بیل مکانیکی

ساخت و ساز آغاز می شود!

چاره‌ای نیست ظاهراً نمی‌توانید بخوابید و باید از جایتان بلند شوید. چون قرار است در سرزمین خلاقیت ساخت و ساز یک پروژه‌ی ساختمانی بزرگ آغاز شود. بیل‌های مکانیکی (excavator) و بولدزرهای قدرتمند به کار افتاده‌اند و با سرو صدای زیاد مشغول اجرای عملیات ساختمانی هستند.

حالا که ظاهراً قرار نیست بخوابید! پس دست به کار شوید و یک بیل مکانیکی بسازید. یک بیل مکانیکی رباتیک!

حتماً شما ماشین‌هایی که عملیات ساختمانی و راه‌سازی انجام می‌دهند را دیده‌اید. بولدوزر، بیل مکانیکی، جرثقیل، کامیون و...
از این میان، می‌دانید فرق بیل مکانیکی و بولدوزر چیست و هرکدام در کجا کاربرد دارند؟

بیل مکانیکی با کشیدن بیل خود به زمین و جمع کردن خاک به سمت عقب زمین را می‌کَند و قابلیت کندن خاک به صورت عمیق را دارد. بولدوزر اغلب خاک‌برداری‌های سطحی را انجام می‌دهد.

در حقیقت بیل مکانیکی حفاری را به صورت مؤثرتری انجام می‌دهد زیرا در این حالت از خاک‌برداری، نیروی عکس‌العمل خاک در مقابل نیروی بیل، به ‌جمع شدن خاک کمک می‌کند.

سال‌هاست که از اختراع این ماشین می‌گذرد. در قرن نوزدهم بیل‌های مکانیکی با نیروی یک موتور بخار، کابل‌های متصل به مفصل‌های بیل را جابجا می‌کردند و به این ترتیب زمین را می‌کندند.

اما امروزه بیل‌های مکانیکی بسیار پیشرفته‌ای وجود دارند. بیایید با هم یک بیل مکانیکی را بشناسیم:

سر بیل: قسمتی که خاک در آن، جا می‌گیرد سر بیل است. قسمت سر بیل مکانیکی که با زمین تماس دارد را به نام باکت (Bucket) می‌شناسند. کلمه‌ی باکت به معنی سطل است، چون مقدار زیادی خاک در آن جمع می‌شود.

بازو و مفاصل: درعملیات حفاری نقش‌های اصلی را بازوها و مفاصل بازی می‌کنند.

بیل مکانیکی یک بازوی بلند دارد. این بازو شبیه دست انسان دارای چندین مفصل است. مفصل‌ها، هم در دست انسان و هم در بیل مکانیکی، امکان خم و راست شدن و حرکت بازو ‌در زاویه‌های مختلف را به وجود می‌آورند. به این ترتیب بیل مکانیکی در محل مورد نظر، عمل خاک‌برداری را انجام می‌دهد.

یک مسأله‌ی مهم!

به نظر شما بیل مکانیکی برای ایجاد حرکت پرقدرت بازو حین خاکبرداری از چه مکانیزمی بهره می‌گیرد؟

امروزه اغلب یک سیستم هیدرولیک برای به حرکت درآوردن مفصل‌ها استفاده می‌شود. باورتان می شود بتوانید یک فیل را به کمک یک ظرف روغن هوا کنید! با سیستم هیدرولیک می‌توانید این کار را انجام دهید!

وقتی روغن را در ظرفی به شکل روبرو ریخته باشید و در حالی که سطح ۱ و ۲ متحرک باشند، با پایین آمدن سطح ۲، سطح ۱ با وجود وزن زیاد بالا می‌رود، می‌دانید چرا؟
سیستم هیدرولیک از فشار یک مایع (روغن) برای به وجود آوردن حرکت خطی استفاده می‌کند. باید بدانید قدرت این حرکت بسیار زیاد است!

هنگام هدایت بیل مکانیکی، وقتی فرمان شروع به کار سیستم هیدرولیک را می‌دهید، این کار به صورت الکترونیکی یا مکانیکی انجام می‌شود، یک پمپ با فشار روغن را وارد یک مسیر مشخص می‌کند، فشار روغن در سیلندرهایی، که همان جک‌های هیدرولیک هستند باعث جابجایی پیستون و حرکت بازوها و سر بیل می‌شود. یک مسیر برگشت هم برای بازگشت روغن پس از انجام عملیات وجود دارد. به این مسیرها چرخه‌ی هیدرولیک می‌گویند.

روش کابل‌های کششی، یک روش قدیمی‌تر است که در آن از کابل برای جابجایی مفاصل استفاده می‌شود. البته همین روش امروزه هم کاربردهای فراوانی دارد دلیل این است که در این روش امکان بلندترشدن بازو و بزرگ‌ترشدن ماشین برای انجام کارهای سنگین وجود دارد. مثلاً در عکس روبرو توجه کنید یک بیل مکانیکی بزرگ می‌بینید که اغلب در معادن از آن استفاده می‌شود، سر بیل و بازوی آن به کمک روش کششی حرکت می‌کند، حالا اندازه‌ی ماشین را با انسان و کامیون مقایسه کنید!

از مهم‌ترین مفصل‌های بیل مکانیکی محل اتصال سر بیل و بازو است. این اتصال پایه‌ی مثلثی محکمی دارد، زیرا بار زیادی را تحمل می‌کند. حرکت‌های سر بیل هم، برای خاک‌برداری به مقدار مناسب و در محل مناسب، به روش‌های هیدرولیک یا کششی و با دقت زیاد انجام می‌شود.

ما هم برای ایجاد حرکت بازو و سر بیل مکانیکی خودمان می‌توانیم از موتور و سیم ترمز یا نخ نایلونی استفاده ‌کنیم.

اتاقک گردان: اتاقک محل نشستن هدایت‌کننده‌ی بیل مکانیکی، معمولاً به صورت گردان است. در حقیقت اتاقک و بازوی بیل روی یک صفحه‌گردان ســـوار هستند تا بیل مکانیکی بتواند در حالی که در یک محل ثابت است در جهات مختلف قــرار بگیرد و عملیات حفاری را به صورت گسترده‌تری انجام دهد.

چرخ‌ها: بعضی از بیل‌های مکانیکی به کمک چرخ لاستیکی حرکت می‌کنند. به مدل چرخ‌دار بیل مکانیکی، تراکتوری می‌گویند.
روش دیگر حرکت بیل مکانیکی به کمک چرخ-زنجیر است. برای حرکت در زمین‌های سست با خاک نرم، حرکت بیل مکانیکی با چرخ-زنجیر بسیار راحت است. می‌دانید علت آن چیست؟ (به تانک مراجعه کنید) علت این است که در حقیقت چرخ-زنجیر یک چرخ با سطح وسیع است که فشار را روی سطح زمینکاهش می‌دهد.

حالا برای داشتن یک بیل مکانیکی مراحل ساخت آن را دنبال کنید:

ساختن شاسی و نصب موتورها: این موتورها قابلیت تغییر جهت و مکان را به بیل مکانیکی می‌دهند.

ساختن قسمت چرخ‌های بیل مکانیکی و کف‌گرد: کف‌گرد برای ایجاد حرکت چرخشی اتاقک و بازو استفاده می‌شود. این نوع چرخ سه قسمت مجزا دارد؛ قسمت میانی مانند بولبرینگ عمل می‌کند و چرخش سطح را روان می‌کند. قسمت زیرین به عنوان نگهدارنده استفاده می‌شود، و قسمت بالایی یک چرخ‌دنده است که نیرو را منتقل می‌کند. در این مرحله قسمت زیرین به سازه اضافه شده‌است.

نصب زنجیر چرخ‌ها

ساختن سر بیل و بازوی انتهایی

ساختن بازوی اصلی

آماده‌کردن کل بازو: توجه داشته‌باشید محل اتصال بازوی انتهایی و بازوی اصلی باید دو مهره باشد. زیرا در این حالت محل مفصل سازه هم ثابت می‌شود و هم قابلیت خم و راست شدن پیدا می‌کند.

ساختن اتاقک بیل مکانیکی: اتاقک روی یک صفحه ساخته می‌شود. سایر قسمت‌های گردان هم روی همین صفحه نصب می‌شوند.

سیستم گردش صفحه اتاقک و بازو: در این مرحله قسمت بالایی کف‌گرد نصب می‌شود.

نصب موتورهای حرکت دهنده‌ی بازو و سر بیل مکانیکی:این موتورها، موتورهای زاویه‌ای (servo motor) هستند.

نصب بازو به صفحه‌‌گردان بیل مکانیکی: در این مرحله مفصل بازو به موتور حرکت دهنده‌ی آن نصب می‌شود به دو مهره بودن محل اتصال به مفصل توجه کنید.

در این مرحله کف‌گرد کامل می‌شود و صفحه‌گردان اتاقک و بازو، در جای خود قرار می‌گیرد.

نخ‌کشی برای حرکت دادن سر بیل: مهم‌ترین مرحله این سازه که عملکرد مناسب بیل به آن بستگی دارد، مرحله‌ی نخ‌کشی آن است. در این سازه می‌توانید از دو تکه نخ نایلونی به عنوان کابل استفاده کنید. این نخ‌ها را می‌توانید از فروشگاه‌های لوازم خرازی تهیه نمایید.
نخ‌ها به دو انتهای تسمه‌ای که به موتور بسته شده‌است، وصل‌هستند و با چرخش موتور یکی از آن‌ها شل و دیگری کشیده می‌شود. به محل عبور هر کدام از نخ‌ها در بازوی بیل مکانیکی توجه کنید، زیرا بسیار مهم هستند.