطار الكواكبي، ويجري إدخال التغيير على النسبة، ولكن الوحدات الحديثة ذات السرعة الكثيرة (8 أو 9 أو حتى 10 معدات للأمام) توفر ما يقرب من السلاسة الشبيهة بالمركبات، والتحدي في التصميم هو إدارة توقيت التحول والتداخل لتجنب الإصدار.
تحويلات الهيدروليكية والهيدروستاتية
وتستخدم نقلات الهيدروستاتية مضخة للتشريد المتغير تقود محركا ثابتا أو متغيرا للتشريد، ويغير تغيير زاويات المضخة تدفق النفط، مما يغير سرعة المحرك بالنسبة للمضخة، وهذه النظم شائعة في معدات البناء، وجرارات العشب، والحركة البحرية حيث يلزم نقلها بسرعة منخفضة وسرعة من حيث القابلية للانتعاش.
مبادئ التصميم والاعتبارات الهندسية
ويتطلب تصميم آلية متغيرة للنسب تحقيق التوازن بين الطلبات المتضاربة، والعوامل التالية حاسمة.
كفاءة نقل الطاقة
فكل مفاصل آلي - ميكنة، وبطاقة حزام، وخرطوم سائل الهيدروليك - ينجم عنه خسائر في الاحتكاك، وكثيرا ما تكون للآليات المتقلبة أجزاء أكثر تحركا من صناديق التروس الثابتة، بحيث يكون من الضروري توخي الحذر في استخدام نظام الهندسة والتشحيم، والانتهاء من سطح الأرض، ويجب وضع خرائط للكفاءة على مدى النصيب الكامل من المركبات وحجم الترددات.
نظام الرقابة
ويجب تعديل هذه النسبة بدقة وسرعة، ويمكن أن يكون التكوين آليا (السيارات، والكابلات)، أو الهيدروليك (الصمامات الطفيلية)، أو الصمامات الكهروميكانيكية (محركات الحاسب)، كما أن وحدات المراقبة الإلكترونية تستخدم أجهزة الاستشعار لسرعة المدخلات، وسرعة الإنتاج، والحمولة، والأداء المستهدف، كما أن الخوارزميات الرقابية (النظام، والتحكم في الأورامل الافتراضية) تكفل التشغيل المستقر دون تصميم وسائل الصيد.
اختيار المواد وطولها
وتعاني عناصر مثل الأحزمة، والزجاج، والأقراص، واللفائف من ضغوط اتصال عالية، والانزلاق، والارتداء، والمعالجات السطحية (العمليات التنظيفية، ومعاطف السحب، والنزين) شائعة، وتتراوح المواد من الفولاذ المكشوف والمزدوج للعتاد إلى المطاط المقوى للأحزمة، وفي التطبيقات ذات التردد العالي، تكون أحزمة الدفع الفولاذية ذات أطوارير متوقعة.
التعبئة والتكامل والارتقاء
(ب) الآليات المتغيرة في كثير من الأحيان تحتاج إلى التأقلم في ظرف قائم - خليج المحرك للسيارة، أو ذراع الروبوت، أو مناولة أداة للطاقة، ويجب أن ينظر التصميم في الحيز اللازم للمحاضرين والمجسّدات والتبريد (وبخاصة للنظم الهيدروليكية) ويتحقق تخفيض الوزن باستخدام سبائك الألمنيوم، والفولطام، والتفاؤل في الطبقات.
تطبيقات الصناعات عبر الحدود
وقد أصبحت نسب الانتقال المتغيرة لا غنى عنها في العديد من المجالات.
النقل والسيارات
وتُستخدم وسائل النقل المتغيرة باستمرار على نطاق واسع في السيارات الهجينة والصغيرة لاقتصاد الوقود، وتتيح هذه المركبات تشغيل محرك الاحتراق الداخلي بأكفأ وسيلة نقل المركبات، وتُظهر هذه المركبات سرعة انتقالها من سيارة، وتُستخدم فيها شاحنات النقل السريع ذات النطاق الترددي الواسع.
الآلات الصناعية والصناعة التحويلية
إن محركات الترددات المتغيرة للمحركات الكهربائية شائعة، ولكن لا تزال عمليات نقل المتغيرات الميكانيكية تستخدم في بيئات عالية الطوابق أو قاسية حيث لا تكون القنوات الإلكترونية عملية، وتشمل الأمثلة على ذلك وسائل النقل والمزجات والمصادرات والأدوات الآلية، كما أن القدرة على تغيير السرعة دون توقف الإنتاج أمر حاسم، ويستخدم العديد من سلاسل المركبات الصناعية الميكانيكية أقراص متحركة (تصاميم التلقائية/الكم).
الروبوتات والبروستيات
وفي المفاصل الآلية، تتيح الإرسالات المتغيرة للمحرك الواحد تقديم كل من الحركة السريعة المنخفضة السرعة للحركات السريعة والحركة العالية السرعة والمنخفضة السرعة للحزن أو الرفع، ويتمثل النهج المشترك في استخدام معدات الموجات الضالة ذات النسبة المتغيرة، أو نظام ناقل بالكابل ذي ذراع دقيقة قابلة للتعديل، وفي الأطراف الاصطناعية، تساعد أجهزة التصاميم على مطابقة إنتاج المحركات الثقيلة.
الفضاء الجوي والطاقة المتجددة
وفي التوربينات الريحية، تتيح صناديق معدات النسب المتغيرة (التي تستخدم في كثير من الأحيان مزيجا من السطوات الكوكبية والموازية) التربينات للحفاظ على سرعة المولدات شبه الثابتة على الرغم من تقلب سرعة الرياح، وتحقيق الاستخدام الأمثل للناتج الكهربائي، والحد من قضايا التكامل الشبكي، وتستخدم بعض طائرات الهليكوبتر نظما متغيرة شبيهة بالمركبات في محرك الدوار لتعظيم سرعة الدوار بالنسبة لمختلف نظم الطيران، وتحسين اقتصاد الوقود، والحد من الضوضاءة.
المنتجات الاستهلاكية وأدوات الطاقة
وتستخدم المثقابات ذات السرعة المتغيرة والمفكات والمطحنات آليات التبديل المتحركة التي تغير نسبة المعدات أو تتحكم في سرعة السيارات، وكثيرا ما تتضمن الأدوات العقيمة مجموعة معدات الكواكب ذات السرعة المزدوجة: معدات منخفضة لسيارات القيادة العالية السرعة، وأجهزة عالية للتنقيب السريع، ويجب أن يكون التصميم الميكانيكي متماسكا، ووزن خفيف، ومتوسط التكلفة.
التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية
وتواصل البحوث تحسين نظم النقل المتغيرة، لا سيما في سياق نظم الكهرباء والنظم الذكية.
إلكترو - ميكاني للتصوير ومراقبة البرمجيات
ويمكن للتقدّم في الملاجئ الكهربائية (المحركات ذات الطراز العالي مع أجهزة التشفير) أن يتيح مراقبة دقيقة للنسب دون الهيدروليكية، مع وجود خوارزميات للتعلم الآلي، يمكن للبث في المستقبل أن يتكيف مع سلوك السائق أو ظروف الخلل في الوقت الحقيقي، فعلى سبيل المثال، يمكن للجهاز المركزي للمركبات أن يقلل من النسبة التي ترتفع فيها المركبة إلى التلال، باستخدام نظام تحديد المواقع الجغرافية وبيانات الطبوغرافيا.
المواد الذكية والهيكلات المورفينة
ويستكشف الباحثون استخدام المحاور الشكلية للذاكرة والسوائل المغغنطسية لإنشاء آليات متغيرة للنسب تغير الهندسة تحت الحفاز الخارجي (المياه المغنطيسي) مثلاً، حزام مرن تتقلص عناصره من التوتر عندما تتحول إلى حجم السحب الفعلي دون قطع غيار، ويمكن أن تكون هذه النظم أقصر وأبسط ولكنها لا تزال في مرحلة المختبر.
التكامل مع السيارات الكهربائية
وتتوفر للمحركات الكهربائية نطاقات واسعة من سرعة الطاقة الثابتة، مما يقلل من الحاجة إلى معدات عديدة، غير أنه بالنسبة لتضاعفات الترددات الشديدة (مثلا في الشاحنات الكهربائية الثقيلة أو معدات البناء)، يمكن أن يؤدي نقل سريعين أو ثلاثي السرعة إلى تحسين كفاءة الطاقة عن طريق تجنب المتغير في كفاءة المحرك، وتظل أجهزة التليفزيون المتحركة التي تجمع بين محرك كهربائي وجهاز للتجهيز الكواكب (مثلا باستمرار).
التحديات والمفاضلات
وعلى الرغم من مزاياها، فإن آليات النقل المتغيرة تستحدث مشاكل محددة.
اليقظة والإنذار
فالآليات المختلفة تعمل بطبيعتها بأحزمة أو سلاسل أو اتصالات احتكاكية تولد ضوضاء وهتزازات، ويمكن أن تؤدي الصمود في الحوافظ إلى تفاقم هذه القضايا، وتزيد استراتيجيات التضليل (الربابات المتحركة، والجمعيات الفلزية) تعقيداً وتكلفاً.
مدة الخدمة بموجب نظام القروض المتغيرة
وتعاني العناصر من ارتفاع في معدلات تغيرات متكررة وتراجعات في الحمولة، فالارتداء في الأشعة السينية هو أسلوب معروف جيداً للفشل، إذ أن الإفراط في الهندسة لزيادة الحياة يمكن أن يجعل النظام أثقل وأكثر تكلفة، والتركيبات اللوائية (السائل المقطعي المنوي الخاص مع أجهزة تعديل الاحتكاك) هي تركيبات بالغة الأهمية.
التكلفة والتعقيد
وتتوفر للبث المتغير عموماً أجزاء أكثر من صناديق الترسب الثابتة، مما يزيد تكلفة التصنيع، ويضيف نظام المراقبة (المجسّد والمشغل والمصرف الأوروبي) نفقات كبيرة، وبالنسبة للتطبيقات ذات الحجم الكبير للسيارات، كثيراً ما تبرر أقساط التكلفة وفورات الوقود، ولكن بالنسبة للمعدات الصغيرة، يمكن أن تكون حاجزاً.
خاتمة
وتتطلب آليات التصميم ذات نسب نقل متغيرة فهما عميقا للواقعيات والتريبولوجيا ونظرية التحكم وعلم المواد، إذ أن القدرة على تكييف القوى السريعة والتصاعدية لا تمكن الآليات من العمل بكفاءة أكبر، والحد من استهلاك الطاقة، والقيام بمجموعة أوسع من المهام، ومن خلال نظام الرصد والتحقق المستمر في سيارة مدمجة إلى المحرك الهيدروكولوجي في جهاز للتصنيف، فإن آليات النسب المتغيرة أثبتت قيمتها في كل مجال هندسي رئيسي.