طور مهندسون روس تصميما لناقل حركة كوكبي يضم 14 وضعا للحركة، ويستهدف المركبات الثقيلة وشاحنات التعدين والمركبات المخصصة للسير في الطرق الوعرة.
ووفقا لتقديرات الباحثين، يمكن للتصميم الجديد تقليل الأبعاد الإجمالية لناقل الحركة بنسبة تتراوح بين 30 و60%، وخفض وزنه بنسبة تتراوح بين 20 و30% مقارنة بالحلول المستخدمة حاليا.
وكشف عن هذه التفاصيل مطورا المشروع من جامعة تولا الحكومية، نيكولاي تروشين وأليكسي بلياسوف، في حديثهما إلى موقع Наука Mail.
ناقل حركة مدمج للمركبات الثقيلة
حصل التصميم الجديد على براءة اختراع من متخصصين في جامعة تولا الحكومية، بحسب ما أوضحته إدارة الإعلام في وزارة التعليم والعلوم الروسية.
وشارك في تطويره البروفيسور نيكولاي تروشين، من قسم الأتمتة الصناعية والروبوتات في المعهد التقني، وأستاذ مساعد أليكسي بلياسوف، من قسم الميكانيكا وعمليات التشكيل اللدن للمواد.
ويستهدف الابتكار بشكل أساسي المركبات الثقيلة التي تحتاج إلى التنقل بسرعات مختلفة، وصعود المنحدرات الشديدة، والعمل تحت أحمال كبيرة.
كيف نجح المهندسون في تقليل حجم ناقل الحركة؟
تتمثل إحدى أبرز مشكلات نواقل الحركة متعددة السرعات في أن زيادة عدد التروس تؤدي عادة إلى تعقيد التصميم.
فإضافة المزيد من التروس المسننة والأعمدة وغيرها من المكونات الميكانيكية تزيد حجم الوحدة ووزنها، كما تجعل تصنيعها وصيانتها أكثر صعوبة.
لمعالجة هذه المشكلة، اقترح مهندسو جامعة تولا استخدام نظام نقل حركة كوكبي متعدد المسارات، يجمع ثلاثة صفوف من التروس المسننة ضمن بنية واحدة تشترك في بعض المكونات.
ويسمح هذا الترتيب بتوفير 14 وضعا للحركة، تشمل سرعات فائقة الانخفاض والقيادة إلى الخلف، باستخدام ثلاثة قوابض وخمسة مكابح.
ويرى المطورون أن تغيير طريقة ترتيب المكونات الميكانيكية يتيح تقليل أبعاد الآلية بشكل ملحوظ.
وقال البروفيسور نيكولاي تروشين إن التصميم المقترح يمكن أن يقلل الأبعاد الإجمالية بنسبة تتراوح بين 30 و60%، والوزن بنسبة تتراوح بين 20 و30%، بحسب الحالة المحددة.
ويؤكد الباحثون أن تقليل حجم ناقل الحركة لا يعتمد على التصميم وحده، بل يتأثر أيضا بالمواد المستخدمة وتقنيات التصنيع.
ففي صناعة سيارات الركاب، غالبا ما يتحقق خفض الوزن باستخدام السبائك الخفيفة والمواد المركبة. أما في تصنيع المركبات الثقيلة المخصصة للعمل في المناجم والمحاجر، وخصوصا عند إنتاجها بأعداد محدودة، فتستخدم على نطاق واسع أنواع عالية المتانة من الحديد الزهر والفولاذ السبائكي.
لذلك ركز المطورون على تغيير البنية الميكانيكية الأساسية لناقل الحركة، بدلا من الاكتفاء بتقليل أحجام المكونات الفردية.
لماذا تحتاج المركبات الثقيلة إلى 14 سرعة؟
يتيح تعدد السرعات تغيير النسبة بين سرعة الدوران وعزم الدوران عند عمود الخرج في ناقل الحركة.
وتكتسب هذه الميزة أهمية خاصة في شاحنات التعدين والمركبات المخصصة لجميع التضاريس، وغيرها من الآليات التي يتعين عليها الانطلاق وهي محملة بأوزان كبيرة، أو صعود المنحدرات، أو التحرك فوق الأراضي الوعرة.
ناقل الحركة الجديد يستهدف شاحنات التعدين والمركبات المخصصة للطرق الوعرة
وبحسب المطورين، يوفر التصميم المقترح نطاقا واسعا من نسب نقل الحركة، يتراوح بين 0.5 و100.
وعند استخدام السرعات فائقة الانخفاض، يمكن أن يصبح عزم الدوران على عمود الخرج أكبر بعشرات المرات من العزم القادم من المحرك.
وقال أليكسي بلياسوف، الأستاذ المساعد في قسم الميكانيكا وعمليات التشكيل اللدن للمواد بجامعة تولا، إن ذلك يتيح توليد عزم دوران يصل إلى عدة آلاف من نيوتن متر، حتى عند استخدام محرك منخفض القدرة، وذلك بحسب وزن المركبة وحمولتها.
ومع ذلك، لم يحدد الباحثون حتى الآن الحد الأقصى الفعلي لعزم الدوران الذي يمكن أن يتحمله ناقل الحركة الجديد، إذ لا يزال المشروع في مرحلة التصميم المبدئي، ويتطلب تكييفه مع أنواع محددة من المركبات والأحمال.
هل يمكن أن يقلل ناقل الحركة الجديد استهلاك الوقود؟
يتوقع المطورون أن يتيح النطاق الواسع لنسب نقل الحركة استخدام النظام مع محركات أقل قدرة وأعلى سرعة في الدوران.
ويرون أن ذلك قد يساعد على تقليل استهلاك الوقود أثناء تشغيل المركبات الثقيلة، ولا سيما عند الانطلاق من السكون أو التحرك على الطرق ذات المنحدرات الشديدة.
قد يساعد النطاق الواسع لنسب نقل الحركة على تقليل استهلاك الوقود وتسهيل الصيانة
إضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي تقليل عدد المكونات الميكانيكية إلى تبسيط عمليات الصيانة وخفض تكاليف التشغيل.
لكن تأكيد توفير الوقود وتحسين الموثوقية وزيادة العمر التشغيلي يتطلب إجراء اختبارات على ناقل حركة متكامل، في ظروف قريبة من ظروف الاستخدام الفعلي.
ما الاختبارات التي اجتازها التصميم حتى الآن؟
أوضح الباحثون لمراسل Наука Mail أن المشروع يتضمن حاليا تصميما مبدئيا لناقل الحركة، ونموذجا حاسوبيا للمحاكاة، ونموذجا توضيحيا لإحدى البنى المقترحة.
ويضم النموذج التوضيحي بعض المكونات الميكانيكية الأساسية، بما فيها الأعمدة والتروس المسننة وحوامل التروس الكوكبية. ويمكن تشغيله يدويا، ويهدف إلى التحقق من مبدأ عمل الآلية.
يسعى مطورو المشروع إلى إيجاد شركاء لتصنيع نموذج تجريبي متكامل
أما النموذج الحاسوبي، فيتيح حساب الأبعاد الأساسية للمكونات ودراسة آلية عمل السرعات الأربع عشرة.
لكن المشروع لم يصل حتى الآن إلى تصنيع نموذج تجريبي متكامل قادر على نقل قدرة محرك مركبة ثقيلة. ولذلك، لا تزال المزايا المعلنة للتصميم بحاجة إلى التحقق العملي، بما في ذلك اختباره تحت أحمال طويلة الأمد.
متى يظهر ناقل الحركة الجديد في المركبات الروسية؟
بحسب الباحثين، تتمثل الخطوة التالية في تصنيع نماذج تجريبية معدنية وإخضاعها لاختبارات على منصات الاختبار المخصصة.
وبعد هذه المرحلة فقط، سيكون من الممكن تقييم موثوقية الآلية وأبعادها ووزنها الفعلي ومدى ملاءمتها للاستخدام الصناعي.
ويعرض المطورون حاليا فكرتهم الجديدة في المنتديات والمؤتمرات، ويبحثون عن شركاء محتملين لمواصلة العمل على المشروع.
ومن بين الجهات التي يدرسون إمكانية التعاون معها مصنع «زفيزدا» في نيجني نوفغورود، والمتخصص في تصنيع المركبات البرمائية المخصصة لجميع التضاريس.
