الحاكم (الجهاز)

محافظ
	المنظم الإلكتروني أو محدد السرعة
يكتب	يُحوّل
الرمز الالكتروني

المُحَرِّك أو مُحَدِّد السُّرعة أو مُحَكِّم السُّرعة هو جهاز يستخدم لقياس وتنظيم سرعة الآلة ، مثل المحرك .

ومن الأمثلة الكلاسيكية على ذلك منظم الطرد المركزي ، المعروف أيضًا باسم منظم واط أو منظم الكرة الطائرة في محرك بخاري ترددي، والذي يستخدم تأثير القوة بالقصور الذاتي على الأوزان الدوارة التي يقودها عمود خرج الماكينة لتنظيم سرعتها عن طريق تغيير تدفق البخار الداخل.

تاريخ

كانت المحركات الطاردة المركزية تستخدم لتنظيم المسافة والضغط بين أحجار الرحى في طواحين الهواء منذ القرن السابع عشر. وكانت المحركات البخارية المبكرة تستخدم حركة ترددية بحتة، وكانت تستخدم لضخ المياه ــ وهو تطبيق كان يتحمل الاختلافات في سرعة العمل.

لم يكن من الضروري وجود سرعة تشغيل ثابتة إلا بعد أن قدم المهندس الاسكتلندي جيمس وات المحرك البخاري الدوار لتشغيل الآلات الصناعية. بين عامي 1775 و1800، أنتج وات، بالشراكة مع الصناعي ماثيو بولتون ، حوالي 500 محرك شعاعي دوار . كان في قلب هذه المحركات منظم "البندول المخروطي" الذي صممه وات بنفسه: مجموعة من الكرات الفولاذية الدوارة المتصلة بمحور رأسي بواسطة أذرع ربط، حيث تتكون القوة المتحكمة من وزن الكرات.

وقد وصف جيمس كليرك ماكسويل الأساس النظري لعمل المحافظين في عام 1868 في ورقته البحثية الرائدة "حول المحافظين". ^[1]

كان المهندس الأمريكي ويلارد جيبس هو الذي قام في عام 1872 بتحليل منظم البندول المخروطي الذي ابتكره وات نظريًا من منظور توازن الطاقة الرياضية. وخلال سنوات دراسته العليا في جامعة ييل ، لاحظ جيبس أن تشغيل الجهاز عمليًا كان يعاني من عيوب التباطؤ والميل إلى الإفراط في التصحيح للتغيرات في السرعة التي كان من المفترض أن يتحكم فيها. ^[2]

وقد افترض جيبس أن التوازن الديناميكي الحراري لأي نظام ديناميكي حراري ينتج عملاً يعتمد على توازن كيانين، على غرار توازن منظم واط البسيط (الذي يعتمد على موازنة عزمين: أحدهما بسبب وزن "الكرات" والآخر بسبب دورانها) . الأول هو طاقة الحرارة المقدمة للمادة الوسيطة، والثاني هو طاقة العمل التي تؤديها المادة الوسيطة. وفي هذه الحالة، المادة الوسيطة هي البخار.

بلغت هذه الأنواع من التحقيقات النظرية ذروتها في نشر عمل جيبس الشهير في عام 1876 بعنوان "في توازن المواد غير المتجانسة" وفي بناء مُحَكِّم جيبس. هذه الصيغ منتشرة اليوم في العلوم الطبيعية في شكل معادلة جيبس للطاقة الحرة ، والتي تُستخدم لتحديد توازن التفاعلات الكيميائية؛ والمعروفة أيضًا باسم توازن جيبس . ^[3]

كما تم العثور على الحكام في المركبات الآلية المبكرة (مثل ويلسون-بيلشر 1900 )، حيث كانوا بديلاً عن الخانق اليدوي. تم استخدامها لتعيين سرعة المحرك المطلوبة، وكان يتم ضبط دواسة الوقود والتوقيت في السيارة بواسطة الحاكم للحفاظ على سرعة ثابتة، على غرار مثبت السرعة الحديث . كانت الحكام اختيارية أيضًا في المركبات الخدمية ذات الملحقات التي تعمل بالمحرك مثل الرافعات أو المضخات الهيدروليكية (مثل لاند روفر )، مرة أخرى للحفاظ على المحرك بالسرعة المطلوبة بغض النظر عن الاختلافات في الحمل الذي يتم قيادته.

محددات السرعة

يمكن استخدام أجهزة التحكم لتحديد السرعة القصوى للمركبات، وبالنسبة لبعض فئات المركبات، تعد هذه الأجهزة متطلبًا قانونيًا. ويمكن استخدامها بشكل عام لتحديد السرعة الدورانية لمحرك الاحتراق الداخلي أو حماية المحرك من التلف بسبب السرعة الدورانية المفرطة.

السيارات

اليوم، تحد BMW و Audi و Volkswagen و Mercedes-Benz من سرعة سياراتها الإنتاجية إلى 250 كم/ساعة (155 ميلاً في الساعة). بعض سيارات Audi Sport GmbH و AMG و Mercedes/McLaren SLR هي استثناءات. تقتصر سرعة سيارات BMW Rolls-Royces على 240 كم/ساعة (149 ميلاً في الساعة). كما تحتوي سيارات Jaguars ، على الرغم من كونها بريطانية، على حد أقصى، وكذلك الحال بالنسبة لسيارات Saab و Volvo السويدية في السيارات حيثما يكون ذلك ضروريًا.

بدأ المصنعون الألمان في البداية " اتفاقية السادة "، حيث حددوا إلكترونيًا سرعة مركباتهم القصوى بـ 250 كم/ساعة (155 ميلاً في الساعة)، ^[4]^[5] نظرًا لأن مثل هذه السرعات العالية أكثر احتمالية على الطرق السريعة . وقد تم ذلك لتقليل الرغبة السياسية في إدخال حد قانوني للسرعة.

في الأسواق الأوروبية، تختار شركة جنرال موتورز أوروبا أحيانًا خصم الاتفاقية، مما يعني أن بعض سيارات أوبل أو فوكسهول عالية الطاقة يمكن أن تتجاوز علامة 250 كم / ساعة (155 ميلاً في الساعة)، في حين أن سيارات كاديلاك الخاصة بها لا تفعل ذلك. كما لا تحد فيراري ولامبورجيني ومازيراتي وبورشه وأستون مارتن وبنتلي سياراتها ، على الأقل ليس إلى 250 كم / ساعة (155 ميلاً في الساعة). تقتصر كرايسلر 300C SRT8 على 270 كم / ساعة (168 ميلاً في الساعة). تقتصر معظم المركبات في السوق المحلية اليابانية على 180 كم / ساعة (112 ميلاً في الساعة) أو 190 كم / ساعة (118 ميلاً في الساعة). ^[6] السرعة القصوى هي حجة مبيعات قوية، على الرغم من أن السرعات التي تزيد عن حوالي 300 كم / ساعة (190 ميلاً في الساعة) من غير المحتمل أن تصل إلى الطرق العامة.

تقتصر العديد من سيارات الأداء على سرعة 250 كم / ساعة (155 ميلاً في الساعة) ^[7] للحد من تكاليف التأمين على السيارة، وتقليل خطر فشل الإطارات .

دراجات بخارية

كان لزامًا على الدراجات البخارية في المملكة المتحدة أن يكون لديها حد للسرعة يبلغ 30 ميلاً في الساعة (48 كم/ساعة) منذ عام 1977. ^[8] وتوجد قواعد مماثلة لدى معظم الدول الأوروبية الأخرى (انظر المقال الرئيسي).

مركبات الخدمات العامة

غالبًا ما تكون للمركبات الخدمية العامة سرعة قصوى محددة قانونًا. تقتصر خدمات الحافلات المجدولة في المملكة المتحدة (وكذلك خدمات الحافلات ) على 65 ميلاً في الساعة. ^[9]

غالبًا ما تحتوي الحافلات العامة في المناطق الحضرية على منظمات سرعة يتم ضبطها عادةً بين 65 كم / ساعة (40 ميلاً في الساعة) و 100 كم / ساعة (62 ميلاً في الساعة). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

الشاحنات

تخضع جميع المركبات الثقيلة في أوروبا ونيوزيلندا لقوانين/لوائح تحدد سرعتها بـ 90 كم/ساعة (56 ميلاً في الساعة) أو 100 كم/ساعة (62 ميلاً في الساعة). [ ^{بحاجة لمصدر ] وتُعفى} سيارات الإطفاء ومركبات الطوارئ الأخرى من هذا الشرط.

أمثلة على الاستخدامات

الطائرات

مراوح الطائرات هي تطبيق آخر. يستشعر المنظم سرعة دوران العمود، ويضبط أو يتحكم في زاوية الشفرات لتغيير حمل عزم الدوران على المحرك. وبالتالي، عندما تزيد سرعة الطائرة (كما في حالة الهبوط) أو تتباطأ (في حالة الصعود)، يتم الحفاظ على سرعة الدوران ثابتة.

محركات صغيرة

المحركات الصغيرة المستخدمة لتشغيل جزازات العشب والمولدات المحمولة وجرارات الحدائق والعشب مزودة بمنظم لتحديد سرعة الوقود للمحرك عند أقصى سرعة آمنة عند عدم التحميل والحفاظ على سرعة ثابتة نسبيًا على الرغم من التغيرات في التحميل. في حالة تطبيقات المولدات، يجب التحكم في سرعة المحرك عن كثب حتى يظل تردد خرج المولد ثابتًا بشكل معقول.

عادةً ما يكون منظمو المحرك الصغير أحد ثلاثة أنواع: ^[10]

هوائي : تكتشف آلية التحكم تدفق الهواء من منفاخ دولاب الموازنة المستخدم لتبريد المحرك المبرد بالهواء. يتضمن التصميم النموذجي ريشة هواء مثبتة داخل غلاف منفاخ المحرك ومرتبطة بعمود الخانق في المكربن . يسحب زنبرك الخانق مفتوحًا، ومع اكتساب المحرك للسرعة، فإن تدفق الهواء المتزايد من المنفاخ يجبر الريشة على الرجوع للخلف ضد الزنبرك، مما يغلق الخانق جزئيًا. في النهاية، سيتم الوصول إلى نقطة التوازن وسيعمل المحرك بسرعة ثابتة نسبيًا. تتميز منظمات الهواء بتصميم بسيط وغير مكلفة في الإنتاج. إنها لا تنظم سرعة المحرك بدقة كبيرة وتتأثر بكثافة الهواء، فضلاً عن الظروف الخارجية التي قد تؤثر على تدفق الهواء.
الطرد المركزي : آلية وزن الذبابة التي يحركها المحرك مرتبطة بالخانق وتعمل ضد زنبرك بطريقة مماثلة لطريقة عمل المنظم الهوائي، مما يؤدي إلى تشغيل متطابق بشكل أساسي. يعد تصميم وإنتاج المنظم الطردي أكثر تعقيدًا من المنظم الهوائي. التصميم الطردي أكثر حساسية لتغيرات السرعة وبالتالي فهو أكثر ملاءمة للمحركات التي تتعرض لتقلبات كبيرة في التحميل.
إلكتروني : يرتبط محرك السيرفو بخانق الوقود ويتم التحكم فيه بواسطة وحدة إلكترونية تستشعر سرعة المحرك عن طريق حساب النبضات الكهربائية المنبعثة من نظام الإشعال أو جهاز التقاط مغناطيسي. يتغير تردد هذه النبضات بشكل مباشر مع سرعة المحرك، مما يسمح لوحدة التحكم بتطبيق جهد متناسب على السيرفو لتنظيم سرعة المحرك. نظرًا لحساسيتها واستجابتها السريعة لتغيرات السرعة، غالبًا ما يتم تركيب منظمات إلكترونية في المولدات التي تعمل بالمحرك والمصممة لتشغيل أجهزة الكمبيوتر ، حيث يجب الحفاظ على تردد خرج المولد ضمن حدود ضيقة لتجنب حدوث عطل.

ضوابط التوربينات

تشغيل منظم الكرة الطائرة للتحكم في سرعات توربينات المياه

في التوربينات البخارية ، التحكم في التوربين البخاري هو إجراء مراقبة والتحكم في معدل تدفق البخار إلى التوربين بهدف الحفاظ على سرعة دورانه ثابتة. يتم مراقبة معدل تدفق البخار والتحكم فيه من خلال صمامات فاصلة بين المرجل والتوربين. ^[11]

في توربينات المياه ، تم استخدام الحكام منذ منتصف القرن التاسع عشر للتحكم في سرعتها. يستخدم النظام النموذجي حاكم Flyball الذي يعمل مباشرة على صمام إدخال التوربين أو بوابة الويكيت للتحكم في كمية المياه التي تدخل التوربين. بحلول عام 1930، بدأت الحكام الميكانيكية في استخدام وحدات تحكم PID للتحكم بشكل أكثر دقة. في الجزء الأخير من القرن العشرين، بدأت الحكام الإلكترونية والأنظمة الرقمية في استبدال الحكام الميكانيكية. ^[12]

مولد كهربائي

لتوليد الكهرباء على شبكات كهربائية متزامنة ، تقوم المحركات الأولية بتشغيل المولدات الكهربائية التي يتم توصيلها كهربائيًا بأي مولدات أخرى على الشبكة. من خلال التحكم في سرعة الدوران، يحدد تردد الشبكة بأكملها الوقود الذي يتم توصيله إلى كل مولد، بحيث إذا كانت الشبكة تعمل بشكل أسرع، يتم تقليل الوقود لكل مولد بواسطة منظمه للحد من السرعة.

مصعد

تُستخدم أجهزة التحكم في المصاعد . تعمل هذه الأجهزة كآلية توقف في حالة تجاوز المصعد لسرعة الانطلاق (والتي عادة ما تكون عاملاً في السرعة القصوى للمصعد ويتم ضبطها مسبقًا من قبل الشركة المصنعة وفقًا لإرشادات السلامة الدولية للمصاعد). يجب تركيب هذا الجهاز في المصاعد الجر والمصاعد الهيدروليكية ذات الحبال.

صندوق الموسيقى

يتم استخدام المحافظين في بعض صناديق الموسيقى ذات الزنبرك للحفاظ على تشغيل الموسيقى بسرعة ثابتة إلى حد ما أثناء انخفاض التوتر على الزنبرك.

انظر أيضا

مراجع

^ بينيت، ستيوارت (1992). تاريخ هندسة التحكم، 1930-1955 . IET. ص. 48. ISBN 978-0-86341-299-8.
^ ويلر، ليندر فيلبس (1947)، "مُحَكِّم جيبس للمحركات البخارية"، في ويلر، ليندر فيلبس؛ ووترز، إيفرت أويلر؛ دودلي، صامويل ويليام (المحررون)، العمل المبكر لويلارد جيبس في الميكانيكا التطبيقية ، نيويورك: هنري شومان، ص 63-78
^ ويلر، ل. (1951). جوزيه ويلارد جيبس - تاريخ العقل العظيم. وودبريدج، كونيتيكت: مطبعة أوكس بو.
^ بوجدان بوبا (28 يوليو 2012). "اتفاق السادة: ليس بهذه السرعة، يا سيدي!". التطور الذاتي .
^ فان جورب، أنكي. "القضايا الأخلاقية في التصميم الهندسي؛ السلامة والاستدامة" الصفحة 16. نشرته 3TU Ethics، 2005. ISBN 9090199071 ، 9789090199078. ISSN 1574-941X
^ "لماذا تمكنت اليابان أخيراً من رفع قدمها عن المكابح | صحيفة جابان تايمز أونلاين". Search.japantimes.co.jp. 2008-04-13 . تم الاسترجاع في 2012-11-08 .
^ مايك سبينيلي (11 فبراير 2006). "وداعا يا حاكم: مرسيدس ستطلق العنان لأقصى سرعة في موديلات AMG في الولايات المتحدة، مقابل سعر". جالوبنيك .
^ وزارة النقل (2008). "الإصابات على الطرق المبلغ عنها في بريطانيا العظمى: التقرير السنوي لعام 2008" (PDF) . تم الاسترجاع في 2010-01-09 .الصفحة 179 تنص على: "تم إعادة تعريف الدراجات البخارية إلى أقصى سرعة تصميمية تبلغ 30 ميلاً في الساعة"
^ "تاريخ السلامة على الطرق البريطانية". مؤرشف من الأصل في 2010-06-17 . تم الاسترجاع 2010-01-20 .
^ "كيف يعمل منظم المحرك الصغير؟ | Briggs & Stratton". www.briggsandstratton.com . تم الاسترجاع في 2018-03-22 .
^ Rathore, MM (2010). الهندسة الحرارية. نيودلهي: Tata McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-068113-2تم الاسترجاع بتاريخ 29 يناير 2015 .
^ فاسول، كارل هاينز (أغسطس 2002). "تاريخ موجز للتحكم في الطاقة الكهرومائية" (PDF) . مجلة أنظمة التحكم التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 22 (4): 68–76. doi :10.1109/MCS.2002.1021646. مؤرشف من الأصل (PDF) في 6 نوفمبر 2015. تم الاسترجاع في 29 يناير 2015 .

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[ben93p48-1] بينيت، ستيوارت (1992). تاريخ هندسة التحكم، 1930-1955 . IET. ص. 48. ISBN 978-0-86341-299-8.

[2] ويلر، ليندر فيلبس (1947)، "مُحَكِّم جيبس للمحركات البخارية"، في ويلر، ليندر فيلبس؛ ووترز، إيفرت أويلر؛ دودلي، صامويل ويليام (المحررون)، العمل المبكر لويلارد جيبس في الميكانيكا التطبيقية ، نيويورك: هنري شومان، ص 63-78

[3] ويلر، ل. (1951). جوزيه ويلارد جيبس - تاريخ العقل العظيم. وودبريدج، كونيتيكت: مطبعة أوكس بو.

[4] بوجدان بوبا (28 يوليو 2012). "اتفاق السادة: ليس بهذه السرعة، يا سيدي!". التطور الذاتي .

[5] فان جورب، أنكي. "القضايا الأخلاقية في التصميم الهندسي؛ السلامة والاستدامة" الصفحة 16. نشرته 3TU Ethics، 2005. ISBN 9090199071 ، 9789090199078. ISSN 1574-941X

[6] "لماذا تمكنت اليابان أخيراً من رفع قدمها عن المكابح | صحيفة جابان تايمز أونلاين". Search.japantimes.co.jp. 2008-04-13 . تم الاسترجاع في 2012-11-08 .

[7] مايك سبينيلي (11 فبراير 2006). "وداعا يا حاكم: مرسيدس ستطلق العنان لأقصى سرعة في موديلات AMG في الولايات المتحدة، مقابل سعر". جالوبنيك .

[8] وزارة النقل (2008). "الإصابات على الطرق المبلغ عنها في بريطانيا العظمى: التقرير السنوي لعام 2008" (PDF) . تم الاسترجاع في 2010-01-09 .الصفحة 179 تنص على: "تم إعادة تعريف الدراجات البخارية إلى أقصى سرعة تصميمية تبلغ 30 ميلاً في الساعة"

[9] "تاريخ السلامة على الطرق البريطانية". مؤرشف من الأصل في 2010-06-17 . تم الاسترجاع 2010-01-20 .

[10] "كيف يعمل منظم المحرك الصغير؟ | Briggs & Stratton". www.briggsandstratton.com . تم الاسترجاع في 2018-03-22 .

[11] Rathore, MM (2010). الهندسة الحرارية. نيودلهي: Tata McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-068113-2تم الاسترجاع بتاريخ 29 يناير 2015 .

[12] فاسول، كارل هاينز (أغسطس 2002). "تاريخ موجز للتحكم في الطاقة الكهرومائية" (PDF) . مجلة أنظمة التحكم التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 22 (4): 68–76. doi :10.1109/MCS.2002.1021646. مؤرشف من الأصل (PDF) في 6 نوفمبر 2015. تم الاسترجاع في 29 يناير 2015 .

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗