التحكم في الأحمال الثقيلة – مسامير لولبية شديدة التحميل لأنظمة الرفع
يعد تصميم التروس اللولبية شديدة التحميل أساس التشغيل الآمن والسلس لأنظمة الرفع، وهو ما يفرض متطلبات عالية على المصممين.
تقوم شركة Bornemann Gewindetechnik المعروفة في الأوساط المتخصصة منذ أكثر من 25 عامًا بتصنيع مسامير وصواميل لولبية للعديد من القطاعات الصناعية. يتمثل أحد مجالات التركيز في التصنيع في إنتاج محركات لولبية شبه منحرفة جاهزة للتركيب، تتكون من مسامير وصواميل، لمعدات الرفع الثقيلة. ومن الأمثلة على ذلك: معدات الرفع للمركبات السككية، والمعدات المستخدمة في المسارح، وبناء المسارح، وتصنيع الآلات الخاصة. يعد تصميم وبناء هذه المحركات شرطًا أساسيًا للتشغيل الآمن والسلس للمعدات، ويضع متطلبات عالية على المهندسين.
ولكن ما الذي يجب مراعاته عند استخدام المسمار اللولبي للأحمال الثقيلة؟ بالنسبة لمحركات الرفع اللولبية التي تصل إلى ضغط سطحي > 20 N/mm2 تحت الحمل وتعمل أيضًا بسرعات محيطية منخفضة جدًا، من الضروري تزييت جوانب حمل الملامح اللولبية بشكل مستمر. لأن التزييت غير الكافي يمكن أن يؤدي إلى زيادة التآكل وارتفاع درجة الحرارة وكذلك إلى ظاهرة الانزلاق اللزج المعروفة.
الشيء المهم هو المادة التشحيمية
يصف تأثير الانزلاق اللاصق، المعروف أيضًا باسم تأثير الانزلاق اللاصق، الانزلاق المتقطع للأجسام الصلبة المتحركة مقابل بعضها البعض. يمكن أن يحدث هذا التأثير عندما يكون الاحتكاك اللاصق أكبر من الاحتكاك الانزلاقي. وهذا يؤدي، حسب النظام الترايبولوجي، إلى إثارة اهتزازات تنبعث منها أصوات من سطح قادر على الرنين (صوت صرير وصرير المغازل).
يختفي هذا التأثير في الغالب بمجرد فصل الأجزاء المتآكلة عن بعضها بواسطة مادة وسيطة أو مادة تشحيم. غالبًا ما يكون تأثير الانزلاق اللاصق غير مرغوب فيه في التطبيقات التقنية. يمكن ملاحظة التأثيرات السلبية لنظام التزحلق في المحامل، والموجهات في التقنية الخطية، أو في المسمار اللولبي في تقنية الرفع. ومن النتائج المعروفة لهذا التأثير أصوات مثل صرير الباب، وصرير القطارات عند المنعطفات، وخرير ماسحات الزجاج على نوافذ السيارات.
قد يحدث هذا التأثير بسبب اختيار مادة التشحيم (الشحم). يوضح رالف ويرتيل، مدير هندسة التطبيقات في شركة Klüber Lubrication: ”في المعدات المستخدمة في رفع الأحمال الثقيلة على وجه الخصوص، يمكن أن تؤدي مواد التشحيم غير المناسبة بسهولة إلى حالات نقص في التشحيم، مما يتسبب في زيادة التآكل وبالتالي يؤدي إلى تعطل المعدات قبل الأوان.“
غالبًا ما يكون سبب هذا الظاهرة هو تصميم المغازل. عدم وجود جيوب تشحيم على الجانب الحامل للملف اللولبي يمنع بقاء مواد التشحيم المطبقة عندما تنزلق ملفات الصواميل على المغزل مع حمل سطحي عالٍ. إما أن يتم ضغط مادة التشحيم من الجانب أو يتم دفعها أمام الصامولة. في كلتا الحالتين، يحدث تمزق في طبقة التشحيم، مما يؤدي في البداية إلى ارتفاع درجة الحرارة وظهور ظاهرة الالتصاق والانزلاق مع أصوات صاخبة في بعض الأحيان، ثم يؤدي لاحقًا إلى تدمير المحرك اللولبي.
عند سرعات محيطية تبلغ بضعة سنتيمترات في الثانية، فإن وجود مادة تشحيم أو جيوب تشحيم على المسامير اللولبية أمر ضروري للغاية لمنع حدوث تأثير الانزلاق. تمنع جيوب التشحيم دفع مادة التشحيم ببساطة بسبب الضغط العالي على الحواف والضغط السطحي المحدد العالي بشكل عام. يجب أن تكون مادة التشحيم مثالية من حيث القوام 0 أو 00 ويجب أن يتم سحبها إلى داخل فجوة التشحيم.
كيف يمكن معالجة هذه المشكلة؟ إن متطلبات المصممين فيما يتعلق بتنفيذ عملية تصنيع الخيوط هي التي تضع الأساس لمنع مشاكل التشحيم وما يترتب عليها من مشاكل. يمكن تصنيع المحركات اللولبية باستخدام طرق تصنيع مختلفة: إن الخراطة اللولبية والتفريز اللولبي هما طريقتان لم تعدا تستخدمان لأسباب اقتصادية في تصنيع المحركات اللولبية المذكورة أعلاه. في عملية درفلة الخيوط (أو التسطيح)، يتم تصنيع المغازل الملولبة عن طريق التشكيل البارد بدون قطع. هذه العملية التصنيعية اقتصادية للغاية، ولكنها لا يمكن تطبيقها إلا في الإنتاج بكميات كبيرة بسبب التكاليف المرتفعة للأدوات والتجهيزات.
قطع ناعم مع سطح أملس
علاوة على ذلك، تساهم المسامير اللولبية الملفوفة في تمزق طبقة التشحيم بفضل سطح جوانب اللولب المصقول تمامًا. يتميز اللولب شبه المنحرف الملفوف بجودة سطح جوانب عالية جدًا نتيجة لعملية التشكيل في الصقل بالضغط/الصقل بالضغط، حيث تفتقر إلى جيوب التشحيم. ونتيجة لذلك، يمكن أن يحدث الانزلاق المفاجئ أو تمزق طبقة التشحيم بين المسمار والصمولة. يتم ضغط المادة التشحيمية خارج مسارات الخيوط بسبب الضغط العالي على الحواف والضغط السطحي المحدد العالي بشكل عام.
يصبح هذا الضغط ممكنًا عندما لا تحتوي مواد زوج المحامل المنزلقة على جيوب تشحيم يمكن تخزين مادة التشحيم فيها. وينتج عن ذلك أضرار جسيمة في المعدات المتضررة في شكل صرير في المغازل وتآكل في الصواميل وصولاً إلى اللحام الحراري الكامل لأنظمة الرفع بأكملها.
لا يمكن تأكيد الحجة التي يُستشهد بها غالبًا بشأن العمر التشغيلي الأطول للمسامير اللولبية المدرفلة دون استثناء. وقد تمكنت شركة Wirths-Werres من إثبات ذلك في اختبار تحمل طويل الأمد. ويؤكد المهندس التصميمي كريستيان زان أن ”المسامير اللولبية المدرفلة لم تظهر سوى آثار تآكل طفيفة حتى بعد ساعات طويلة من التشغيل“. ووفقًا لزان، غالبًا ما تؤدي التوترات الناتجة عن عملية الدرفلة في المادة إلى إعادة عمل مكلفة. في مقارنة مباشرة، اختارت Wirths-Werres المغازل عالية الجودة ذات التصميم المدور، نظرًا لأن الفرق في السعر بين المغازل المدرفلة والمدورة أصبح الآن ضئيلًا بالنسبة للعديد من الأقطار.
تقوم شركة Bornemann Gewindetechnik بتصنيع مسامير لولبية باستخدام عملية الدوران. تتكون أداة الدوران المستخدمة في تصنيع المسامير اللولبية من حلقة دوران مدفوعة بمجموعة من الأدوات الملفوفة وتعمل في ما يسمى بقطع الغلاف، حيث تدور قطعة العمل داخل حلقة الأداة هذه أثناء المعالجة. نظرًا لأن القطع المغلف يبدأ عند القطر الخارجي بسمك (وعمق) قطع 0 ويزداد باستمرار إلى سمك (وعمق قطع أو عمق لولب) محسوب، ثم يخرج مرة أخرى من قطعة العمل بسمك 0، يتم إنتاج قطع ناعم جدًا بسطح أملس جدًا.
نظرًا لأن مجموعة الأدوات تتكون من عدة شفرات فردية تعمل بالتتابع في قطع متقطع، تنشأ بين القطع الفردية انقطاعات مجهرية صغيرة في سطح قطعة العمل، مما ينتج عنه أوجه متعددة الأضلاع مقعرة في نطاق الميكرومتر (جيوب تشحيم). هذه الجيوب التشحيمية هي سر الخصائص الجيدة لفيلم التشحيم في المغازل الملولبة.
تتيح مقارنات مختلف عمليات تصنيع الخيوط الاستنتاج التالي: يعتبر لف وطحن ملامح الخيوط من العمليات الحديثة والموصى بها في العديد من حالات الاستخدام، ولكن بالنسبة لاستخدام المحركات اللولبية شبه المنحرفة في أنظمة عمود الدوران، ينبغي تفضيل عملية الدوران التي تمارسها شركة Bornemann Gewindetechnik.