بخشی از مقاله
چکیده
امروزه، به دلیل نیاز به افزایش بهرهوری و کاهش اتلاف زمان و هزینه، رباتهای صنعتی برای انجام عملیاتهای مختلف به کار گرفته میشوند. یکی از کاربردهای رباتهای صنعتی در صنایع دریایی، آمادهسازی سطوح کشتی و شناورها جهت راهاندازی و تعمیرات است. برای این منظور، از رباتهای با قابلیت بلاستینگ و ایجاد خلا استفاده میشود. برای طراحی دقیق رباتهای با قابلیت بلاستینگ، انجام مطالعات طراحی مفهومی و تعیین کمیتهای بنیادین مورد نیاز ربات لازم است.
در این مقاله، به طراحی مفهومی ربات بلاستینگ خلأ با استفاده از روش ایربلاست پرداخته شده است. پس از بررسی و مزایا و معایب روشهای بلاستینگ، روش ایربلاست به دلیل هزینهی پایین و وجود کمپرسور در صنایع دریایی، برای انجام پاشش انتخاب شد. به این دلیل، نیازمندیهای طراحی دقیق ربات بلاستینگ مناسب برای آمادهسازی سطح کشتی قبل از رنگآمیزی و انجام تعمیرات سطح کشتی با استفاده از روش ایربلاست، با انجام مطالعات طراحی مفهومی ربات تعیین شدهاند.
مقدمه
امروزه، به دلیل افزایش بهرهوری و کاهش اتلاف زمان و هزینه، رباتهای صنعتی برای انجام عملیاتهای مختلف به کار گرفته میشوند. یکی از کاربردهای رباتهای صنعتی در صنایع دریایی، آمادهسازی سطوح کشتی و شناورها جهت راهاندازی و تعمیرات است. برای این منظور از رباتهای با قابلیت بلاستینگ و ایجاد خلا استفاده میشود. برای طراحی دقیق رباتهای با قابلیت بلاستینگ، انجام مطالعات طراحی مفهومی و تعیین کمیتهای بنیادین مورد نیاز ربات لازم است.
در سال 1986 ، نیشی و همکاران [1]، برای اولین بار یک روش کامل، مناسب و بهینه برای طراحی یک ربات بالارونده پیشنهاد نمودند. همچنین، یان و همکاران [2]، روشهای گوناگون اتصال ربات با استفاده از میدان مغناطیسی و پمپ خلأ را بررسی نمودند. سپس، سپولینا و همکاران [3]، در تحقیقی یک مدل از ربات خزنده مارمولک خانگی ارائه نمودند. کیم و همکاران [4]، با استفاده از آزمایشات تجربی، سرعت و مقدار وزنی را که ربات توانایی تحمل آن را دارد، بررسی نمودند.
فاندال وهمکاران [5]، سیستم مغناطیسی تعبیه شده بر روی سطح چرخ را پیشنهاد نمودند. هرناندز و همکاران [6]، برای هدایت و کنترل ربات از پورتهای موازی کامپیوتر با سیستم بُرد آردوینو استفاده نمودند. توکلی و همکاران [7]، تأثیر مشکلات ارتعاشات چرخها بر روی حرکت ربات را بررسی نمودند. آنها همچنین، طراحی مفهومی رباتی با نام ×OmniClimberرا انجام دادند. کاوازاکی و کیکوچی [8]، مکانیزم 4 گرهای با استفاده از الگوریتم ژنتیک را ارائه دادند.
از این مطالعات در طراحی دقیق رباتهای بلاستینگ استفاده شده است. در این مقاله، به طراحی مفهومی ربات بلاستینگ خلأ با استفاده از روش ایربلاست با سیستم فشار پرداخته شده است. ابتدا، روشهای بلاستینگ و مزایا و معایب هر کدام بررسی شدهاند. در ادامه، پس از معرفی اجزای ربات پیشنهادی، کمیتهای مورد نیاز طراحی دقیق ربات بلاستینگ پیشنهاد شده با استفاده از روش ایربلاست تعیین شدهاند.
روشهای پاشش
از پاشش برای آماده سازی سطوح کشتی و شناورها جهت رنگآمیزی و انجام تعمیرات استفاده می شود. انتخاب نوع روش پاشش بر اساس میزان نیاز سطح به پاککنندگی صورت میگیرد. در این بخش، انواع روشهای پاشش شامل روش هیدروبلاست، چرخ مکانیکی و ایربلاست تشریح شدهاست.
روش هیدروبلاست
هیدروبلاست یکی از روشهای پاکسازی سطوح فلزی برای انجام عملیات نقاشی، تعمیر و... است. اساس کار سیستم هیدروبلاستینگ بر پایه فشارآب است]ُ.[ از این روش، با توجه به میزان نیاز سطح به پاککنندگی از سیال در سه سطح فشار معمولی، فشار بالا و فشار خیلی بالا استفاده میشود. در شکل 1 نمونه ای از پاشش با استفاده روش هیدروبلاست توسط ربات نشان داده شدهاست.
روش پاشش توسط چرخ مکانیکی
یکی دیگر از روشهای متداول در پاشش، روش ساچمهزنی - چرخ مکانیکی - است نمونهای از چرخ مکانیکی در شکل 2 نشان داده شده است. این روش با استفاده از چرخ با سرعت بالا و نیروی گریز از مرکز حاصل چرخش با سرعت بالا، مواد پاککننده را به سطح مورد نظر پرتاب میکند و بدین ترتیب سطح مورد نظر را پاکسازی میکند. از آنجایی که اساس کار این سیستم چرخ مکانیکی است اندازه چرخ و سرعت چرخش آن بر سرعت و الگوی مواد پاششی تاثیر بسزایی دارد.
ماشینهای این نوع پاشش از چرخ های متعدد ساخته میشوند از دیگر اجزای اصلی آن میتوان به سبد، میز، چنگهایی که قطعات را آویزان میشوند و سیستم پردازش مسیرنوارنقاله اشاره کرد. مهمترین محدودیت این روش انتخاب مواد ساینده است که باید از موادی مثل فولاد ضدزنگ استفاده نمود از مزایای سیستم پاشش توسط چرخهای مکانیکی میتوان به امکان بازیافت مواد پاشش و کم هزینه بودن اشاره کرد به طوری که هزینهی این روش تقریبا یک دهم روش پاشش هوا است .[10]
روش ایربلاست
در این روش با استفاده از کپرسور هوا استفاده میشود که به وسیلهی آن هوا یا مخلوطی از هوا و شن یا دیگر ناخالصیهای متدوال در سرعت و حجم مشخص روی بخش مورد نظر قطعه پاشیده میشود تا سطح مذکور پاکسازی شود. از آن جایی که فشار هوا و سرعت آن با یکدیگر ارتباط مستقیم دارند برای کنترل سرعت و فشار هوا از رگلاتور استفاده میشود فشار مطلوب در پاشش صنعتی بین 20 تا 90 پوند بر اینچ مربع است. حجم هوا یا مخلوط هوا و شن رسانده شده روی سطح برای انجام رسوب زدایی و...، توسط اوریفیس یا قطر اولیه نازل تعیین میشود.
حجم هوا بر اساس معیار فوت مکعب در دقیقه اندازه گیری میشود. هرچه مشخصه اوریفیس بزرگتر باشد حجم هوای خالص و یا با ناخالصی بیشتر خواهد بود. از فاکتورهای دیگر که بر حجم هوای ورودی به سیستم پاشش تاثیر میگذارد، اجزای تشکیل دهنده و قطر شلنگ هوا هستند. با کاهش فشار هوا، حجم هوا هم نسبت به تغییر سایز اوریفیس کاهش مییابد. دو نوع سیستم ایربلاست جهت استفاده در سیستم پاشش وجود دارد که در ادامه به کوتاهی معرفی شدهاند.[10]
ایربلاست با سیستم مکش
در سیستم ایربلاست با مکش با استفاده از اصل ونتوری، شن، ماسه و ... به داخل محفظه مکیده میشود. با ایجاد جریان کم فشار، شن و ... از طریق مکیدن از داخل محفظه وارد جریان هوای اصلی شده و به سمت قطعه هدایت شود. عملکرد سیستم مکش خوب بوده و میتواند به مدت طولانی تا زمان وجود شن و یا هر ماده دیگر رسوب زدا در داخل محفظه یا قیف کار کند. سیستم مکش نمیتواند در فشار پایین هوا را به خوبی ماده موردنظر جهت پاشش به سطح قطعه برساند، قابل ذکر است که منظور از فشار پایین هوا بین 5 تا 25 پوند بر اینچ مربع است نسبت جت هوا به مشخصه نازل در این سیستم 0/5 است از محدودیتهای این روش میتوان به محدودیت طول شیلنگ مکش اشاره کرد همچنین، برای انجام بلاستینگ های سنگین - سنگین تر از ذرات استیل - جریان هوا نمیتواند با سیستم بلاستینگ مکش ذرات مورد نظر را از محفظه به سطح قطعه انتقال دهد.[10]
ایربلاست با سیستم فشار
در روش ایربلاست با سیستم فشار از مخازن تحت فشار که تاییدیه انجمن مهندسان مکانیک آمریکا را دارد استفاده میشود و با استفاده از نازل سرعت آن افزایش پیدا میکند این سیستم ذرات را از محفظه با شتاب حداقل 5 تا 10 فوت از شلنگ به سمت سطح هدایت میکند این روش نسبت به روش مکش که اساس آن بر طبق اصل ونتوری است سریعتر بوده همچنین، هوا و یا مخلوطی از هوا و ذرات پاشش را با فشار بیشتری نسبت به روش مکش به سمت سطح مورد نظر هدایت میکند. وقتی محفظهی مخزن فشار، خالی از ذرات پاشش و هوا است، باید فشار محفظهی مخزن فشار را کم کرده تا کم کم از فشار کاسته شود و سپس محفظهی مخزن فشار را از ذرات پاشش پر کنیم .[10]
