نقل الحركة وتوصيلها في الجرارات والآلات الزراعية
وسائل نقل الحركة: يتم نقل القدرة من المصدر المولد لها الى نقطة الاستخدام النهائية بواسطة مجموعة كبيرة من العناصر والأجهزة الميكانيكية. حيث يتم عن طريقها تغيير أو تحويل سرعة الحركة وعزم الدوران. ويوجد منها الأنواع الآتية:
أولا: الوسائل الميكانيكية لنقل القدرة:
تتكون الأجزاء الفعالة فيها من مجموعة من العناصر الميكانيكية مثل السيور، والجنازير، والمسننات، والأعمدة، والكامات، والوصلات الجامعة. يمكن توضيح آلية نقل سرعة الحركة وعزم الدوران وتغييرهما أو تحويلهما كما يأتي:
الشكل (1) مخطط توضيحي بسيط يبين آلية نقل سرعة الحركة وعزم الدوران وتغييرهما أو تحويلهما
إذ إن n: سرعة الدوران تقدر بالواحدة [دورة/ ثانية] أو [ دورة/دقيقة]. M: عزم الدوران ويقدر بالواحدة [نيوتن.متر]. P الاستطاعة وتقدر بالواحدة [واط] .
حيث لدينا :
P = M.n
i = n2 / n1
P2/P1.100% = ƞ
إذ إن i: نسبة النقل. ƞ: المردود الميكانيكي للمجموعة.
عند إهمال ضياعات القدرة حينها يتساوى حاصل جداء سرعة الدوران بعزم التدوير لكل من وحدات الدخل والخرج وعندها يكون لدينا :
Z2/Z1 = n1/n2 = M1/M2
إذ إن Z: عدد الأسنان. يتناسب العزم الدوران عكساً مع سرعة الدوران ونصف قطر العنصر المستخدم في نقل الحركة أو القدرة (طارة، بكرة، عجلة مسننة، مسنن ....) نتناول الآن الحديث عن الأجزاء الفعالة من مجموعة من العناصر الميكانيكية ومنها:
* السيور: تستعمل السيور والطارات في كثير من الحالات لنقل حركة دورانية من عمود لآخر، حيث يصعب على غيرها من أجهزة نقل الحركة القيام بذلك، فتقوم السيور بنقل الحرك بين عمودين يبعدان عن بعضهما مسافة كبيرة نسبيا، حيث يتعذر على سبيل المثال استعمال المسننات، إضافة لذلك فإن نقل الحركة بواسطة السيور يتميز بالطراوة (السلاسة) نظراً لمرونة السير. الأمر الذي يحد من انتقال الاهتزازات أو الخبطات التي تتعرض لها أجزاء الآلة المقادة إلى المحرك الرئيس. كما أن التوقف المفاجئ للعمود المقاد لا يؤدي إلى تأذي جهاز نقل الحركة بالسيور بالقدر الذي يحصل لأجهزة النقل الأخرى كالمسننات والجنازير. من الضروري أن تحقق الأعمدة التي تركب عليها طارات نقل الحركة من شرط التوازي فيما بينها، ومن الممكن ان تركب طارتان أو عجلتان ذواتا بروز على هذه الأعمدة ويطلق عليها الإدارة المفتوحة. هناك تصميمات أخرى لاستخدام الطارات وهي موضحة بالشكل (2).
الشكل (2) أنواع سيور نقل الحركة
تعتمد حركة السيور على الاحتكاك الموجود بين السير والطارات، ويتم نقل القدرة بواسطة التلامس بين السير والطارات القائدة والمقادة، ويعتمد هذا التلامس على مقدار الشد الابتدائي المطبق على السير. ولكي يوجد هذا الشد الابتدائي في السير فلابد أن تكون إحدى الطارتين متحركة او قابلة للتعديل "الضبط". يستخدم اصطلاح زاوية الالتفاف للتعبير عن مقدار مسافة التلامس بين السير والطارة، وتقاس بالدرجات، عند استخدام طارتين لسير نقل الحركة لهما المقاس نفسه فإن زاوية الالتفاف تصبح مساوية 180 درجة لكل طارة. أما إذا اختلف مقاس الطارات فإن زاوية الالتفاف للطارة تكون أكبر منها للطارة الصغرى؛ وتكون المسافة المغطاة من الطارة الصغرى ذات تلامس أقل مما قد يسبب مشاكل في حالة حدوث زحف للسير. وعادة يحدث الزحف الطارات الصغرى أولاً، ولذلك فإن أية وسيلة تساعد على زيادة زاوية الالتفاف للطارة الصغيرة سيكون مساعداً في تقليل الزحف.
عند إهمال أثر الانزلاق أثناء العمل نحصل على علاقة نسبة النقل كما يأتي:
إذ إن: 2r1= D1: قطر طارة العمود القائد. 2r2 D2=: قطر طارة العمود المقاد.
:n1 عدد دورات العمود القائد في الدقيقة. n2: عدد دورات العمود المقاد في الدقيقة. تتوفر السيور بثلاثة أنواع هي السيور المسطحة، السيور على شكل حرف V، والسيور المستديرة.
أ. السيور المسطحة: استخدم هذا النوع من السيور مع بدء ظهور الآلات الزراعية، وقد كانت استخداماته الشائعة محصورة في نقل القدرة من محرك ثابت أو من الجرار إلى آلات الدراس، آلات تقطيع العلف، مناشير الخشب، وغيرها. وقد استخدم بكثرة في مجال الصناعة لنقل المواد وكان يطلق عليها اسم السيور الناقلة. أما الاستخدام الأكثر شيوعاً في وقتنا الحالي لهذه السيور فيتركز في آلات عمل البالات المستديرة كبيرة الحجم. ولإدارة هذه السيور تستخدم طارات أسطوانية عريضة، بعضها يحوي نتوءاً عند المنتصف بقطر أكبر قليلاً من قطر الأسطوانة. وهذا النتوء يسمى بالتاج وهو يساعد على ثبات وضعية السير في مركز الطارة، لان السير يتحرك في اتجاه القطر الكبير.
ب- السيور ذات شكل حرف V: تعد من أكثر أنواع السيور شيوعا لنقل القدرة؛ حيث تستخدم معها الطارات المحززة (بكرة) التي تمتلك تجويفاً عميقاً يسمح للسير بالدوران ضمنه ملامساً الحافتين المائلتين. ويكون الاحتكاك الناتج من الدوران متركزا على جوانب السير ويكون تأثيره فعالاً جداً؛ ويعود سبب ذلك لتأثير الشكل الجانبي للسير والذي يؤدي إلى التناقص النسبي لمقطعه العرضي. يعـد عرض السيور ذات الشكل V صغيرا بالمقارنة بعرض السيور المسطحة. ويكون استخدام هذه السيور مناسباً عندما تكون المسافة بين أعمدة نقل الحركة صغيرة. يمكن استخدام زوج من السيور أو أكثر ذات شكل V عند نقل قدر كبير من القدرة ويطلق على هذا التصميم اسم السيور المتعددة لنقل الحركة؛ حيث تدور في تجاويف متوازية على الطارات نفسها. وللمحافظة على عمر السيور فإنه من الضروري تساوي أطوال السيور وإلا سيقع العبء الأكبر على السير الأصغر مما يؤدي إلى تأكله بسرعة. وعليه فلابد من اختيار السيور المستخدمة في طارات الإدارة المتعددة بحيث يكون لها الطول نفسه. تعمل السيور ذات شكل حرف V عند السرعات 760-900 [دورة/ الدقيقة]، وعند ظروف تشغيل مناسبة مثل الطارات المحززة الكبيرة واحمال خفيفة؛ فإنها قد تعمل عند السرعات 1200-2100 [دورة/ الدقيقة] تنخفض قيمة القدرة المنقولة أثناء العمل عند سرعات عالية نتيجة لنقصان الشد الناتج عن قوى الطرد المركزية.
ج. السيور المستديرة: وهي ليست شائعة مثل السيور شكل حرف V ويتطلب استخدامها ضرورة تركيبها على طارات ذات تجاويف خاصة . وقد تستخدم أحياناً مع أجهزة نقل الحركة التي يتطلب التشغيل فيها أكثر من طارة وليس فقط مع طارتين.
* الجنازير : تستخدم الجنازير مع عجلاتها المسننة لتدوير الأعمدة التي تكون المسافة بينها كبيرة نسبياً، وكذلك عندما يطلب تدوير الأعمدة بالاتجاه نفس الشكل (3).
الشكل (3) يبين مخططاً توضيحياً لمجموعة نقل بالجنزير مع مسنن معايرة (وسيط)
تزول مشكلة الانزلاق أو الزحف الموجودة في السيور ؛ ولذلك تستخدم لضبط توقيت احد الأجزاء بالنسبة لآخر. وتكون السرعات أقل بكثير من سرعة السيور. تدور العجلات المسننة المركبة عند الجانب (السطح) نفسه من الجنزير بالاتجاه نفسه. أما إذا تم وضعها على الجانب العكسي فإنها سوف تدور في الاتجاه المعاكس. يجب ألا يقل عدد أسنان العجلات المسننة التي تعمل مع الجنازير ذات البكرات عن عشرة أسنان؛ وذلك للحد من ظاهرة التأكـل الشديد. تتسبب العجلات المسننة الصغيرة في زيادة تأثير الثني على الجنزير؛ وبالتالي تؤدي إلى زيادة التآكل. يجب أن تتمتع إحدى العجلات المسننة المستخدمة مع الجنازير بقابلية الحركة حتى يمكن عن طريقها ضبط الجنزير ومعايرة ارتخائه تتناسب نسبة النقل عكساً مع عدد أسنان العجلات المسننة وذلك وفق العلاقة الآتية :
Z2/Z1 n1/n2 = i =
• المسننات: تستخدم المسننات بشكل واسع في أنظمة نقل القدرة للآلات الزراعية، وتستخدم المسننات عندما تكون أعمدة الدوران قريبة من بعضها البعض، وفي حال كان حيز التصميم المطلوب صغيراً. تتميز المسننات بفعاليتها في نقل القدرة، وثبات نسبة النقل لسرعات دوران الأعمدة. يتطلب من المسننات المعشقة مع بعضها ان تكون من المقاس والتصميم نفسة ، يجب تحقيق تلامس سنان على الأقل.
تصنف المسننات حسب نوع السن، والسطح الهندسي الأساسي الذي تعتمد عليه طريقة التشكيل. في مجموعة نقل مسننية مكونة من زوج من المسننات يدعى المسنن الصغير بالمسنن القائد، والمسنن الأكبر بالمسنن المقاد. يبين الشكل (4) مجموعة من المسننات يمكن حساب سرعة دوران كل منها، وعدد أسنانها بالاعتماد على المعادلة التي تم استنتاجها للجنازير.
الشكل (4) مخطط يبين المسنن الوسيط
يستخدم عادة المسنن الوسيط عندما تدعو الضرورة لتطابق اتجاه حركة المسنن المقاد مع اتجاه حركة المسنن القائد دون تغيير في قيمة نسبة النقل. يوضح الشكل (5) مجموعة من أنواع المسننات الشائعة.
الشكل (5) يبين أنواع المسننات الشائعة
تكون أسنان المسننات المستقيمة موازية لعمود التدوير، وغالباً هذه المسننات تسبب الضوضاء، لذا فإنه من الضروري عملها عند السرعات البطيئة؛ فهي تستخدم في أجهزة نقل الحركة في الجرار، وتكون من النوع المنزلق الذي يسهل تغيير اختيار من مسنن لآخر؛ وذلك بانزلاقه على العمود تميل أسنان المسننات الحلزونية بزاوية عن محور عمود الدوران. تتعشق أسنان المسننات الحلزونية خلال جزء من دورة المسنن، الأمر الذي يخفف من الضجيج بشكل كبير، ويزيد من قوة الأسنان ومتانتها ؛ وذلك نتيجة لطول زمن التلامس. يوجد المسننات الحلزونية المزدوجة تأخذ شكل مسننين ملتصقين ببعضهما بأسنان مائلة. إن تشكيل المسنن بهذه الطريقة توفر التشغيل الهادئ لهذه المسننات، وتكون هذه المسننات غالية الثمن، ونادرة الاستعمال الآلات الزراعية، في حين تستخدم في المولدات التوربينية الكبيرة بشكل واسع. تُشَكَلُ أسنان المسننات المخروطية على السطح الخارجي بين المخروطين الأساسيين، وتصنع بحيث تسمح لأعمدة الدوران أن تشكل فيما بينها زاوية مقدارها 90 درجة، وفي بعض الحالات يمكن أن تكون الزاوية بين الأعمدة مختلفة عن 90 درجة، إلا أن النوع الأول هو الأكثر شيوعاً. تدعى المسننات المخروطية متماثلة الأبعاد بالمسننات التاجية، هذا النوع يصدر ضجيجاً مثل المسننات المستقيمة. يشيع استخدام هذه المسننات في علب نقل الحركة ذات الزاوية 90 درجة، وهي موجودة في الآلات الزراعية التي تأخذ حركتها من عمود الإدارة الخلفي. يفضل استخدام المسننات المخروطية الحلزونية عند السرعات العالية، والأحمال الكبيرة. وإنهـا تستعمل في الصندوق الرئيس لمسننات آلات تشكيل البالات التي تأخذ حركتها من عمود الإدارة الخلفي. أما المسننات الدودية فتستعمل عندما يكون هناك حاجة لنسبة تخفيض كبيرة جداً؛ حيث يستخدم هذا النوع من المسننات في الروافع اليدوية، وبعض مجموعات التوجيه، تتكون المسننات الكوكبية أو الفلكية من المسنن الشمسي القائد، والمسننات الفلكية الوسيطة وحامل المسننات الفلكية الوسيطة، والمسنن الحلقي المقاد. وهذا الترتيب يسمح بتجميع مجموعة مسننات في حجم صغير، حيث تستخدم بكثرة في أجهزة نقل الحركة للسيارات وبعض الجرارات، وأجهزة تحويل العزم النهائية للعديد من الجرارات والآليات الثقيلة الشكل (6).
الشكل (6) يبين مخططاً توضيحياً لمجموعة مسننات فلكية بسيطة
1- المسنن الشمسي القائد، 2- المسننات الفلكية الوسيطة. 3- المسنن الحلقي المقاد. 4- حامل المسننات الفلكية الوسيطة.
تستخدم مجموعة المسننات الفلكية بشكل واسع في المجالات الآتية: علب السرعة الأوتوماتيكية، نهايات المحاور القائدة للجرارات، مجموعات التوجيه في الجرارات المجنزرة. وتتمتع مجموعة المسننات الفلكية بالميزات الآتية: انخفاض الوزن النوعي، الحجم المناسب، التحميل المتوازن والمتناظر للأعمدة والمسننات، زيادة عدد نسب النقل.
* القارنة العامة (الوصلات الجامعة): تستخدم الوصلات الجامعة في الآلات الزراعية وغيرها لتوصيل الحركة بين الأعمدة غير المتسامتة التي ليس على استقامة واحدة، أو التي تعمل في أوضاع مختلفة بالنسبة لبعضها تستخدم وصلة واحدة للربط بين عمودين زاوية التقاطع بين محوريهما صغيرة، وفي حال كانت الأعمدة متوازية وغير واقعة في مستو واحد أو يوجد بينها زاوية كبيرة؛ عندها فلابد من استخدام وصلتين أو أكثر. تتغير نسبة السرعة الزاوية للعمودين المتصلين بوصلة واحدة كما هو مبين بالشكل (7).
الشكل (7) يبين وصلة عامة (وصلة هوك) مع توضيح زاوية التشغيل.
نلاحظ أنه إذا دارت الوصلة من جهة اليسار بزاوية iΦ فستكون الزاوية الخارجة من الوصلة oΦ. وعند دوران طرف الادخال بسرعة منتظمة فان طرف الإخراج فسيدور بسرعة متغيرة. يبين الشكل (8) منحنى تغير زوايا طرفي الإدخال والإخراج عند زاوية تشغيل °30=β.
الشكل (8) يبين مخطط تأخير سرعة النهاية الطرفية لوصلة عامة (وصلة هوك) خلال دورة
واحدة
عند بدء دوران الوصلة، فإن دوران طرف الإخراج يتأخر بمقدار °4 ، في حين ينعدم الفرق عندما تبلغ زاوية الإدخال °90 ، بينما يتقدم طرف الإخراج بمقدار 4 عندما تبلغ زاوية الإدخال °135 ، ثم يبدأ بالتناقص حتى تصل زاويـة طرف الإدخال إلى °180 . وخلال الـ 180 الآتية يتكرر الأمر نفسه مرة أخرى. وهكذا يتبين تأخر طرف الإدخال وتقدمه مرتين خلال الدورة الواحدة؛ بحيث لا يتجاوز أقصى تأخر أو تقدم الـ 4. وهذا الأمر يسبب تعجيل الأجزاء المتحركة أو إبطائها مرتين خلال كل دورة من دورات الوصلة، وينتج عن ذلك اهتزازات أجزاء مجموعة نقل الحركة وضجيجها وتآكلها وتحطمها . يفضل عدم استخدام الوصلة الواحدة بزاوية عمل تزيد عن الـ °7 وذلك من أجل التغلب على ظاهرة التأخير أو التقديم التي تظهر عندما تزداد زاوية العمل عن هذا الحد. يمكن التغلب على تغير نسبة السرعة عن طريق استخدام وسيط بين جزئي الوصلة بصورة مناسبة كما هو مبين بالشكل (9)، ويمكن تحسين أداء هذه الوصلة عن طريق تزويد مفاصلها ضد الاحتكاك كروية كانت أم تدحرجية، وكذلك تزويدها بوسائل تزييت مناسبة.
الشكل (9) يبين كيفية استخدام وسيط لتحقيق ثبات نسبة السرعة الزاوية للعمودين المتصلين
كما يوجد وصلة ذات سرعة ثابتة من حيث المبدأ تبدو هذه الوصلة وكأنها وصلة مزدوجة ذات توجيه صحيح، حيث يقوم القرص المركزي والكرات الصلبة المثبتة بالتجاويف الخارجية على معادلة الزوايا بين الوصلتين تتناسب هذه الميزة للعمل مع عمود الإدارة الخلفي الذي يكون فيه أحد العمودين المركبين على الوصلة مثبتاً على محامل، بينما العمود الآخر فيتم تثبيته بالوصلة.
* القوابض المنزلقة : تستخدم القوابض لوصل وفصل الأعمدة أثناء حركتها النسبية عند الحمل أو الوقوف، وذلك تبعاً لمتطلبات العمل؛ أي يمكنها التحكم بقيمة الاستطاعة الميكانيكية اللازمة، وتعمل على حماية أجزاء الآلة، ومجموعة نقل الحركة من تأثير الحمولات الزائدة. يتكون القابض الاحتكاكي من مجموعتين من الأقراص الدورانية تثبت مع بعضها بواسطة نوابض، وعادة ما تستخدم مادة احتكاكية في واحدة من هاتين المجموعتين عندما يزيد الحمل المطبق على القابض عن الحد المسموح به ؛ عندها تبدأ الأقراص بالانزلاق ؛ وبذلك تحمي أجزاء مجموعة نقل الحركة من الكسر أو التحطم . يبين الشكل (10) صورة لقابض احتكاكي.
الشكل (10) يبين صورة لقابض احتكاكي في حالة العمل.
أما القابض القافز فإنه يتكون من قرصين مثبتين بواسطة نابض كبير يوجد عليهما نتوءات. عند زيادة الحمل على القابض عن الحد المسموح به تبدأ الأقراص ذات النتوءات بالانزلاق أو تقوم بالقفز فوق بعضها مسببة تخفيضاً في نقل القدرة. تصنع الأقراص من مادة صلبة مقاومة للتآكل مثل الحديد الزهر المقسى. عند انزلاق هذا القابض يصدر عنه صوت مسموع ينبه إلى أن بعض أجزاء الآلة قد تعرضت للتحميل الزائد. كما يتم حماية أجزاء الآلة من الحمولات الزائدة عن طريق استخدام مسامير القص أو الخوابير. في هذه الحالة تنقل القدرة من خلال مسمار القص، وعندما يبلغ الحمل قيمة أكبر من المسموح بها يقص الخابور أو يتهشم؛ مما يؤدي إلى قطع نقل القدرة، ويستخدم خابور بديل لإرجاع الحركة إلى ما كانت عليه. وفي بعض الأحيان يمكن الاعتماد على السيور ذات شكل حرف V كوسيلة للحماية من الحمولات الزائدة؛ حيث يحدد الشد الابتدائي مدى الحماية المتوفرة فالشد الابتدائي المنخفض يوفر حماية كبيرة إلا أنه يؤدي إلى تلف سريع للسير ناتج عن زيادة الانزلاق.
ثانياً: الوسائل الهيدروليكية لنقل القدرة:
يكون الوسيط الناقل للطاقة في هذه الطريقة مادة سائلة وغالباً ما تكون أنواع مختلفة من الزيوت مثل زيت الهيدروليك، وزيت المكابح؛ حيث تنتقل الحركة من مكان توليدها إلى مكان استعمالها بواسطة قوة ضغط الزيت المستعمل الذي يتحرك عبر أنابيب معدنية أو مطاطية تتحمل تأثير الضغط العالي؛ يولد ذلك الضغط مضخة هيدروليكية. وبصورة عامة تتكون أي منظومة هيدروليكية من كل أو بعض الأجزاء الآتية: المضخة، مصدر قدرة للمضخة (محرك قيادة)، المشغلات (المحرك الهيدروليكي، الأسطوانة والمكبس)، صمامات، أنابيب، مصافي، مبردات زيت الخزان منظم الضغط، أجهزة تحكم يدوية أو آلية الشكل (11).
الشكل (11) يبين مخططاً توضيحياً لدارة هيدروليكية بسيطة
1- أسطوانة تشغيل، 2- ذراع تحكم، 3- صمام توزيع، 4- مضخة، 5- مصفاة، 6- خزان زيت
تولد المضخة الضغط نتيجة استمدادها الحركة من المحرك، عندها يتحرك السائل الهيدروليكي حاملاً الضغط المتولد بواسطة الأنابيب إلى أجهزة التحكم الذي يتوجه إلى عناصر التشغيل مثل المحرك الهيدروليكي والأسطوانة والمكبس. والجدول الآتي يبين بعض أنواع المضخات وخصائصها ومؤشرات عملها.
الجدول (1) يبين بعض أنواع المضخات وخصائصها ومؤشرات عملها
ويمكن المحافظة على ضغط ثابت في الدارة أثناء العمل بواسطة مجمع هيدروليكي، وقد تكون هناك مبردات زيت لتبريد الزيت المتحرك تكون شبيهه بالمشعات الموجودة في منظومة التبريد. تستخدم المنظومات الهيدروليكية في الجرارات في أذرع الشبك الهيدروليكية، وكذلك في جهاز التوجيه الهيدروليكي، وفي بعض الجرارات المتخصصة مثل الغرافات وآلات التسوية والجرافات، وبعض الآلات الزراعية الأخرى مثل التحكم بمستوى الآلة الوضع الأفقي في الآلات المتمفصلة والتحكم بمستوى القطع في الحاصدات والفرامات الحقلية وفي المقطورات القلابة.
ثالثاً: الوسائل الكهربائية:
تعد المحركات الكهربائية من الوسائل المستخدمة في تحويل القدرة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية وتتميز بمرونة عالية في الاستثمار وهي أكثر هدوءًا من محركات الاحتراق الداخلي، وأكثر لملاءمة في التحكم التلقائي، وصديقة للبيئة. وتزود بوسائل حماية حرارية عند ارتفاع درجة حرارتها عن الحد المسموح به. ولها عدة أنواء يمكن تصنيفها حسب نوع التيار الكهربائي (مستمر، متناوب)، أو شكل التصميم.
الاكثر قراءة في المكائن والالات الزراعية
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
