الأجهزة الهوائية

يعرّف الدرس مكونات التجهيز الهوائي: إنتاج الهواء المضغوط ومعالجته (FRL)، الدافعات وحساب جهدها، الموزعات وترقيم فتحاتها ووسائل قيادتها، الملتقطات والخلايا المنطقية وعناصر تنظيم السرعة، رموز ISO 1219 والتسمية 1A و1V1 و1S1، ثم قراءة الدارات البسيطة ورسمها ومخطط الطور-الانتقال، ويُختم بتمارين محلولة بنمط البكالوريا.

يتكوّن الدرس من 6 أجزاء: 1. الطاقة الهوائية: إنتاج الهواء المضغوط ومعالجته، 2. المنفذات الهوائية: الدافعات والمحركات، 3. الموزعات: الترقيم والاستقرار ووسائل القيادة، 4. الملتقطات والخلايا المنطقية والمؤجلات وعناصر التنظيم، 5. قراءة الدارات الهوائية ورسمها: التسمية والقيادة والدورات، 6. تمارين محلولة بنمط البكالوريا.

1. الطاقة الهوائية: إنتاج الهواء المضغوط ومعالجته

لماذا الهواء المضغوط؟

في أغلب الأنظمة الآلية التي تصادفها في مواضيع البكالوريا (تثبيت قطعة، دفعها على بساط، رفعها، ختمها، ثقبها) تُنجَز الحركات المستقيمة القصيرة بواسطة الطاقة الهوائية (énergie pneumatique): هواء يُضغط في محطة مركزية ثم يُوزَّع على الآلات بأنابيب، فيُحوَّل في الدافعة (vérin) إلى حركة مستقيمة وجهد.

| المزايا | الحدود | |---|---| | مصدر مجاني لا ينفد (هواء الجو) ونظيف لا يلوث المنتوج | جهود محدودة (ضغط العمل نحو 6 bar، فالجهد لا يتجاوز بضعة آلاف من النيوتن في الدافعات المعتادة) | | سرعات عالية للدافعات وبساطة في التنفيذ | قابلية الهواء للانضغاط: صعوبة الحصول على سرعة منتظمة أو توقف دقيق في وسط الشوط | | أمان: لا خطر كهربائي ولا خطر انفجار، ويمكن إيقاف الدافعة دون ضرر | ضجيج الانفلات (يعالج بكاتم الصوت) | | تخزين سهل في خزان | كلفة إنتاج الهواء المضغوط (طاقة كهربائية للضاغط) |

وحدات الضغط

الضغط هو قوة على وحدة المساحة: $p = F/S$. الوحدة الدولية هي الباسكال، لكن في الهوائيات نستعمل البار (bar):

$ 1\ bar = 10^5\ Pa = 0{,}1\ MPa $

وبما أن $1\ MPa = 1\ N/mm^2$ فإن $1\ bar = 0{,}1\ N/mm^2$. هذه العلاقة هي مفتاح كل حسابات الجهد: إذا عبّرنا عن الضغط بـ $N/mm^2$ وعن المساحة بـ $mm^2$ خرج الجهد بالنيوتن مباشرة.

> الضغط الذي يقرأه المانومتر ضغط نسبي (فوق الضغط الجوي)، وهو الذي نستعمله في حساب جهد الدافعة: $6\ bar$ تعني $0{,}6\ N/mm^2$.

سلسلة إنتاج الهواء المضغوط ومعالجته

![سلسلة إنتاج الهواء المضغوط ووحدة المعالجة FRL برموز ISO 1219](/uploads/media/gm_l1_production.png)

يبين الشكل في سطره العلوي محطة الإنتاج: محرك كهربائي M يدير الضاغط (compresseur)، ورمزه دائرة على محيطها مثلث فارغ يشير نحو الخارج (المثلث الفارغ خاص بالهواء، والممتلئ خاص بالهيدروليك)، ثم الخزان (réservoir) مع مانومتر. وفي السطر السفلي وحدة المعالجة FRL محاطة بإطار خط-نقطة لأنها عنصر واحد مركب: مرشح، ثم منظم ضغط مع مانومتر، ثم مزيّت، قبل أن يذهب الهواء إلى الدارة.

1) الضاغط (compresseur)

يمتص هواء الجو ويرفع ضغطه (عادة إلى ما بين 7 و 10 bar في المصانع). أشهر أنواعه: الضاغط ذو المكبس (à piston) والضاغط ذو اللوالب (à vis) والضاغط ذو الأرياش (à palettes). يشتغل بشكل متقطع: مفتاح ضغط (pressostat) يوقف المحرك عند بلوغ الضغط الأعلى ويعيد تشغيله عند نزوله إلى الضغط الأدنى.

2) الخزان (réservoir)

دوره تخزين الهواء المضغوط لتغطية ذروات الاستهلاك، وتنظيم الضغط (يمتص تقطع الضاغط)، وتبريد الهواء فيتكاثف جزء من بخار الماء ويُصرَّف من سدادة التفريغ (purge) في أسفله. يجهَّز دائما بمانومتر وصمام أمان (soupape de sécurité) يفتح إذا تجاوز الضغط القيمة المسموحة.

3) المجفف والشبكة

قد يُضاف مجفف (sécheur) لإزالة الرطوبة، ثم تنقل الشبكة (réseau) الهواء إلى الورشة بأنابيب مائلة قليلا (لتسيل المياه نحو نقاط التصريف)، ويُؤخذ الهواء من أعلى الأنبوب الرئيسي لا من أسفله.

4) وحدة المعالجة FRL (unité de conditionnement)

توضع قبل كل آلة وتتكون من ثلاثة عناصر بهذا الترتيب:

| العنصر | الحرف | دوره | رمزه | |---|---|---|---| | المرشح (filtre) | F | يحجز الغبار وقطرات الماء والزيت المتكاثفة؛ يُفرَغ ماؤه دوريا | معين بداخله خط متقطع | | منظم الضغط (régulateur, détendeur) | R | يخفض ضغط الشبكة المتغير إلى ضغط عمل ثابت يضبطه المستعمل (مثلا 6 bar) | مربع بسهم ونابض قابل للضبط، مع مانومتر | | المزيّت (lubrificateur) | L | يضيف ضبابا من الزيت لتزييت الموزعات والدافعات وتقليل الاحتكاك والتآكل | معين بداخله خط متصل وقطرة |

> الترتيب إلزامي: مرشح ثم منظم ثم مزيّت (F ثم R ثم L). المنظم يحتاج هواء نظيفا، والزيت يُضاف في الأخير حتى لا يحجزه المرشح.

ملاحظة: كثير من التجهيزات الحديثة تستعمل مكونات «مزيّتة مدى الحياة» فيُحذف المزيّت وتبقى الوحدة FR. وفي المخططات تُسمى الوحدة 0Z1 (الدارة 0 هي دارة التغذية بالطاقة).

5) رمز التغذية في الدارات

في مخطط الدارة لا نعيد رسم الضاغط والخزان عند كل عنصر، بل نضع عند الفتحة 1 لكل موزع رمز مصدر الهواء المضغوط: دائرة صغيرة في مركزها نقطة. هذا هو الرمز المستعمل في مواضيع البكالوريا، وقد يُكتب بجانبه ضغط التغذية (مثلا 3 bar لعناصر الإشارة و 6 bar لعناصر القدرة).

الضغط والجهد: أول حساب

بما أن $p = F/S$ فإن جهد الهواء على مكبس مساحته $S$ هو:

$ F = p \cdot S $

مثال محلول

المعطيات: ضغط الشبكة $8\ bar$، ومنظم الوحدة FRL مضبوط على $6\ bar$. يُطبق الهواء على مكبس قطره $D = 40\ mm$.

  • حوّل ضغط العمل إلى $MPa$ وإلى $Pa$.
  • احسب مساحة المكبس.
  • احسب الجهد النظري للهواء على المكبس.
  • ماذا يصبح هذا الجهد لو حُذف المنظم فوصل ضغط الشبكة مباشرة؟ ولماذا لا نفعل ذلك؟

الحل:

  • $p = 6\ bar = 0{,}6\ MPa = 0{,}6\ N/mm^2 = 6 \times 10^5\ Pa$.
  • $S = \pi D^2/4 = \pi \times 40^2/4 = 1256{,}6\ mm^2$.
  • $F = p \cdot S = 0{,}6 \times 1256{,}6 = 754{,}0\ N$.
  • بضغط $8\ bar$: $F = 0{,}8 \times 1256{,}6 = 1005{,}3\ N$. لكن ضغط الشبكة غير ثابت (يتغير بين حدي منظم الضاغط وحسب استهلاك الآلات الأخرى)، فيتغير الجهد والسرعة من دورة لأخرى. المنظم يضمن ضغطا ثابتا، أي جهدا وسلوكا ثابتين.

أخطاء شائعة

  • استعمال $6$ بدل $0{,}6$ في $F = p \cdot S$ مع $S$ بـ $mm^2$: يعطي جهدا أكبر بعشر مرات. تذكّر: $1\ bar = 0{,}1\ N/mm^2$.
  • قلب ترتيب عناصر FRL أو نسبة دور «حماية الدارة من الضغط الزائد» إلى المنظم: هذا دور صمام الأمان على الخزان.
  • الخلط بين رمز الضاغط (دائرة بمثلث نحو الخارج) ورمز المحرك الهوائي (دائرة بمثلث نحو الداخل، الجزء 2).

2. المنفذات الهوائية: الدافعات والمحركات

تعريف المنفذ

المنفذ (actionneur) هو العنصر الذي يحوّل الطاقة الهوائية إلى عمل ميكانيكي في الجزء العملي للنظام الآلي. نميز:

  • المنفذات الخطية: الدافعات (vérins) ذات الحركة المستقيمة ذهابا وإيابا، وهي الأكثر استعمالا.
  • المنفذات الدورانية: الدافعة الدورانية (vérin rotatif) بزاوية محدودة، والمحرك الهوائي (moteur pneumatique) بدوران مستمر.

مكونات الدافعة

![مقطعا دافعة بسيطة المفعول ودافعة مزدوجة المفعول مع رمزيهما ورمز المحرك الهوائي](/uploads/media/gm_l1_verins.png)

يبين الشكل مقطعا طوليا لكل دافعة مع التهشير الاصطلاحي (الجسم والغطاءان والمكبس بتهشيرات مختلفة، والساق غير مهشرة لأنها قطعة مصمتة مقطوعة على محورها)، وتحت كل مقطع رمزه حسب ISO 1219، ثم رمز المحرك الهوائي. المكونات هي:

  • الجسم (corps, tube): أنبوب أملس من الداخل يغلقه غطاءان (fonds) في طرفيه.
  • المكبس (piston) مع حلقات الكتامة (joints) التي تفصل الحجرتين.
  • الساق (tige): مثبتة بالمكبس وتخرج من الغطاء الأمامي عبر كتامة.
  • الفتحات (orifices): يدخل منها الهواء ويخرج.

الدافعة بسيطة المفعول (vérin simple effet)

لها فتحة تغذية واحدة. الهواء يدفع المكبس في اتجاه واحد (عادة خروج الساق)، والرجوع بنابض (ressort de rappel). الحجرة الأخرى مفتوحة على الجو بثقب تنفس (évent).

  • تُقاد بموزع 3/2 (فتحة للتغذية وفتحة للتفريغ، الجزء 3).
  • المشوار قصير لأن النابض يجب أن يكون بطول المشوار ويزداد جهده كلما انضغط، وتستهلك الهواء في اتجاه واحد فقط.
  • الاستعمال: التثبيت، الضغط، القذف، الإقفال.
  • الجهد النافع عند الخروج ينقص بمقدار جهد النابض:

$ F = p \cdot S - F_r $

حيث $F_r$ جهد النابض (أكبر قيمة له في نهاية المشوار حيث يكون النابض أكثر انضغاطا). وجهد الرجوع هو جهد النابض وحده وهو ضعيف.

> توجد أيضا دافعات بسيطة المفعول ساقها خارجة عند الراحة: النابض في الحجرة الخلفية يُخرج الساق، والهواء يُدخلها.

الدافعة مزدوجة المفعول (vérin double effet)

لها فتحتان: الهواء يدفع المكبس في الاتجاهين، فتغذية الحجرة الخلفية تُخرج الساق ($\mathrm{A}^+$) وتغذية الحجرة الأمامية تُدخلها ($\mathrm{A}^-$)، وفي كل حركة تُفرَّغ الحجرة المقابلة إلى الجو عبر الموزع.

  • تُقاد بموزع 5/2 (أو 4/2).
  • جهد في الاتجاهين، مشاوير أطول، وتحكم أدق في السرعة.
  • كثير منها مزود بمخمّد قابل للضبط (amortissement réglable) يبطئ المكبس في آخر المشوار لتفادي الصدم.

جهد الخروج وجهد الدخول

عند الخروج يضغط الهواء على كامل مساحة المكبس $S$. عند الدخول يضغط على المساحة الحلقية $S'$ لأن الساق تشغل جزءا من الوجه الأمامي للمكبس:

$ S = \frac{\pi D^2}{4} \qquad S' = \frac{\pi (D^2 - d^2)}{4} $

$ F^+ = p \cdot S \qquad F^- = p \cdot S' $

حيث $D$ قطر المكبس (قطر الجسم من الداخل) و $d$ قطر الساق. إذن جهد الدخول دائما أصغر من جهد الخروج بالضغط نفسه.

الجهد الحقيقي

جزء من جهد الهواء يضيع في الاحتكاك (حلقات الكتامة). نأخذ ذلك بمعامل $\eta$ (مردود، عادة بين $0{,}8$ و $0{,}95$؛ يُعطى في الموضوع):

$ F_{reel} = \eta \cdot p \cdot S $

الأقطار المنظمة

لا تُصنع الدافعات بأي قطر: نختار من السلسلة المنظمة القطر الأقرب الأكبر من القطر المحسوب.

| $D$ (mm) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | |---|---|---|---|---|---|---|---|---| | $d$ (mm) | 8 | 10 | 12 | 16 | 20 | 20 | 25 | 25 |

المنفذات الدورانية

  • الدافعة الدورانية (vérin rotatif): تعطي دورانا بزاوية محدودة (مثلا 90° أو 180°). أشهر أنواعها ذات ترس وشبيكة: مكبسان يحركان شبيكة تعشّق مع ترس على عمود الخروج، فالحركة المستقيمة للمكبسين تتحول إلى دوران. المزدوجة على العمود $C = F \cdot r$ حيث $F = p \cdot S$ جهد المكبس و $r$ نصف القطر الابتدائي للترس. ويوجد نوع ذو ريشة (à palette).
  • المحرك الهوائي (moteur pneumatique): دوران مستمر بسرعات عالية (أدوات يدوية: مفكات، مثاقب، مجلخات). رمزه دائرة على محيطها مثلث يشير نحو الداخل لأنه يستقبل الطاقة، مع سهم دوران على العمود.

أمثلة محلولة

مثال 1: جهدا دافعة مزدوجة المفعول

المعطيات: $D = 50\ mm$، $d = 20\ mm$، $p = 6\ bar$.

  • $S = \pi \times 50^2/4 = 1963{,}5\ mm^2$، $F^+ = 0{,}6 \times 1963{,}5 = 1178{,}1\ N$.
  • $S' = \pi (50^2 - 20^2)/4 = 1649{,}3\ mm^2$، $F^- = 0{,}6 \times 1649{,}3 = 989{,}6\ N$.

جهد الدخول أصغر بنحو 16 % لأن الساق تحجب $314{,}2\ mm^2$ من وجه المكبس.

مثال 2: اختيار قطر دافعة

المطلوب: جهد خروج حقيقي $F = 2000\ N$ بضغط $6\ bar$ ومردود $\eta = 0{,}9$.

$ S \ge \frac{F}{\eta \cdot p} = \frac{2000}{0{,}9 \times 0{,}6} $

أي $S \ge 3703{,}7\ mm^2$، ومنه $D \ge \sqrt{4S/\pi} = 68{,}7\ mm$. القطر المنظم الأكبر هو $D = 80\ mm$. تحقق: $S = 5026{,}5\ mm^2$ و $F_{reel} = 0{,}9 \times 0{,}6 \times 5026{,}5 = 2714{,}3\ N$، وهو أكبر من $2000\ N$. أما $D = 63\ mm$ فيعطي $1683{,}3\ N$ فقط: غير كاف.

مثال 3: دافعة بسيطة المفعول

المعطيات: $D = 32\ mm$، $p = 6\ bar$، جهد النابض في آخر المشوار $F_r = 60\ N$.

$S = 804{,}2\ mm^2$، جهد الهواء $p \cdot S = 482{,}5\ N$، الجهد النافع في آخر المشوار $F = 482{,}5 - 60 = 422{,}5\ N$.

مثال 4: دافعة دورانية بترس وشبيكة

المعطيات: مكبس قطره $40\ mm$، $p = 6\ bar$، نصف القطر الابتدائي للترس $r = 15\ mm$.

$F = 0{,}6 \times 1256{,}6 = 754{,}0\ N$، والمزدوجة $C = F \cdot r = 754{,}0 \times 0{,}015 = 11{,}31\ N\cdot m$.

ملاحظة للامتحان

  • «ما نوع الدافعة؟» يُعرف من عدد الفتحات: فتحة واحدة مع نابض = بسيطة المفعول؛ فتحتان = مزدوجة المفعول. ثم يُستنتج الموزع المناسب: 3/2 للأولى و 5/2 (أو 4/2) للثانية.
  • في جهد الدخول لا تنسَ طرح مساحة الساق، وفي التحجيم خذ القطر المنظم الأكبر ثم تحقق.

3. الموزعات: الترقيم والاستقرار ووسائل القيادة

دور الموزع

الموزع (distributeur) هو المنفذ المتصدر (pré-actionneur) للدافعة: يستقبل أمرا (يدويا أو آليا) فيوجّه الهواء المضغوط إلى إحدى حجرتي الدافعة ويفتح الحجرة الأخرى على الجو. هو إذن «مفتاح» للهواء: إشارة ضعيفة (ضغط إصبع، ضغط قيادة صغير، تيار في وشيعة) تتحكم في طاقة كبيرة.

قواعد تمثيل الموزع (ISO 1219)

  • كل وضعية (position) تمثَّل بمربع؛ عدد المربعات هو عدد الوضعيات.
  • داخل كل مربع: سهم لكل ممر مفتوح (يبين اتجاه سريان الهواء)، وحرف T لكل فتحة مسدودة.
  • الأنابيب الخارجية تُوصل بالمربع الذي يمثل الوضعية الحالية (وضعية الراحة عادة)، والفتحات تُرقَّم على هذا المربع.
  • رموز القيادة تُرسم على جانبي الموزع: كل وسيلة قيادة تفرض المربع المجاور لها.
  • فتحات التفريغ تحمل مثلثا فارغا يشير نحو الخارج، وفتحة التغذية تُوصل برمز المصدر.

لتخيّل تغيير الوضعية: «ادفع» المربعات أفقيا حتى يقع المربع المجاور للقيادة المفعّلة مكان المربع الموصول بالأنابيب، والأنابيب ثابتة لا تتحرك.

التعيين: عدد الفتحات / عدد الوضعيات

يعيَّن الموزع بعددين: عدد الفتحات (orifices) ثم عدد الوضعيات (positions). مثلا 5/2 تعني 5 فتحات ووضعيتين، ولا نحسب فتحات القيادة (12 و 14) ضمن الفتحات.

![رموز الموزعات 3/2 و 4/2 و 5/2 و 5/3 مع ترقيم الفتحات](/uploads/media/gm_l1_distrib.png)

يجمع الشكل الموزعات المقررة مرسومة في وضعية الراحة. في 3/2 NF (normalement fermé، مغلق عند الراحة) المربع الموصول بالأنابيب يسد الفتحة 1 ويوصل 2 بـ 3 (التفريغ)، فإذا ضُغط الزر صار $1 \rightarrow 2$. في 3/2 NO (normalement ouvert) العكس: $1 \rightarrow 2$ عند الراحة. في 5/2 نقرأ: عند الراحة (جهة 12 أو النابض) $1 \rightarrow 2$ و $4 \rightarrow 5$، وعند تفعيل 14 يصبح $1 \rightarrow 4$ و $2 \rightarrow 3$. وفي 5/3 بمركز مغلق كل الفتحات مسدودة في الوضعية الوسطى، فتتوقف الدافعة وتبقى محبوسة الهواء في أي نقطة من مشوارها.

ترقيم الفتحات (ISO 5599)

| الرقم | الوظيفة | الحرف القديم | |---|---|---| | 1 | التغذية بالهواء المضغوط | P | | 2 و 4 | مخارج الاستعمال (نحو الدافعة) | B و A | | 3 و 5 | التفريغ نحو الجو | S و R | | 12 | القيادة التي توصل 1 بـ 2 | Y | | 14 | القيادة التي توصل 1 بـ 4 | Z | | 10 | قيادة تقطع 1 عن المخرج (موزع 3/2 NO) | — |

> رقم القيادة يُقرأ «من 1 إلى …»: القيادة 14 تجعل $1 \rightarrow 4$، والقيادة 12 تجعل $1 \rightarrow 2$. وفي 5/2 الفتحة 5 هي تفريغ المخرج 4، والفتحة 3 تفريغ المخرج 2.

أنواع الموزعات واستعمالها

| الموزع | الفتحات / الوضعيات | الاستعمال المعتاد | |---|---|---| | 3/2 NF | 3 / 2 | دافعة بسيطة المفعول؛ ملتقط أو زر يعطي إشارة هوائية | | 3/2 NO | 3 / 2 | إشارة موجودة عند الراحة تنقطع عند التفعيل (توقف، أمان) | | 4/2 | 4 / 2 | دافعة مزدوجة المفعول (تفريغ مشترك للحجرتين) | | 5/2 | 5 / 2 | دافعة مزدوجة المفعول (تفريغان منفصلان: يسمحان بضبط سرعتي الخروج والدخول كل على حدة) | | 5/3 | 5 / 3 | دافعة مزدوجة المفعول تحتاج توقفا وسط المشوار (مركز مغلق) أو تحريرا للساق (مركز مفرغ) |

موزع أحادي الاستقرار وموزع ثنائي الاستقرار

  • أحادي الاستقرار (monostable): له قيادة واحدة ونابض إرجاع. وضعيته المستقرة الوحيدة هي وضعية النابض: ما دامت الإشارة موجودة يبقى مقلوبا، فإذا زالت رجع بالنابض. لا «يتذكر» شيئا.
  • ثنائي الاستقرار (bistable): له قيادتان متقابلتان (مثلا 14 و 12) وبدون نابض. يكفي نبض قصير على قيادة ليتحول، ثم يحافظ على وضعيته بعد زوال الإشارة إلى أن تصل إشارة القيادة المعاكسة: إنه ذاكرة (mémoire).

| | أحادي الاستقرار | ثنائي الاستقرار | |---|---|---| | القيادات | قيادة + نابض | قيادتان (14 و 12) | | عند زوال الإشارة | يرجع إلى وضعية النابض | يبقى في آخر وضعية | | الإشارة اللازمة | مستمرة طوال الحركة | نبض يكفي | | الاستعمال | ملتقطات، أزرار، دارات أمان | الموزع الرئيسي للدافعة في الدورات الآلية |

> إذا وصلت إشارتان معا على موزع ثنائي الاستقرار، فإنه لا يستطيع التحول ويبقى في وضعيته الحالية، لأن الإشارة المعاكسة تعارض الأمر الجديد: هذا هو التعارض (signal bloquant) الذي سنعالجه في الجزء 5.

وسائل القيادة (التحكم)

![رموز وسائل قيادة الموزعات حسب ISO 1219](/uploads/media/gm_l1_commandes.png)

يبين الشكل رمز كل وسيلة قيادة مرسوما على جانب مربع الموزع:

| الفئة | الوسيلة | الاستعمال | |---|---|---| | يدوية (musculaire) | زر دفعي، رافعة (levier)، دواسة (pédale)، رمز عام | أزرار الانطلاق Dcy، التحكم اليدوي | | ميكانيكية | بكرة (galet)، بكرة قابلة للطي (galet escamotable)، نابض | ملتقطات نهاية المشوار؛ النابض للإرجاع | | هوائية | قيادة بضغط هوائي (مثلث فارغ مع خط قيادة متقطع) | الموزعات الرئيسية المقادة من الملتقطات أو المعقب | | كهربائية | مغناطيس كهربائي (وشيعة) | التحكم من آلة مبرمجة | | كهروهوائية | وشيعة تفتح قيادة هوائية داخلية (servo-pilotage) | موزعات كبيرة بوشيعة صغيرة |

أمثلة محلولة

مثال 1: ربط موزع 5/2 بدافعة

المعطيات: دافعة مزدوجة المفعول ساقها داخلة في الحالة الابتدائية، يقودها موزع 5/2 أحادي الاستقرار (قيادة 14 ونابض).

الحل: في وضعية الراحة (مربع النابض) يكون $1 \rightarrow 2$ و $4 \rightarrow 5$. لكي تبقى الساق داخلة يجب أن يُغذّى وجهها الأمامي، إذن الفتحة 2 توصل بالحجرة الأمامية (جهة الساق) والفتحة 4 بالحجرة الخلفية. عند تفعيل 14: $1 \rightarrow 4$ فتخرج الساق ($\mathrm{1A}^+$) وتُفرَّغ الحجرة الأمامية عبر $2 \rightarrow 3$. وعند زوال الإشارة يرجع النابض الموزع فتدخل الساق.

مثال 2: هل تكفي إشارة القيادة؟

المعطيات: مكبس القيادة في موزع أحادي الاستقرار قطره $15\ mm$، ونابض الإرجاع يقاوم بجهد $20\ N$. ضغط القيادة $3\ bar$.

الحل: مساحة مكبس القيادة $S = \pi \times 15^2/4 = 176{,}7\ mm^2$، وجهد القيادة $F = 0{,}3 \times 176{,}7 = 53{,}0\ N$، وهو أكبر من $20\ N$ فالموزع يتحول. أدنى ضغط قيادة لازم: $p_{min} = 20/176{,}7 = 0{,}113\ N/mm^2$ أي $1{,}13\ bar$. لهذا يمكن تغذية عناصر الإشارة بضغط منخفض (مثلا 3 bar) وعناصر القدرة بـ 6 bar، كما في بعض مواضيع البكالوريا.

أخطاء شائعة

  • كتابة 2/5 بدل 5/2: العدد الأول دائما عدد الفتحات.
  • عدّ فتحات القيادة 12 و 14 ضمن الفتحات.
  • رسم الأنابيب على مربع غير مربع الحالة الحالية، أو تحريك الأنابيب بدل المربعات عند قراءة التحول.
  • نسيان أن الموزع الثنائي الاستقرار يحتفظ بوضعيته: الدافعة لا ترجع وحدها عند زوال الإشارة.

4. الملتقطات والخلايا المنطقية والمؤجلات وعناصر التنظيم

الملتقطات (capteurs)

الملتقط عنصر في الجزء العملي يكتسب معلومة عن حالة النظام (موضع الساق، وجود قطعة) ويرسلها إلى جزء التحكم في شكل إشارة هوائية. في الدارات الهوائية الملتقط هو في الغالب موزع 3/2 NF صغير تقوده وسيلة ميكانيكية: ما دام غير مفعّل فمخرجه 2 مفرغ (الإشارة 0)، وعندما يُفعّل يصل الهواء إلى 2 (الإشارة 1).

![ملتقطا نهاية المشوار 1S1 و 1S2 على الدافعة 1A، وسلوك البكرة القابلة للطي، ومبدأ الملتقط الهوائي بالانعكاس](/uploads/media/gm_l1_capteurs.png)

يبين الشكل في الأعلى الدافعة 1A مع علامتي موضع الملتقطين: 1S1 عند الساق داخلة و 1S2 عند الساق خارجة، والمسافة بينهما هي المشوار. تحت ذلك الملتقطان نفسهما: كل منهما موزع 3/2 NF ببكرة ونابض. الملتقط 1S1 مرسوم مفعّلا (الحدبة تضغط بكرته والأنابيب موصولة بالمربع الأيسر) لأن الساق داخلة في الحالة الابتدائية، أما 1S2 فمرسوم في وضعية الراحة.

التسمية

| الرمز في المخطط | الاسم الوظيفي | المعنى | |---|---|---| | 1S1 | a0 | الساق 1A داخلة (نهاية الدخول) | | 1S2 | a1 | الساق 1A خارجة (نهاية الخروج) | | 2S1 / 2S2 | b0 / b1 | الشيء نفسه للدافعة 2A |

الأسماء a0 و a1 تُستعمل في المعادلات والمتمن (GRAFCET)، والأسماء 1S1 و 1S2 في مخطط الدارة.

أنواع الملتقطات الهوائية

  • ملتقط نهاية المشوار ببكرة (capteur à galet, fin de course): تضغط حدبة مثبتة في طرف الساق على البكرة فيتحول الموزع ما دامت الحدبة فوقها. الإشارة مستمرة طالما الساق في ذلك الموضع.
  • ملتقط ببكرة قابلة للطي (galet escamotable, à action unidirectionnelle): البكرة على ذراع مفصلي. في اتجاه واحد تدفع الحدبة البكرة فيتحول الموزع لحظة مرورها؛ وفي الاتجاه المعاكس ينطوي الذراع فلا يتحول الموزع. يُركّب قبل نهاية المشوار بقليل حتى تمر عليه الحدبة ثم تتجاوزه، فيعطي نبضة قصيرة لا إشارة مستمرة. سنرى في الجزء 5 أنه وسيلة لإزالة الإشارات المتعارضة.
  • ملتقط هوائي للقرب بالانعكاس (détecteur de proximité à réflexion): بدون تلامس. يخرج الهواء من فتحة حلقية في شكل نفث؛ فإذا وُجد جسم على بضعة مليمترات ارتد جزء من النفث في القناة المركزية فظهر ضغط إشارة على الفتحة 2. الإشارة ضعيفة (أجزاء من البار) فتحتاج غالبا مضخم ضغط (amplificateur) قبل قيادة موزع. يناسب الأجسام الهشة أو المتحركة بسرعة.
  • ملتقط بالحاجز الهوائي (barrage): نفث هوائي بين باعث ومستقبل يقطعه الجسم.

الخلايا المنطقية (cellules logiques)

نحتاج أحيانا إلى جمع إشارتين: «زر الانطلاق و الساق داخلة»، «الزر 1 أو الزر 2». نستعمل لذلك خليتين هوائيتين لهما مدخلان (يرقمان 1 و 1) ومخرج 2.

![الخلية «أو» والخلية «و»: رمزا ISO 1219 والرمزان المنطقيان مع المعادلة](/uploads/media/gm_l1_logique.png)

يبين الشكل لكل خلية رمزها حسب ISO 1219 (يسارا) ورمزها المنطقي المستعمل في مواضيع البكالوريا (يمينا: ≥1 للخلية «أو» و & للخلية «و»).

  • الخلية «أو» (cellule OU, sélecteur de circuit): كرية تتحرك بين مقعدين. الهواء القادم من مدخل يدفع الكرية نحو المدخل الآخر فيسده (حتى لا يتسرب الهواء منه) ويخرج من 2. المعادلة $S = a + b$. الاستعمال: قيادة دافعة من مكانين.
  • الخلية «و» (cellule ET, clapet double pression): إذا وصل الهواء من مدخل واحد دفع المغلاق فسد مروره هو نفسه؛ لا يخرج الهواء من 2 إلا إذا وُجد الضغط في المدخلين معا. المعادلة $S = a \cdot b$. الاستعمال: شرط الانطلاق (Dcy و a0)، والقيادة بكلتا اليدين للأمان.

| a | b | $S$ للخلية «أو» | $S$ للخلية «و» | |---|---|---|---| | 0 | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | 0 | | 1 | 0 | 1 | 0 | | 1 | 1 | 1 | 1 |

> الدالتان «نعم» و«لا» تُنجزان بموزع 3/2: 3/2 NF يعطي $S = a$ (نعم)، و 3/2 NO يعطي $S = \overline{a}$ (لا). تفصيل المنطق التوفيقي وجداول كارنوغ في الدرس الموالي.

المؤجلات (temporisateurs)

المؤجل الهوائي يؤخر ظهور إشارة مدة قابلة للضبط (مثلا ثبات قطعة تحت المكبس 5 s). يتكون من محدد تدفق بصمام عدم رجوع يملأ خزانا صغيرا (capacité)، يليه موزع 3/2 يقوده الضغط في الخزان: عندما تصل الإشارة يمتلئ الخزان تدريجيا عبر الخانق، فإذا بلغ ضغطه عتبة تحول الموزع 3/2 وأعطى الإشارة المؤجلة. كلما قلّ فتح الخانق طال التأجيل. عند زوال الإشارة يُفرَّغ الخزان بسرعة عبر صمام عدم الرجوع فيعود المؤجل جاهزا.

عناصر التنظيم: ضبط السرعة

سرعة الساق تتعلق بتدفق الهواء: نضبطها بخنق الهواء الداخل أو الخارج من الدافعة.

  • محدد التدفق ذو الاتجاه الواحد (réducteur de débit unidirectionnel): خانق قابل للضبط موصول على التوازي مع صمام عدم رجوع (clapet anti-retour). في اتجاه يمر الهواء حرا عبر الصمام، وفي الاتجاه الآخر يُجبر على المرور من الخانق فيُكبح.
  • صمام التفريغ السريع (soupape d'échappement rapide): يُركّب على فتحة الدافعة مباشرة؛ عند التفريغ يفتح الحجرة على الجو في مكانها بدل أن يعود الهواء عبر الأنبوب والموزع، فتزداد سرعة الساق.

![ضبط السرعة عند التفريغ بمحددي تدفق، وتفصيل محدد التدفق ورمز صمام التفريغ السريع](/uploads/media/gm_l1_vitesse.png)

في الشكل يُركّب المحددان 1V2 و 1V3 بين الموزع 1V1 والدافعة 1A، وصمام عدم الرجوع في كل منهما يسمح بمرور الهواء حرا نحو الدافعة ويُجبر الهواء الخارج منها على المرور بالخانق. هذا هو الضبط عند التفريغ (réglage à l'échappement): 1V3 يضبط سرعة الخروج (لأنه يكبح هواء الحجرة الأمامية الذي يخرج أثناء $\mathrm{1A}^+$)، و 1V2 يضبط سرعة الدخول.

> الدافعة مزدوجة المفعول: نضبط السرعة عند التفريغ؛ يبقى المكبس محصورا بين وسادتين من الهواء فتكون الحركة أكثر انتظاما ولو تغيّر الحمل. الدافعة بسيطة المفعول: نضبط عند التغذية لأن لها فتحة واحدة (والحجرة الأخرى مفتوحة على الجو).

مثال محلول: ضبط السرعة

المعطيات: دافعة مزدوجة المفعول $D = 50\ mm$، مشوارها $250\ mm$، نريد أن يدوم الخروج $2{,}5\ s$.

  • احسب السرعة المتوسطة للساق.
  • احسب حجم الهواء (تحت ضغط العمل) الذي يدخل الحجرة الخلفية في الثانية.
  • على أي محدد نتصرف لضبط هذه السرعة، وفي أي اتجاه؟

الحل:

  • $v = C/t = 250/2{,}5 = 100\ mm/s$.
  • $Q = S \cdot v = 1963{,}5 \times 100 = 196\,350\ mm^3/s$، أي $0{,}196\ L/s$ تقريبا.
  • الخروج يُضبط بكبح هواء الحجرة الأمامية الخارج: نتصرف على المحدد الموجود على خط الحجرة الأمامية (1V3 في الشكل)؛ نغلق الخانق قليلا لإبطاء الخروج ونفتحه لتسريعه، دون أن يتأثر الدخول لأن الهواء يمر حرا عبر صمام عدم الرجوع عند تغذية هذه الحجرة.

أخطاء شائعة

  • رسم صمام عدم الرجوع مقلوبا: في الضبط عند التفريغ يجب أن يكون المرور الحر نحو الدافعة.
  • الاعتقاد أن الخلية «و» تعطي ضغطا أكبر: مخرجها يأخذ أصغر الضغطين.
  • نسيان أن البكرة القابلة للطي لا تعطي إشارة إلا في اتجاه واحد، فيجب ذكر اتجاه تفعيلها.

5. قراءة الدارات الهوائية ورسمها: التسمية والقيادة والدورات

بنية المخطط الهوائي

يُرسم المخطط الهوائي (schéma pneumatique) حسب سلسلة الطاقة والمعلومة، من الأسفل إلى الأعلى:

| المستوى (من الأسفل) | العناصر | المثال | |---|---|---| | التغذية | وحدة FRL، رموز المصدر | 0Z1 | | إدخال الإشارات | الأزرار والملتقطات (موزعات 3/2) | 1S1، 1S2، 1S3 | | معالجة الإشارات | الخلايا «و» و«أو»، المؤجلات | 1V2 | | المنفذات المتصدرة | الموزعات الرئيسية | 1V1 | | المنفذات | الدافعات والمحركات | 1A |

قواعد الرسم:

  • الطاقة تصعد من الأسفل إلى الأعلى، والدافعات أفقية في أعلى المخطط.
  • خطوط القدرة متصلة، وخطوط القيادة (الإشارات) متقطعة.
  • المخطط يمثل الحالة الابتدائية (الساق داخلة عادة)، والعنصر المفعّل في هذه الحالة (مثل الملتقط a0) يُرسم مفعّلا.
  • الملتقطات تُرسم في الأسفل مع موزعاتها، ويُشار إلى موضعها على الدافعة بعلامة تحمل اسمها.

التسمية (ISO 1219-2)

يُسمى كل عنصر برقم السلسلة (رقم الدافعة التي يخدمها، و 0 لدارة التغذية) ثم حرف نوعه ثم رقم ترتيبه:

| الحرف | النوع | أمثلة | |---|---|---| | A | منفذ (دافعة، محرك) | 1A، 2A | | V | صمام: موزع، خلية، محدد تدفق | 1V1 الموزع الرئيسي، 1V2، 1V3 | | S | عنصر إشارة: زر، ملتقط | 1S1 (a0)، 1S2 (a1)، 1S3 (Dcy) | | Z | عنصر آخر: وحدة FRL | 0Z1 | | P | ضاغط | 0P1 |

> قد تجد في بعض الكتب الترقيم القديم: 1.0 للدافعة، 1.1 لموزعها، أرقام زوجية 1.2 و 1.4 للعناصر التي تأمر بالخروج وفردية 1.3 و 1.5 للعناصر التي تأمر بالدخول، و 1.01 و 1.02 لمحددات التدفق.

القيادة المباشرة والقيادة غير المباشرة

![القيادة المباشرة لدافعة بسيطة المفعول والقيادة غير المباشرة لدافعة مزدوجة المفعول](/uploads/media/gm_l1_commande.png)

  • القيادة المباشرة (أعلى الشكل): الزر 1S1 (موزع 3/2 NF) يغذي الدافعة 1A نفسها. عند الضغط تخرج الساق، وعند الترك يفرغ الموزع الدافعة ($2 \rightarrow 3$) فيرجعها النابض. تصلح لدافعات صغيرة قريبة من العامل.
  • القيادة غير المباشرة (أسفل الشكل): الزران لا يغذيان الدافعة بل يقودان موزعا رئيسيا 1V1 (5/2 ثنائي الاستقرار) يمر منه تدفق القدرة. الزر 1S1 يرسل إشارة إلى 14 فتخرج الساق، والزر 1S2 يرسل إشارة إلى 12 فتدخل. يكفي ضغط قصير على كل زر لأن 1V1 يحفظ وضعيته. تُستعمل عندما تكون الدافعة كبيرة أو الأوامر بعيدة أو آلية (ملتقطات).

الدورة نصف الآلية لدافعة واحدة

![دورة نصف آلية: زر الانطلاق والملتقط a0 عبر خلية «و» على 14، والملتقط a1 على 12](/uploads/media/gm_l1_semiauto.png)

المطلوب: عند الضغط على Dcy تخرج الساق، ثم ترجع وحدها عند بلوغ نهاية مشوارها، وتتوقف في انتظار ضغطة جديدة. في الشكل:

  • الملتقط 1S1 (a0) مضغوط في الحالة الابتدائية لأن الساق داخلة.
  • الخلية «و» 1V2 لا تعطي إشارة على 14 إلا إذا كان Dcy و a0 معا.
  • الملتقط 1S2 (a1) يقود 12 مباشرة.

معادلتا القيادة:

$ 1V1(14) = \mathrm{Dcy} \cdot a_0 \qquad 1V1(12) = a_1 $

السير: الضغط على Dcy والساق داخلة: 14 يتحول ← $\mathrm{1A}^+$. تغادر الساق a0 (لا أثر لأن 1V1 ذاكرة). تبلغ a1 ← إشارة على 12 ← $\mathrm{1A}^-$. تبلغ a0 فتتوقف. دور a0 في الشرط: منع إعادة الانطلاق قبل رجوع الساق كاملة. وإذا بقي العامل ضاغطا على Dcy فإن الدورة تتكرر عند كل وصول إلى a0 (دورة مستمرة)، لذلك تُستعمل أحيانا خلية مع مفتاح اختيار «دورة/دورات».

مخطط الطور-الانتقال (diagramme espace-phase)

يمثل حالة كل دافعة (0 داخلة، 1 خارجة) بدلالة الأطوار المتتالية للدورة: لكل دافعة سطر، ولكل طور خط عمودي مرقم. الحركة تُرسم خطا مائلا بين طورين، والتوقف خطا أفقيا. ونرسم عليه الإشارات (أسهما) التي تأمر بكل حركة: من الملتقط الذي يُفعّل في نهاية حركة إلى بداية الحركة التي يأمر بها.

دافعتان: الدورة $\mathrm{1A}^+\ \mathrm{2A}^+\ \mathrm{2A}^-\ \mathrm{1A}^-$

مثال: الدافعة 1A ترفع قطعة، ثم 2A تدفعها، ثم ترجع 2A، ثم تنزل 1A.

![دارة دورة الدافعتين 1A و 2A بملتقطين ببكرة قابلة للطي، وتحتها مخطط الطور-الانتقال](/uploads/media/gm_l1_deux_verins.png)

المعادلات الأولى ومشكلة التعارض

بقراءة الدورة: كل حركة يأمر بها الملتقط الذي يؤكد انتهاء الحركة السابقة:

| الحركة | تأمر بها | القيادة | |---|---|---| | $\mathrm{1A}^+$ | $\mathrm{Dcy} \cdot a_0$ | 1V1(14) | | $\mathrm{2A}^+$ | $a_1$ | 2V1(14) | | $\mathrm{2A}^-$ | $b_1$ | 2V1(12) | | $\mathrm{1A}^-$ | $b_0$ | 1V1(12) |

لو استعملنا ملتقطات عادية ببكرة لظهرت مشكلتان:

  • عند الانطلاق الساق 2A داخلة فالملتقط b0 مفعّل: الموزع 1V1 يتلقى في آن واحد Dcy·a0 على 14 و b0 على 12 فلا يتحول، ولا تخرج 1A.
  • عند الطور 3 الساق 1A ما زالت خارجة فالملتقط a1 مفعّل: الموزع 2V1 يتلقى b1 على 12 و a1 على 14 فلا ترجع 2A.

هاتان إشارتان متعارضتان (signaux bloquants): إشارة مستمرة على قيادة تمنع القيادة المعاكسة.

الحل بالبكرة القابلة للطي

نجعل الإشارتين المتعارضتين نبضتين: a1 (1S2) ملتقط ببكرة قابلة للطي يُفعّل أثناء خروج 1A فقط، و b0 (2S1) ملتقط ببكرة قابلة للطي يُفعّل أثناء دخول 2A فقط. يُركّب كل منهما قبل نهاية المشوار بقليل، فيعطي نبضة عند مرور الحدبة ثم يتحرر: عند الانطلاق لا يكون b0 مفعّلا، وعند الطور 3 لا يكون a1 مفعّلا. هذا ما يبينه الشكل: 2S1 و 1S2 بذراع مفصلي، و 2S2 و 1S1 ببكرة عادية.

في مخطط الطور-الانتقال أسفل الشكل نقرأ: Dcy·a0 يطلق $\mathrm{1A}^+$ (الطور 1 إلى 2)، ثم a1 يطلق $\mathrm{2A}^+$، ثم b1 يطلق $\mathrm{2A}^-$، ثم b0 يطلق $\mathrm{1A}^-$، وتعود الدافعتان إلى الحالة 0 في الطور 5 (الذي هو الطور 1 للدورة الموالية).

> طرق أخرى لإزالة التعارض: موزعات ذاكرة إضافية (طريقة التعاقب)، أو المعقب الهوائي (séquenceur): سلسلة وحدات (modules)، وحدة لكل مرحلة، كل وحدة ذاكرة تُفعّل مخرجها حين تكون الوحدة السابقة نشطة ويصل الشرط، وتُلغي الوحدة السابقة. هكذا لا يبقى إلا مخرج واحد نشط فلا يقع تعارض. تفصيله في درس المعقب الهوائي.

مثال محلول: زمن الدورة والإنتاج

المعطيات: للدورة السابقة: $\mathrm{1A}^+$ يدوم $2\ s$، $\mathrm{2A}^+$ يدوم $1{,}5\ s$، $\mathrm{2A}^-$ يدوم $1{,}5\ s$، $\mathrm{1A}^-$ يدوم $2\ s$، وزمن التحول والإشارات مهمل.

  • احسب زمن الدورة.
  • احسب عدد الدورات في الدقيقة وعدد القطع في الساعة (قطعة في كل دورة) إذا كان التشغيل متواصلا.

الحل:

  • الحركات متتالية: $T = 2 + 1{,}5 + 1{,}5 + 2 = 7\ s$.
  • $N = 60/7 = 8{,}57$ دورة في الدقيقة، وفي الساعة $3600/7 = 514{,}3$ أي $514$ قطعة كاملة.

ملاحظة للامتحان: إتمام ربط دارة

  • صل 4 بالحجرة التي تعطي الحركة المطلوبة عند تفعيل 14 (عادة الخلفية للخروج) و 2 بالأخرى، مع احترام الحالة الابتدائية المرسومة.
  • غذّ كل ملتقط وزر (الفتحة 1 برمز المصدر)، وصل مخرجه 2 بخط متقطع إلى القيادة المناسبة.
  • اكتب معادلة كل قيادة، وتحقق من عدم وجود إشارتين معا على موزع ثنائي الاستقرار.

6. تمارين محلولة بنمط البكالوريا

التمرين 1: مكبس تركيب الجلبات بالقيادة بكلتا اليدين

التقديم: مكبس هوائي يُدخل جلبة في ثقب قطعة. الدافعة 1A مزدوجة المفعول تنزل بالمخرز (خروج الساق) ثم ترجع. لحماية العامل لا ينطلق النزول إلا إذا ضغط الزرين 1S3 و 1S4 معا والساق في موضعها العلوي (a0). عند بلوغ a1 ترجع الساق آليا. سرعة النزول مضبوطة بمحدد التدفق 1V4.

![مخطط مكبس الجلبات: القيادة بكلتا اليدين عبر خليتي «و» والرجوع الآلي بالملتقط a1](/uploads/media/gm_l1_ex_presse.png)

يبين الشكل المخطط الكامل: الزران 1S3 و 1S4 يدخلان الخلية «و» 1V2، ومخرجها مع الملتقط 1S1 (a0، مضغوط في الحالة الابتدائية) يدخلان الخلية «و» 1V3 التي تقود 1V1(14)؛ والملتقط 1S2 (a1) يقود 1V1(12)؛ والمحدد 1V4 على خط الحجرة الأمامية.

المعطيات: $D = 63\ mm$، $d = 20\ mm$، $p = 6\ bar$، $\eta = 0{,}9$، جهد التركيب اللازم $1500\ N$، المشوار $120\ mm$، زمن النزول المطلوب $1{,}5\ s$.

الأسئلة:

  • سمِّ العناصر 1A و 1V1 و 1V2 و 1V4، وحدد نوع الموزع 1V1.
  • اكتب معادلتي الأمرين 1V1(14) و 1V1(12).
  • تحقق من أن الدافعة تعطي جهد التركيب اللازم، واحسب جهد الرجوع الحقيقي.
  • أي حركة يضبطها 1V4؟ علّل. احسب السرعة المطلوبة وتدفق الهواء الداخل إلى الحجرة الخلفية تحت ضغط العمل.
  • يترك العامل أحد الزرين أثناء النزول. ماذا يحدث؟ علّل.

الحل:

  • 1A: دافعة مزدوجة المفعول (منفذ). 1V1: موزع 5/2 ثنائي الاستقرار بقيادة هوائية من الجهتين (منفذ متصدر). 1V2: خلية «و» (clapet double pression) تجمع الزرين. 1V4: محدد تدفق ذو اتجاه واحد (خانق + صمام عدم رجوع).
  • باستعمال الأسماء الوظيفية:

$ 1V1(14) = 1S3 \cdot 1S4 \cdot a_0 $

$ 1V1(12) = a_1 $

  • $S = \pi \times 63^2/4 = 3117{,}2\ mm^2$، $F^+ = 0{,}9 \times 0{,}6 \times 3117{,}2 = 1683{,}3\ N$. بما أن $1683{,}3 > 1500$ فالجهد كاف. الرجوع: $S' = \pi (63^2 - 20^2)/4 = 2803{,}1\ mm^2$ و $F^- = 0{,}54 \times 2803{,}1 = 1513{,}7\ N$.
  • 1V4 على خط الحجرة الأمامية، وصمام عدم الرجوع فيه يسمح بالمرور الحر نحو الدافعة: أثناء النزول ($\mathrm{1A}^+$) يخرج هواء الحجرة الأمامية ويُجبر على المرور بالخانق، فهو يضبط سرعة النزول (ضبط عند التفريغ)، ولا يؤثر على الرجوع. السرعة $v = 120/1{,}5 = 80\ mm/s$، والتدفق $Q = S \cdot v = 3117{,}2 \times 80 = 249\,380\ mm^3/s$ أي نحو $0{,}249\ L/s$.
  • الموزع 1V1 ثنائي الاستقرار: بعد تحوله يحفظ وضعيته ولو زالت إشارة 14، فتواصل الساق النزول حتى a1 ثم ترجع. القيادة بكلتا اليدين هنا تحمي اليدين عند الانطلاق فقط؛ ولإيقاف النزول عند ترك زر يجب موزع أحادي الاستقرار يحتاج إشارة مستمرة.

التمرين 2: نظام رفع ونقل قطع

التقديم: الدافعة 1A (شاقولية) ترفع منصة عليها قطعة، ثم الدافعة 2A تدفع القطعة على بساط علوي، ثم تنزل 1A بينما تبقى ساق 2A خارجة تمنع رجوع القطعة، ثم ترجع 2A. الدورة: $\mathrm{1A}^+\ \mathrm{2A}^+\ \mathrm{1A}^-\ \mathrm{2A}^-$، الانطلاق بالزر Dcy. الدافعتان مزدوجتا المفعول، يقود كلا منهما موزع 5/2 ثنائي الاستقرار بقيادة هوائية.

المعطيات: كتلة المنصة مع القطعة $m = 80\ kg$، $g = 9{,}81\ m/s^2$، $p = 6\ bar$، $\eta = 0{,}9$. أزمنة الحركات: $\mathrm{1A}^+$ يدوم $1{,}2\ s$، $\mathrm{2A}^+$ يدوم $0{,}8\ s$، $\mathrm{1A}^-$ يدوم $1{,}0\ s$، $\mathrm{2A}^-$ يدوم $0{,}8\ s$.

الأسئلة:

  • احسب الجهد اللازم لرفع المنصة، ثم القطر الأدنى للدافعة 1A، واختر القطر المنظم (20، 25، 32، 40، 50، 63، 80، 100).
  • ارسم (في جدول) مخطط الطور-الانتقال للدافعتين.
  • اكتب معادلات الأوامر الأربعة.
  • هل توجد إشارة متعارضة؟ ما نوع الملتقطات اللازمة؟
  • احسب زمن الدورة وعدد الدورات في الدقيقة.

الحل:

  • الوزن $P = m \cdot g = 80 \times 9{,}81 = 784{,}8\ N$. الشرط $\eta \cdot p \cdot S \ge P$:

$ S \ge \frac{784{,}8}{0{,}9 \times 0{,}6} = 1453{,}3\ mm^2 $

ومنه $D \ge \sqrt{4 \times 1453{,}3/\pi} = 43{,}0\ mm$. نختار $D = 50\ mm$: $F^+ = 0{,}54 \times 1963{,}5 = 1060{,}3\ N$ أكبر من $784{,}8\ N$. القطر $40\ mm$ يعطي $678{,}6\ N$ فقط فلا يرفع المنصة.

  • مخطط الطور-الانتقال (1 خارجة، 0 داخلة):

| الطور | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |---|---|---|---|---|---| | 1A | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | | 2A | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | | الحركة الموالية | $\mathrm{1A}^+$ | $\mathrm{2A}^+$ | $\mathrm{1A}^-$ | $\mathrm{2A}^-$ | نهاية الدورة | | الإشارة | Dcy و b0 | a1 | b1 | a0 | — |

  • المعادلات:

| الأمر | المعادلة | |---|---| | 1V1(14) | $\mathrm{Dcy} \cdot b_0$ | | 2V1(14) | $a_1$ | | 1V1(12) | $b_1$ | | 2V1(12) | $a_0$ |

  • نتحقق عند كل أمر من غياب الإشارة المعاكسة على الموزع نفسه: عند $\mathrm{1A}^+$ تكون 2A داخلة فـ $b_1 = 0$؛ عند $\mathrm{2A}^+$ تكون 1A خارجة فـ $a_0 = 0$؛ عند $\mathrm{1A}^-$ تكون 2A خارجة فـ $b_0 = 0$؛ عند $\mathrm{2A}^-$ تكون 1A داخلة فـ $a_1 = 0$. لا يوجد تعارض، فتكفي ملتقطات 3/2 NF عادية ببكرة.
  • $T = 1{,}2 + 0{,}8 + 1{,}0 + 0{,}8 = 3{,}8\ s$، و $N = 60/3{,}8 = 15{,}8$ دورة في الدقيقة.

التمرين 3: ملزمة هوائية بدافعة بسيطة المفعول

التقديم: ملزمة تثبت قطعة قبل تثقيبها. الدافعة بسيطة المفعول (خروج بالهواء، رجوع بنابض) يقودها العامل بدواسة.

المعطيات: $D = 40\ mm$، جهد النابض في آخر المشوار $F_r = 80\ N$، ضغط العمل $6\ bar$، جهد الشد اللازم $500\ N$.

الأسئلة:

  • ما الموزع المناسب؟ اذكر عدد فتحاته ووضعياته، ونوع استقراره ووسيلة قيادته، وكيف تُوصل فتحاته.
  • احسب جهد الشد عند $6\ bar$ (الاحتكاك مهمل).
  • احسب أدنى ضغط يضمن جهد الشد اللازم، وقل هل يبقى الشد كافيا إذا نزل الضغط إلى $5\ bar$.
  • كيف نبطئ خروج الساق دون إبطاء رجوعها؟

الحل:

  • موزع 3/2 NF أحادي الاستقرار بدواسة ونابض: 3 فتحات ووضعيتان. الفتحة 1 بالتغذية، والفتحة 2 بفتحة الدافعة، والفتحة 3 تفريغ. عند الضغط على الدواسة $1 \rightarrow 2$ فتشد الملزمة؛ وعند تركها $2 \rightarrow 3$ فيرجع النابض الساق.
  • $S = 1256{,}6\ mm^2$، $p \cdot S = 0{,}6 \times 1256{,}6 = 754{,}0\ N$، جهد الشد $F = 754{,}0 - 80 = 674{,}0\ N$ وهو أكبر من $500\ N$.
  • يجب $p \cdot S - F_r \ge 500$، أي $p \ge 580/1256{,}6 = 0{,}462\ N/mm^2$، أي $4{,}62\ bar$. عند $5\ bar$: $0{,}5 \times 1256{,}6 - 80 = 548{,}3\ N$، فالشد يبقى كافيا.
  • نضع محدد تدفق ذا اتجاه واحد بين الموزع والدافعة يكبح الهواء الداخل إلى الدافعة (ضبط عند التغذية، لأن للدافعة فتحة واحدة) ويسمح بمرور الهواء الخارج حرا عبر صمام عدم الرجوع، فيبقى الرجوع سريعا.

الجزء الأول من الدرس مفتوح للجميع، وبقيته مع الاشتراك.

تمرّن على هذا الدرس

تمارين درس الأجهزة الهوائية (60 تمريناً) — تمارين مصحّحة، أوّلها مفتوح للجميع.

دروس أخرى في هندسة ميكانيكية