3 مشاكل شائعة في المحركات المؤازرة: استكشاف الأعطال وإصلاحها

تُعد أنظمة المؤازرة جزءًا لا يتجزأ من المنتجات الكهروميكانيكية، حيث توفر أعلى مستوى من الاستجابة الديناميكية وكثافة عزم الدوران.

ومن ثم، فإن الاتجاه في تطوير نظام القيادة هو استبدال المحركات الهيدروليكية التقليدية ومحركات التيار المستمر ومحركات السائر ومحركات التيار المتغير السرعة المتغيرة بمحركات مؤازرة التيار المتردد.

يهدف هذا الانتقال إلى الارتقاء بأداء النظام إلى مستوى جديد، بما في ذلك دورات أقصر وإنتاجية أعلى وموثوقية محسنة وعمر افتراضي أطول.

لتعظيم أداء المحركات المؤازرة إلى أقصى حد، من الضروري فهم بعض خصائص استخدامها الفريدة.

المشكلة 1: الضوضاء وعدم الاستقرار

غالبًا ما يواجه العملاء ضوضاء مفرطة وتشغيلًا غير مستقر عند استخدام محركات مؤازرة على ماكينات معينة. عندما تنشأ هذه المشاكل، يكون رد الفعل الأول للعديد من المستخدمين هو التشكيك في جودة المحرك المؤازر.

ويرجع ذلك إلى أنها عندما تتحول إلى محركات السائر أو محركات التردد المتغير لقيادة الحمل، غالبًا ما تنخفض الضوضاء وعدم الاستقرار بشكل كبير.

للوهلة الأولى، يبدو للوهلة الأولى أنها بالفعل مشكلة في محرك المؤازرة.

ومع ذلك، يكشف التحليل الدقيق لمبدأ عمل المحرك المؤازر أن هذا الاستنتاج مضلل تمامًا.

يتكون نظام مؤازرة التيار المتردد من محرك مؤازر ومحرك مؤازر ومستشعر تغذية مرتدة (بشكل عام، يأتي المحرك المؤازر مزودًا بمشفر بصري).

تعمل جميع هذه المكونات داخل نظام تحكم في حلقة مغلقة: يتلقى المحرك معلومات المعلمات من الخارج، ثم يقوم بتوصيل تيار محدد إلى المحرك، والذي يقوم بتحويله إلى عزم دوران لدفع الحمل.

ينفذ الحمل إجراءات أو يتسارع/يتباطأ بناءً على خصائصه.

يقيس المستشعر موضع الحمل، مما يسمح لجهاز المحرك بمقارنة قيمة المعلومات المضبوطة مع قيمة الموضع الفعلي. ثم يقوم بعد ذلك بضبط تيار المحرك للحفاظ على اتساق قيمة الموضع الفعلي مع قيمة المعلومات المضبوطة.

عندما يتسبب التغير المفاجئ في الحمل في حدوث تغير مفاجئ في السرعة، فإن أداة التشفير سوف تنقل هذا التغير في السرعة على الفور إلى محرك سيرفو.

يقوم محرك الأقراص بعد ذلك بتغيير التيار المزود للمحرك المؤازر لاستيعاب تغير الحمل والعودة إلى السرعة المضبوطة مسبقًا.

نظام مؤازر التيار المتردد هو نظام ذو حلقة مغلقة عالية الاستجابة، حيث يكون الفارق الزمني للاستجابة بين تذبذب الحمل وتصحيح السرعة سريعًا جدًا. وعند هذه النقطة، يكون القيد الرئيسي على استجابة النظام هو زمن انتقال جهاز التوصيل الميكانيكي.

لتقديم مثال بسيط: ضع في اعتبارك ماكينة تستخدم محرك مؤازر لتشغيل محرك مؤازر لدفع سرعة ثابتة وحمل عالي القصور الذاتي عبر حزام على شكل حرف V. يحتاج النظام بأكمله إلى الحفاظ على سرعة ثابتة وخصائص استجابة سريعة. دعونا نحلل عملية تشغيله.

عندما يقوم المحرك بتوصيل التيار إلى المحرك، يولد المحرك عزم دوران على الفور. في البداية، وبسبب مرونة الحزام على شكل حرف V، لا يتسارع الحمل بنفس سرعة المحرك.

يصل المحرك المؤازر إلى السرعة المحددة قبل الحمل، وعند هذه النقطة يقوم المشفر المثبت على المحرك بإضعاف التيار، وبالتالي تقليل عزم الدوران. ومع زيادة الشد في الحزام على شكل حرف V باستمرار، تتباطأ سرعة المحرك.

بعد ذلك، يزيد السائق من التيار مرة أخرى، وتتكرر هذه الدورة. الحساب الرسمي: التصميم الميكانيكي غير القياسي لـ SolidWorks.

في هذه الحالة، يتأرجح النظام، ويتذبذب عزم دوران المحرك، وتتذبذب سرعة الحمل وفقًا لذلك.

لا مفر من الضوضاء الناتجة والتآكل وعدم الاستقرار. ومع ذلك، هذه ليست ناجمة عن محرك المؤازرة. تنشأ هذه الضوضاء وعدم الاستقرار من جهاز النقل الميكانيكي وترجع إلى عدم التوافق بين السرعة العالية لاستجابة نظام المؤازرة وزمن النقل الميكانيكي أو زمن الاستجابة الأطول.

أي أن استجابة محرك السيرفو أسرع من الوقت اللازم للنظام للتكيف مع عزم الدوران الجديد.

بعد تحديد جذر المشكلة، يصبح حلها أسهل بكثير. بالرجوع إلى المثال السابق، يمكنك:

(1) زيادة الصلابة الميكانيكية وتقليل القصور الذاتي للنظام، وبالتالي تقليل زمن استجابة أجزاء النقل الميكانيكية. على سبيل المثال، استبدال الأحزمة على شكل حرف V بمحركات لولبية مباشرة، أو استخدام علب التروس بدلاً من الأحزمة على شكل حرف V.

(2) إبطاء سرعة استجابة نظام المؤازرة وتقليل عرض نطاق التحكم في نظام المؤازرة، مثل تقليل قيمة كسب نظام المؤازرة.

بالطبع، هذه ليست سوى بعض أسباب الضوضاء وعدم الاستقرار. توجد حلول مختلفة لأسباب مختلفة. على سبيل المثال، يمكن معالجة الضوضاء الناجمة عن الرنين الميكانيكي عن طريق تنفيذ كبت الرنين أو التصفية منخفضة التمرير في نظام المؤازرة. في الختام، لا ترجع أسباب الضوضاء وعدم الاستقرار بشكل عام إلى محرك المؤازرة نفسه.

الإصدار 2: مطابقة القصور الذاتي

أثناء اختيار أنظمة المؤازرة وضبطها، غالبًا ما تنشأ مشكلة القصور الذاتي. وعلى وجه التحديد، تظهر على النحو التالي:

1. عند اختيار نظام مؤازرة، بالإضافة إلى النظر في عوامل مثل عزم الدوران والسرعة المقدرة للمحرك، نحتاج أولاً إلى حساب القصور الذاتي للنظام الميكانيكي المحول إلى عمود المحرك.

ثم نختار محركًا بحجم مناسب من القصور الذاتي، بناءً على متطلبات العمل الفعلية للماكينة ومتطلبات جودة قطعة العمل.

2. أثناء الضبط (في الوضع اليدوي)، يعد الضبط الصحيح لمعلمة نسبة القصور الذاتي شرطًا أساسيًا لتحقيق أقصى قدر من الأداء للماكينة ونظام المؤازرة.

وتبرز هذه النقطة بشكل خاص في الأنظمة التي تتطلب سرعة عالية ودقة عالية (معلمة نسبة القصور الذاتي لمؤازرة دلتا هي 1-37، JL/JM). وبالتالي، تنشأ مشكلة مطابقة القصور الذاتي! إذًا، ما هي "مطابقة القصور الذاتي" بالضبط؟

1. وفقًا لقانون نيوتن الثاني، فإن عزم الدوران المطلوب لنظام التغذية، T، يساوي عزم القصور الذاتي للنظام، J، مضروبًا في التسارع الزاوي، θ. يؤثر التسارع الزاوي θ على الخصائص الديناميكية للنظام. كلما كان θ أصغر، كلما زاد الوقت بين أمر وحدة التحكم وتنفيذ النظام، مما يؤدي إلى استجابة أبطأ للنظام. إذا تذبذبت θ، فإن استجابة النظام ستختلف في السرعة، مما يؤثر على دقة التشغيل الآلي. وبالنظر إلى أن الحد الأقصى للإخراج T يظل ثابتًا بمجرد تحديد المحرك، إذا أردنا الحد الأدنى من التغييرات في θ، فيجب أن يكون J صغيرًا قدر الإمكان.

2. القصور الذاتي الكلي لعمود التغذية، J، يساوي القصور الذاتي الدوراني للمحرك المؤازر، JM، بالإضافة إلى القصور الذاتي للحمل المحول من عمود المحرك، JL. يتألف القصور الذاتي للحمل JL من القصور الذاتي للمكونات الخطية والدوارة مثل منضدة الشغل (في حالة أدوات الماكينة)، والتركيبات وقطع العمل الموجودة عليها، والبرغي، والقارنة وما إلى ذلك، وجميعها محولة إلى القصور الذاتي على عمود المحرك. يمثل JM القصور الذاتي لدوار المحرك المؤازر، والذي يكون ثابتًا بمجرد تحديد المحرك المؤازر، بينما يتذبذب JL مع التغيرات في الحمل مثل قطعة العمل. إذا كنت تريد أن يكون معدل التغير في J أقل، فمن الأفضل تقليل النسبة التي يشغلها JL. ويشار إلى ذلك عادةً باسم "مطابقة القصور الذاتي".

والآن بعد أن فهمنا ما هي مطابقة القصور الذاتي، ما هي التأثيرات المحددة التي تحدثها، وكيف يتم تحديدها؟

التأثير:

يؤثر القصور الذاتي للمحرك على دقة نظام المؤازرة واستقراره واستجابته الديناميكية. وينتج عن القصور الذاتي الأكبر ثبات ميكانيكي أكبر للنظام، واستجابة أبطأ، وانخفاض استجابة النظام التردد الطبيعي، مما قد يؤدي إلى الرنين.

وهذا يحد من عرض النطاق الترددي المؤازر ويؤثر على دقة المؤازرة وسرعة الاستجابة.

لا تكون الزيادة المناسبة في القصور الذاتي مفيدة إلا عند تحسين الزحف بسرعة منخفضة. ولذلك، ينبغي بذل الجهود في التصميم الميكانيكي لتقليل القصور الذاتي دون المساس بصلابة النظام.

القرار:

عند تقييم الخصائص الديناميكية للنظام الميكانيكي، كلما كان القصور الذاتي أصغر، كانت استجابة النظام الديناميكية أفضل. وعلى العكس من ذلك، يؤدي القصور الذاتي الأكبر إلى زيادة حمل المحرك، مما يجعل التحكم أكثر صعوبة.

ومع ذلك، يجب أن يتطابق القصور الذاتي للنظام الميكانيكي مع القصور الذاتي للمحرك. تحتوي الآليات المختلفة على اختيارات متنوعة لمبادئ مطابقة القصور الذاتي، ولكل منها عروض وظيفية فريدة.

على سبيل المثال، أثناء القطع بسرعة عالية مع أ CNC مركز الماكينات من خلال محرك مؤازر، عندما يزداد القصور الذاتي للحمل، يحدث ما يلي:

(1) عندما تتغير أوامر التحكم، يستغرق المحرك وقتًا طويلاً للوصول إلى متطلبات السرعة للتعليمات الجديدة;

(2) يمكن أن تحدث أخطاء كبيرة عندما تعمل الماكينة على طول محورين لتنفيذ القطع المقوس السريع:

   i. في الظروف العادية مع المحركات المؤازرة النموذجية، إذا كان JL أقل من أو يساوي JM، فلن تحدث المشكلات المذكورة أعلاه.

   ii. إذا كان JL يساوي 3 في JM، فإن إمكانية التحكم في المحرك ستنخفض قليلًا، ولكن هذا لن يؤثر على الروتين قطع المعادن. (بالنسبة للقطع المنحني عالي السرعة، يوصى عمومًا بأن يكون JL أقل من أو يساوي JM).

   ثالثًا. عندما يكون JL 3 أضعاف JM أو أكثر، ستنخفض إمكانية التحكم في المحرك بشكل كبير، وهو ما يمكن ملاحظته بشكل خاص أثناء قطع المنحنى عالي السرعة.

تتطلب الإجراءات الميكانيكية ومتطلبات الجودة المختلفة للتصنيع الآلي علاقات مختلفة بين JL وJM.

يجب أن يعتمد تحديد مطابقة القصور الذاتي على الخصائص التكنولوجية للماكينة ومتطلبات الجودة لعملية التصنيع الآلي.

الإصدار 3: اختيار محرك مؤازر 3: اختيار المحرك المؤازر

بعد وضع اللمسات الأخيرة على مخطط النقل الميكانيكي، من الضروري اختيار وتأكيد طراز وحجم المحرك المؤازر.

(1) معايير الاختيار

بشكل عام، يجب أن يفي اختيار محرك سيرفو بالحالات التالية:

• سرعة الدوران القصوى للمحرك > أعلى سرعة حركة مطلوبة للنظام;
• يتطابق القصور الذاتي الدوار للمحرك مع القصور الذاتي للحمل;
• عزم تشغيل الحمل المستمر ≤ عزم الدوران المقدر للمحرك;
• الحد الأقصى لعزم الدوران الناتج للمحرك > الحد الأقصى لعزم الدوران المطلوب للنظام (عزم التسارع).

(2) حسابات الاختيار

• حساب مطابقة القصور الذاتي (JL/JM);
• حساب سرعة الدوران (سرعة دوران طرف الحمل، سرعة دوران طرف المحرك);
• حساب عزم دوران الحمل (عزم عمل الحمل المستمر، عزم دوران التسارع).