دليل شامل حول أنظمة النقل بالسلاسل وأنواعها: معرفة أساسية للمهندسين

​

تتميز المحركات ذات السلسلة بأنها حلٌّ أساسيٌّ في نقل الطاقة الميكانيكية، ويتم استخدامها على نطاق واسع لنقل الطاقة بين المكونات سواءً على مسافات طويلة (مثل المحركات البحرية التي يبلغ ارتفاعها خمسة طوابق) أو قصيرة (مثل الدراجات الهوائية). وتحتل هذه المحركات مكانة ضمن أكثر خمس طرق شيوعاً في نقل الطاقة الميكانيكية، إلى جانب الوصلات (Couplings) ومحركات التروس (Gear drives) ومحركات الحزام (Belt drives) والمسامير ذات الطاقة (Power screws). لكل طريقة من هذه الطرق ميزاتها وعيوبها الخاصة، لذا يجب على المهندسين أن يقيموا هذه العوامل بدقة لاتخاذ الخيار الأمثل وفقاً للتطبيق المطلوب. يتناول هذا المقال أساسيات محركات السلسلة وأنواعها المختلفة وتصنيفات السلسلة الشائعة ومعايير الاختيار بالإضافة إلى المزايا والعيوب الرئيسية.

ما هي محركات السلسلة؟

محرك السلسلة هو نظام لنقل الطاقة الميكانيكية يستخدم سلسلة لنقل الطاقة من موقع إلى آخر. تتكون المحركات ذات السلسلة النموذجية من اثنين أو أكثر من العجلات المسننة (Sprockets) والسلسلة نفسها، حيث تنزلق فتحات روابط السلسلة فوق أسنان العجلات المسننة.
عندما يدور المحرك الرئيسي (على سبيل المثال، محرك كهربائي أو محرك احتراق داخلي)، فإنه يدور الترس المرفق على عموده. يحرك هذا الدوران السلسلة الملفوفة حول الترس، والتي بدورها تطبّق قوة ميكانيكية على العمود المُدْرَك، مما يُحقق نقل القوة بشكل فعّال.

المقارنات الرئيسية مع طرق النقل الأخرى

مقابل نواقل الحزام: على عكس نواقل الحزام، توفر نواقل السلسلة عدم الانزلاق تمامًا، مما يضمن نسبة سرعة ثابتة. ويتم بذلك إزالة التأخير في نقل القدرة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات مثل سلاسل التوقيت في محركات الاحتراق الداخلي. تأتي خسارة القدرة الوحيدة في نواقل السلسلة من الاحتكاك بين حلقات السلسلة والتروس، مما يؤدي إلى كفاءة ميكانيكية أعلى.
مقابل نواقل التروس: تكون نواقل السلسلة أكثر مرونة من حيث المسافة التشغيلية. فهي متفوقة عندما تكون المسافة بين المحاور أكبر من تلك التي يمكن التعامل معها باستخدام التروس، مع الحفاظ في الوقت نفسه على تكوين مدمج. علاوة على ذلك، يمكن للسلسلة الواحدة أن تُشغل عدة محاور في وقت واحد، وهي ميزة لا تكاد التروس تحققها.

أنواع نواقل الحركة بالسلسلة (حسب الوظيفة)

تنقسم نواقل الحركة بالسلسلة إلى ثلاثة أنواع رئيسية بناءً على وظيفتها الأساسية، وكل نوع مصمم لتلبية احتياجات تطبيقية محددة:

1. نواقل الحركة بالسلسلة لنقل القدرة

 تم تصميم هذه النواقل بشكل حصري لنقل القدرة بين عمودين، وهي تعالج تحديًا شائعًا: لا يمكن لمعظم الآلات المنتجة للقدرة (على سبيل المثال لا الحصر، المحركات في المضخات) استخدام القدرة التي تنتجها في الموقع نفسه.
التطبيقات الشائعة: الدراجات الهوائية، والماكينات الزراعية، والمضخات، وعمود الحدبات في المحركات - جميعها تعتمد على سلاسل نقل القدرة لنقل القدرة من المصدر إلى نقطة الاستخدام.

2. نواقل الحركة بالسلسلة للناقلات

تم تصميم نواقل الحركة بالسلسلة للناقلات لمهام مناولة المواد. وتتميز هذه النواقل بمئات التصاميم المختلفة ذات الخصائص المخصصة، مثل الاحتكاك المنخفض، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة المواد الكيميائية، والخصائص المضادة للسكونية أو المغناطيسية. كما يمكن إضافة ملحقات إلى السلسلة لتلبية احتياجات متنوعة.
الاستخدامات الصناعية: تُستخدم على نطاق واسع في تغليف المواد، وتصنيع السيارات، وإنتاج الأغذية والمشروبات، والصناعات الدوائية، وقطاع النسيج لنقل المواد بكفاءة.

3. نواقل الحركة بالسلاسل لرفع وجر الأحمال

تُستخدم هذه النواقل في الآلات لرفع وخفض الأحمال الثقيلة، وغالبًا ما تعمل مع البكرات لتقليل الجهد المطلوب. ومن الأمثلة عليها الرافعات السلسلية (يدوية أو كهربائية أو هوائية)، والتي تُستخدم بشكل شائع في ورش الصيانة ومواقع البناء وغرف محركات السفن والمصانع، ويمكنها رفع وخفض أحمال تصل إلى 20 طنًا.
تنقسم السلاسل المستخدمة في الرفع إلى نوعين فرعيين:

السلاسل البيضوية (السلاسل الحلزونية): تُستخدم في رفع الأحمال متوسطة إلى منخفضة وبسرعة منخفضة. تتكون حلقاتها من شكل بيضوي وتتصل ببعضها البعض عن طريق اللحام. يمكن استخدام السلاسل ذات الحلقات المربعة كخيار بديل في بعض الأحيان، لكنها تُجنب عادةً بسبب توزيعها غير الجيد للضغط وميلها إلى التشابك.
سلاسل مسمارية: تُفضل لتطبيقات التحميل العالي. تحتوي كل حلقة على دبوس مثبت في عرضها الداخلي، مما يمنع التشابك ويزيد من القوة والمتانة. تُستخدم بشكل شائع في مراسي السفن ومعدات الرفع الثقيلة الأخرى.

أنواع السلاسل الشائعة في نواقل الحركة

خمسة أنواع من السلاسل تهيمن على الاستخدامات الصناعية والتجارية، ولكل نوع بنية ومزايا مختلفة:

1. السلاسل الأسطوانية (سلاسل الأسطوانة ذات الجلبة)

نوع السلسلة الأكثر شيوعًا، وتُستخدم السلاسل الأسطوانية (أو سلاسل الأسطوانة ذات الجلبة) على نطاق واسع في نقل القدرة في الدراجات الهوائية والدراجات النارية ومعدات النقل. وعادةً ما تُصنع من الفولاذ الكربوني البسيط أو سبائك الفولاذ.
التركيب: يتكون من صفائح داخلية (صفائح الأسطوانة)، وصفائح خارجية (صفائح الدبوس)، وجُبُر، ودُبابيس، وأسطوانات. تُوزَّع الأسطوانات بشكل متساوٍ بين الحلقات، وتشتبك مع أسنان الترس لتحريك القدرة.
المزايا الرئيسية: تدور البكرات حسب الحاجة عند ملامستها لأسنان الترس، مما يقلل من فقدان القدرة. في السلاسل الناقلة، يكون ارتفاع صفائح البكرات (على جانبي البكرات) أكبر من قطر البكرة، مما يمنع لوحات الجانب من لمس التروس وتعمل كدليل لتجنب انزلاق السلسلة. بالنسبة للسلاسل الناقلة ذات البكرات، يكون قطر البكرة أكبر من ارتفاع قضبان الجانب، مما يلغي الاتصال بين قضبان الجانب وممرات الناقل لتقليل الاحتكاك. تتوفر سلاسل بكرات متعددة الخيوط للاحتياجات ذات القدرة العالية، مما يسمح بسرعات أقل ودرجات أصغر لنفس متطلبات الحمل.

2. السلاسل الصامتة (السلاسل ذات الأسنان المقلوبة)

عادةً ما تكون محركات السلسلة التقليدية صاخبة، مما يجعلها غير مناسبة للبيئات الحساسة للضوضاء مثل الأماكن المغلقة والمناجم والمناطق السكنية. تحل السلاسل الصامتة (أو السلاسل ذات الأسنان المقلوبة) هذه المشكلة من خلال التشغيل الهادئ في حين نقل قدرة عالية عند السرعات العالية.
الهيكل: يتكون من صفائح مسطحة مرتبة في صفوف ومربوطة بمسامير واحدة أو أكثر. ويحتوي أسفل كل رابط على نتوء يطابق أسنان الترس لتوفير اشتباك سلس.
الأداء: تزداد قدرة التحميل والمقاومة الشدّية وعرض السلسلة مع زيادة عدد الصفائح المسطحة في كل رابط.

3. سلاسل الورق

وهي أبسط أنواع السلاسل، تتكون سلاسل الورق فقط من مسامير وصفائح، بحيث تتغير الصفائح بين روابط مسمارية وروابط مفصلية. ولا تتفاعل هذه السلاسل مع التروس المسننة، بل تعمل على بكرات لتوجيهها.
التطبيقات: مثالية للرفع والتوازن، مثل استخدامها في المصاعد، ورافعات الشوكية، وحاملات البضائع، وأعمدة المصاعد. تتعرض هذه الآلات ذات السرعة المنخفضة إلى أحمال ثابتة عالية وأحمال تشغيلية ضئيلة، وتتميز سلاسل الورق بإمكانية تحملها للصدمات والقصور الذاتي.
الشرط الأساسي: يجب أن تكون قادرة على تحمل إجهاد الشد العالي دون التمدد أو الكسر، وأن تمتلك سيولة كافية لمقاومة التعب. ويجب أخذ التزييت والظروف البيئية بعين الاعتبار أثناء التصميم.

4. السلاسل المسطحة العلوية

تُستخدم بشكل حصري للنقل، حيث تُحل سلاسل السطح المسطح محل أحزمة النقل والمحركات الحزامية ويمكن نقل المواد مباشرة على وصلاتها.
الهيكل: تتكون الوصلات الفردية عادةً من صفائح فولاذية مع بروز مجوف على شكل برميل من الأسفل. تمر المسامير عبر هذه البروز لتوصيل الوصلات المجاورة، مما يسمح بالحركة في اتجاه واحد فقط. يمكن للسلاسل الخاصة ذات السطح المسطح أن تنحني جانبيًا (عبر هياكل مسمار معدلة)، مما يمكّن الناقل من تجاوز المنحنيات.
التطبيقات: تُستخدم في ناقلات السرعة المنخفضة لنقل المواد في خطوط التجميع.

5. سلاسل الفولاذ الهندسية

تم تطوير سلاسل الفولاذ الهندسية في الثمانينيات من القرن التاسع عشر، وهي مصممة للعمل في بيئات قاسية وتطبيقات مُجهدة. تُصنع من الفولاذ المدرفل على الساخن (وأحيانًا تُعالَج حراريًا لزيادة القوة) وتحتوي على فواصل أكبر بين المكونات لتحمل الغبار والأتربة والعوامل المabrasive أثناء التشغيل.
الاستخدامات الحديثة: تُستخدم بشكل رئيسي كسلسلة نقل لمناولة المواد، ولكن توجد بعض السلاسل التي تُستخدم كأحزمة نقل. تُستخدم في النواقل، الشوكة الرافعة، المصاعد ذات الدلاء، ومحطات حفر النفط - مع تحسين القوة، مقاومة البلى، قدرة التحمل، والخطوة (Pitch) لتلبية متطلبات الصناعة الحديثة.

كيفية اختيار ناقل الحركة المناسب

يحتاج اختيار ناقل الحركة الصحيح إلى تقييم متطلبات التطبيق بهدف استبعاد الخيارات غير المناسبة. العوامل الرئيسية التي يجب أخذها بعين الاعتبار هي:

1. الحمل

حدد القدرة التي يجب نقلها - يجب أن تكون السلسلة قادرة على تحمل القدرة التي يولدها مصدر الطاقة. إن الحسابات الدقيقة ضرورية لضمان السلامة، ويُوصى باستخدام عامل أمان كافٍ.

2. سرعة السلسلة

ليست كل سلاسل النقل مناسبة للسرعات العالية؛ فبعضها مصمم للسرعات المنخفضة. احسب السرعة المطلوبة وتأكد من أنها ضمن النطاق الموصى به للسلسلة لتضييق خياراتك.

3. تخطيط العمود

تعمل معظم سلاسل النقل فقط مع الأعمدة المتوازية. إذا كانت الأعمدة غير محاذاة، فقد تكون نواقل الحركة ذات التروس خيارًا أفضل.

4. المسافة المركزية بين المحاور

يُوصى بأن تكون المسافة المركزية بين المحاور من 30 إلى 50 ضعف خطوة السلسلة. بالإضافة إلى ذلك، تأكد من وجود قوس تلامس لا يقل عن 120 درجة على الترس الأصغر؛ وإذا كان الترس يحتوي على عدد قليل من الأسنان، يجب أن تكون هناك خمسة أسنان على الأقل في حالة تلامس مع السلسلة في أي لحظة.

5. بيئة التشغيل

تحدد البيئة مقاومة السلسلة المطلوبة للرطوبة والغبار والمواد المabrasive والتأكل والحرارة العالية. كما أنها تؤثر على الاهتزاز ومستويات الضجيج ومقاومة التعب. على سبيل المثال، تُفضل السلاسل ذات الأسنان المقلوبة (السلاسل الصامتة) في المناطق الحساسة للضوضاء.

6. التزييت

تحتاج معظم أنظمة نقل الحركة بالسلاسل إلى تزييت لزيادة عمر التآكل. يحدد نوع السلسلة وحجمها وحمولتها وسرعتها طريقة التزييت (يدويًا أو بالتنقيط أو حوض زيت أو تزييت إجباري). توجد سلاسل ذاتية التزييت - وتستخدم بطانات مصنوعة من البلاستيك أو المعدن المسامي المشبّع بالزيت لتوفير تزييت مستمر دون الحاجة إلى صيانة خارجية.

مزايا نقل الحركة بالسلاسل

يمكنه نقل العزم على مسافات طويلة.
لا يوجد انزلاق (على عكس نواقل الحزام)، مما يضمن أداءً ثابتًا.
أكثر إحكامًا من نواقل الحزام، ويمكن تركيبه في مساحات صغيرة نسبيًا.
يمكن لنظام سلسلة واحد أن يُشغل عدة عمودات.
متعدد الاستخدامات، ويمكن تشغيله في درجات حرارة عالية ومختلفة الظروف البيئية (جافة، رطبة، مabrasive، مسببة للتآكل، إلخ).
نظام منخفض الاحتكاك، مما يضمن كفاءة ميكانيكية عالية.

عيوب نواقل السلسلة

لا يمكن استخدامه مع العمودات غير المتوازية.
عرضة للضوضاء والاهتزاز أثناء التشغيل.
قد تؤدي سوء المحاذاة إلى انزلاق السلسلة.
تتطلب بعض التصاميم تزييتًا مستمرًا.
عادةً ما يحتاج إلى غطاء للحماية.
الشد الدوري (على سبيل المثال، عبر البكرات) ضروري للحفاظ على الأداء.

​