استفاده از کامپوزیت‌ها در صنایع بالابرنده‌های هوایی

[mtehrangroup]

گروه علم و مهندسی مواد تهرانگروه علم و مهندسی مواد تهران
■[FONT=&quot] مقدمه[/FONT]
[FONT=&quot]ادوات هوایی (بالابرنده ها) سوار بر خودرو بطور گسترده ای در کاربردهای متنوعی نظیر حرس درختان، حفظ و نگهداری چراغ های خیابانی،سرویس کردن خطوط هوایی برق و همچنین خطوط تلفن بکار برده می شوند. یک دستگاه هوایی (بالابرنده) معمولاً شامل یک بازوی چند قسمته است که هم قابلیت باز شدن و هم قابلیت جمع شدن را دارد. در قسمت انتهای بخش فوقانی بازو یک ابزار نگهدارنده نفر وجود دارد که معمولاً سکو و یا گاهی اوقات [/FONT]Bucket[FONT=&quot] نامیده می‌شود.[/FONT]
[FONT=&quot]ادوات هوایی عمدتاً در بر دارنده یک سکو که جایگاه اپراتور می‌باشد، یک بازوی متحرک، یک وسیله نقلیه همانند یک کامیون، کنترل داخلی مکانیکی و یک کنترل مجموعه هستند (اشکال 1 تا 4 ). سکو بگونه‌اای طراحی می‌شود که قابلیت بالا بردن حداقل یک نفر را برای انجام کار در ارتفاع را داشته باشد که به یک بازوی دور برد متصل شده است. از آنجاییکه این سکو ممکن است در کاربردهای خطوط الکتریکی فشار قوی و همچنین وسایل برقی استفاده شود، عمدتاً سکو عایق الکتریسیته است که بازو و وسیله نقلیه هم بمنظور حفاظت ثانویه در مقابل خطرات ناشی از تخلیه الکتریکی و برق گرفتگی کارگران و ناظران، عایق الکتریسیته هستند. استفاده از کامپوزیت‌ها در صنایع بالابرنده‌های هوایی رو به گسترش است. [/FONT]
file:///C:/Users/RUNSYS%7E1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif[FONT=&quot][/FONT]

[FONT=&quot]شکل1- بالابرنده‌های متصل به یک وسیله نقلیه[/FONT]
​

[FONT=&quot] [/FONT]​

[FONT=&quot] [/FONT]​

file:///C:/Users/RUNSYS%7E1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif[FONT=&quot][/FONT]​

[FONT=&quot]شکل2- بالابرنده‌ها با قابلیت حرکت بصورت دستی[/FONT]
​

file:///C:/Users/RUNSYS%7E1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif[FONT=&quot][/FONT]​

[FONT=&quot]شکل3- بالابرنده‌های پشتیبانی شده بوسیله بازو[/FONT]
​

[FONT=&quot] [/FONT]
​

[FONT=&quot] [/FONT]​

file:///C:/Users/RUNSYS%7E1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif[FONT=&quot][/FONT]​

[FONT=&quot]شکل4- بالابرهای خودکششی[/FONT]​

■[FONT=&quot]موارد ایمنی مربوط به خطرات الکتریکی در بالابرنده‌ها[/FONT]
[FONT=&quot]1- کارگرها در بالابرنده‌هایی که از نظر الکتریکی عایق نیستند نباید به محدوده 10 فوتی خطوط فشار قوی نزدیک بشوند.[/FONT]
[FONT=&quot]2- تنها پرسنل دوره دیده در ولتاژهای بالا، در بالابرنده‌های عایق شده مجاز به ورود به محدوده 10 فوتی خطوط فشار قوی الکتریکی هستند.[/FONT]
[FONT=&quot]■[/FONT][FONT=&quot] مروري بر ساختار الكتروني مواد [/FONT] [FONT=&quot]جهت بررسي مواد از لحاظ ساختار الكتروني نحوه استقرار دو لايه ظرفيت و هدايت نسبت به يكديگر تعيين كننده خواص مواد مي باشد كه بسته به استقرار اين دو لايه مواد از لحاظ الكتريكي به سه دسته هادي، نيمه هادي و عايق طبقه بندي مي شوند.[/FONT] [FONT=&quot]الف: دسته اول [/FONT]–[FONT=&quot] هادي هاي قوي [/FONT] [FONT=&quot]موادي هستند كه دو لايه ظرفيت و هدايت نسبت به هم همپوشاني داشته باشند عمده فلزات مانند مس و طلا در اين گروه هستند كه الكترون ها در آن ها صورت آزادانه حركت مي كنند و اصطلاحا هادي هاي قوي هستند.[/FONT] [FONT=&quot]ب: دسته دوم [/FONT]–[FONT=&quot] هادي [/FONT] [FONT=&quot]موادي هستند كه دو لايه ظرفيت و هدايت نسبت به هم همپوشاني نداشته باشند ولي خيلي به هم نزديك باشند كه به فاصله مشترك دو منطقه باند ممنوعه مي گويند. اختلاف سطح انرژي بين دو لايه كمتر از 5/0 الكترون ولت است بنابراين الكترون ها به راحتي در اين مواد حركت مي كنند و اين مواد را هادي مي ناميم.[/FONT] [FONT=&quot]ج: دسته سوم [/FONT]–[FONT=&quot] نيمه هادي [/FONT] [FONT=&quot]موادي هستند كه بين دو لايه ظرفيت و هدايت آن ها فاصله وجود دارد يعني باند ممنوعه آن ها زياد باشد و اختلاف سطح انرژي بين دو لايه ظرفيت و هدايت بيشتر از 5/0 الكترون ولت و كمتر از 3 الكترون ولت مي باشد. بنابراين الكترون ها در اين مواد قابليت حركت نداشته و هادي نمي باشد و در برخي شرايط دمايي هادي مي شوند كه اصطلاحا به نيمه هادي معروفند.[/FONT] [FONT=&quot]د: دسته چهارم [/FONT]–[FONT=&quot] عايق ( دي الكتريك ها)[/FONT] [FONT=&quot]موادي هستند كه فاصله باند ممنوعه آن ها فوق العاده زياد باشد و اختلاف سطح انرژي دو لايه ظرفيت و هدايت بيش از 3 الكترون ولت باشد كه به اين مواد عايق ها يا دي الكتريك ها گفته مي شود.[/FONT] 1-1-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]عايق ها[/FONT] [FONT=&quot]عايق ها ، جسم اي ماده اي نارسا است كه جنبش الكترون درون آن بسيار ناچيز است و به عبارت ديگر داراي الكترون آزاد كمي مي باشد ( لازم به ذكر است كه يون ها نيز مي توانند باعث هدايت شوند). هر ماده عايق در ولتاژ خاصي شكست برمي دارد و پس از آن مانند رسانا عمل مي كند و سه عامل فركانس، بزرگي ولتاژ اعمال شده و دماي كار در ولتاژ شكست عايق موثرند.[/FONT] [FONT=&quot]جدول شماره 1-1 عواملي را كه بايد در هنگام انتخاب ماده عايق به آن ها توجه كرد را نشان مي دهد كه شامل موارد الكتريكي و فيزيكي مي باشد. استفاده از سراميك ها در عايق متداول است، از مزيت هاي مشخص عايق هاي سراميكي مي توان به سختي، سهولت ساخت، جذب اندك رطوبت ( مناسب جهت كار در نواحي گرمسير)، ضريب توان مطلوب و اتلاف توان پايين اشاره كرد. [/FONT] [FONT=&quot]وظايف عايق هاي الكتريكي [/FONT] [FONT=&quot]به طور كلي عايق هاي الكتريكي داراي دو وظيفه اند :[/FONT] 1-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]عايق كردن دو يا چند هادي كه تحت فشار هاي الكتريكي مختلفي نسبت به يك ديگر قرار گر فته اند . [/FONT] 2-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]عايق كردن قطعات هادي نسبت به زمين كه تحت فشار الكتريكي واقع شده اند و نگه داشتن وامكان حمل ونقل آنها را فراهم كردن [/FONT] [FONT=&quot]مواد عايق بايد داراي خواص زير باشند:[/FONT] 1-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]مقاومت در برابر مواد شيميايي [/FONT] 2-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]مقاومت در برابر حرارت [/FONT] 3-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]قابليت هدايت الكتريكي در حداقل ممكن [/FONT] 4-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]تلفات كم انرژي هنگامي كه عايق در يك ميدان متناسب واقع مي شود [/FONT] 5-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]دارا بودن عدد عايقي بزرگ [/FONT] 6-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]ولتاژ شكست قابل توجه [/FONT] [FONT=&quot]عايق ها كاملا طبيعي عبارتند از : سنگ هاي مرمر،بلورها ،ميكا ،آزبست. [/FONT] [FONT=&quot]عايق هايي كه در ساخت آن ها از مواد طبيعي استفاده مي شود عبارتنداز :[/FONT] [FONT=&quot]الف)عايق هاي ساخته شده از گل رس يا خاك چيني (سراميك ).[/FONT] [FONT=&quot]ب)كوارتز.[/FONT] [FONT=&quot]ج)شيشه معمولي و... مي باشد .[/FONT] [FONT=&quot] [/FONT]
[FONT=&quot]■[/FONT][FONT=&quot] عوامل مهم درانتخاب عايق ها [/FONT] [FONT=&quot]□[/FONT][FONT=&quot] عوامل الكتريكي :[/FONT] 1-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]قدرت عايق سازي در اتلاف هاي عايق سازي [/FONT] 2-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]رسانندگي ويژه يامقاومت ويژه [/FONT] 3-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]ضريب دما [/FONT] [FONT=&quot]□[/FONT][FONT=&quot] عوامل فيزيكي:[/FONT]

[FONT=&quot] [/FONT] 1-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]چگالي نسبي [/FONT] 2-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]وزن مخصوص [/FONT] 3-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]سختي [/FONT] 4-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]سفتي [/FONT] 5-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]شكنندگي [/FONT] 6-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]شكل پذيري [/FONT] 7-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]كار پذيري[/FONT] 8-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]خمش پذيري[/FONT] 9-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]استقامت كششي[/FONT] [FONT=&quot]10- صيقل پذيري [/FONT] [FONT=&quot]11- نقطه ذوب [/FONT] [FONT=&quot]12- چسبندگي [/FONT] [FONT=&quot]13-اثر دماي بالا [/FONT] [FONT=&quot]14- اثر دماي پايين [/FONT] [FONT=&quot]15- تخلخل [/FONT] [FONT=&quot]16- گرانروي[/FONT] [FONT=&quot]17- آهنگ خشك شدن [/FONT] [FONT=&quot]18- جذب رطوبت [/FONT] [FONT=&quot]19- اثر رطوبت، هواي نمناك [/FONT] [FONT=&quot]20- حضور اسيد [/FONT] [FONT=&quot]21- انقباض [/FONT]
[FONT=&quot][/FONT]
[FONT=&quot]در ادامه ابتدا مختصری در مورد کاپوزیت ها و سپس در ادامه به کامپوزیت های مورد استفاده در صنعت بالابرنده ها و در آخر به روش های ساخت آن ها می پردازیم.[/FONT] [FONT=&quot]■ مقدمه ای بر کامپوزیت ها[/FONT] [FONT=&quot]سازندگان، طراحان و مهندسین، توانایی مواد کامپوزیت را جهت تولید محصولاتی با کیفیت بالا، با دوام و ارزان تشخیص داده اند. مواد کامپوزین در محصولات زیادی در زندگی روزمره ما یافت می شوند، از اتومبیل هایی که بر آن سوار می شیم تا قایق ها، چوب های اسکی و گلف که در تعطیلات آخر هفته استفاده می کنیم. علاوه بر این، کامپوزیت ها در بسیاری از کاربردهای صنعتی حساس، هوا فضا و نظامی استفاده می شوند.[/FONT] [FONT=&quot]در بازاری که تقاضا برای محصول همواره در حال افزایش است، مواد کامپوزیت در کاهش هزینه ها و افزایش کارآیی، ثابت کرده اند که موثر می باشند. کامپوزیت ها، مشکلات را حل می کنند، سطح کارآیی را بالا می برند و توسعه محصولات دید را قادر می سازند. در ایالات متحده، ساخت کامپوزیت ها، یک صنعت 25 میلیون دلاری در سال است و یکی از معدود صنایعی است که در آن نسبت به دیگر رقبای خارجی کمی پیشرفته تر است.[/FONT] [FONT=&quot]در حدود 90٪ کامپوزیت های تولید شده از الیاف شیشه و رزین پلی استر و وینیل استر استفاده می شود. 65٪ کامپوزیت ها با استفاده از روش قالب گیری باز ساخته می شوند و 35٪ باقیمانده با استفاده از روش قالبگیری بسته یا پیوسته تولید می شوند.[/FONT] [FONT=&quot]کامپوزیت ها به طور گسترده ای به عنوان پلاستیک های تقویت شده ([/FONT]Reinforced Plastics[FONT=&quot]) شناخته می شوند. به طور ویژه، کامپوزیت ها، الیاف تقویت کننده ای در ماتریس پلیمری هستند.[/FONT][FONT=&quot][/FONT] ■[FONT=&quot]مواد کامپوزیت مورد استفاده در بالابرها[/FONT] [FONT=&quot]کامپوزیت ها در صنایع عمومی و صنایع پیشرفته دارای کاربردهای فراوانی هستند. علت انتخاب این مواد، عمدتاً ناشی از خواص تقویت شده مطلوب در جهات خاص و وزن سبک آن ها است. استفاده از ترکیبات فلزی بسیار پر هزینه است. جایگزینی این قسمت ها با کامپوزیت ها مزایای بسیاری را به دنبال دارد. برای مثال، کامپوزیت ها نسبت به فلزات بسیار سبک تر هستند. ترکیبات سبک تر به وزنه تعادلی کمتری در وسیله نقلیه نیاز دارد، وزن سبک فضای بیشتری را می تواند برای سکو فراهم کند که در نتیجه فضای بیشتر برای تعداد نفرات و ابزار فراهم می شود. همچنین کاهش وزن باعث کاهش سایز در سیستم تراز و دیگر سیستم های مکانیکی می شود که در نتیجه هزینه تولید را پایین می آورد. مواد کامپوزیتی می توانند بگونه ای طراحی شوند که از نظر الکتریکی نارسانا باشند که در واقع باعث کاهش و یا حذف مسیر جریان الکتریکی در کل سیتم بالابر می شود. و در آخر نگهداری و تعمیرات مورد نیاز سیستم بدلیل زنگ نزدن کامپوزیت ها (بر عکس فلزات) کاهش می یابد. در این باره محقیقن مواد کامپوزیتی که در موقع استفاده در ساخت بالابرها ترکیبی از بهترین و عالی ترین مزایا را بهمراه دارند را معرفی کرده اند. آنگونه که در صنعت مشخص است، کامپوزیت های سنتی تقویت شده با الیاف از الیاف تقویت کننده ای همچون فایبرگلاس و کِولار (نوعی پارچه) و فاز زمینه ای همچون پلی استر و رزین اپوکسی تشکیل شده اند. این کامپوزیت ها به روش لایه گذاری ساخته می شوند که در ادامه به آن می پردازیم.[/FONT][FONT=&quot][/FONT] ■[FONT=&quot] مقدمه ای بر تکنولوژی لایه گذاری با روش قالب گیری باز[/FONT] [FONT=&quot]بی عیبی یک قطعه کامپوزیتی قالبگیری شده بستگی به کیفیت لایه گذاری آن دارد. با دنبال کردن صحیح فرایندهای لایه گذاری، مطمئناً نیازهای طراحی محصول برآورده می شوند. به علاوه، تزئینات قطعه تمام شده ارتقا یافته و هزینه گران دوباره کاری در حداقل نگهداشته می شود. در فرایند قالبگیری باز، دو روش لایه گذاری وجود دارد:[/FONT] [FONT=&quot]لایه گذاری دستی و به کمک اسپری.[/FONT] [FONT=&quot]این نام ها از روش بکارگیری تقویت کننده فایبرگلاس گرفته می شوند و به روش کاربرد رزین ربطی ندارند. روش لایه گذاری دستی شامل استفاده از تقویت کننده های فایبرگلاس نظیر، پارچه های سوزنی، الیاف بافته شده، پارچه های کوک زده شده و پارچه های بافته شده می باشند.[/FONT] [FONT=&quot]الیاف گلاس در قالب قرار داده شده و سپس رزین جهت خیس کردن ماده روی آن استفاده می شود.[/FONT] [FONT=&quot]در روش لایه گذاری دستی، رزین می تواند به چند طریق مختلف بکار برده شود:[/FONT] 1-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]رزین می تواند با استفاده از روش سطل و قلم مو استفاده شود که در آن رزین در یک ظرف بوده و بصورت دستی روی لایه ها پخش می شود. به این روش لایه گذاری دستی، فرایند دستی اطلاق می شود.[/FONT] 2-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]رزین می تواند به کمک یک پیستوله بکار برده شود. به این روش لایه گذاری دستی، فرایند مکانیکی اطلاق می شود.[/FONT] 3-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]رزین می تواند با تجهیزاتی غیر اسپری نظیر یک بکار برنده جریان یا یک رولر تغذیه شده تحت فشار مورد استفاده قرار گیرد.[/FONT] [FONT=&quot]اسپری کردن شامل استفاده از یک وسیله پاشش الیاف ریز ریز شده می باشد. این وسیله الیاف دم اسبی را به صورت رشته ای، کشیده و از قسمت ریز ریز کننده خود می گذراند. از این طریق، الیاف بصورت رشته های کوتاه درآمده و با جریان رزین آغشته شده و با آن بر روی قالب پاشیده می شوند. در این وسیله، رزین، شروع کننده و گلاس، درحالی که اپراتور، لایه گذاری را کنترل می کند با هم مخلوط می شوند.[/FONT] [FONT=&quot]دو نوع وسیله ریزریز کننده وجود دارند:[/FONT] 1-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]نوع پیستوله ای که جریان را اتمیزه می کند.[/FONT] 2-[FONT=&quot] [/FONT][FONT=&quot]ریزریز کننده جریانی که پاشش رزین غیر اتمیزه ای را ایجاد می کند.[/FONT] [FONT=&quot]جایگذاری تقویت کننده ها[/FONT] [FONT=&quot]روش لایه گذاری دستی[/FONT] [FONT=&quot]در فرایند لایه گذاری دستس, تقویت کننده فایبرگلاس به صورت رول مواد خام به طور دستی روی قالب قرار داده می شود. ماده فایبرگلاس به دو روش می تواند روی آن کار شود. اول، اینکه مستقیماً از رول کشیده شده، روی قالب خوابانده شود و بوسیله قیچی های دستی برش بخورد. این روش معمولاً شامل برش محیطی شکل های تخت و دیگر شکل های مورد نیاز برای ساخت صفحاتی مناسب با شکل قالب می باشد.[/FONT] [FONT=&quot]دوم، برش الگوی ماده است. در این حالت، الگوهایی برای برش اولیه تقویت کننده به شکل مشخص و قبل از اینکه روی قالب استفاده شوند به کار برده می شوند. بعد از اینکه، ماده به شکل الگو بریده شد، معمولاً برای نگهداری، رول شده یا تا می شود، سپس در هنگام شروع لایه گذاری روی قالب از حالت رول باز شده و روی قالب قرار می گیرد.[/FONT] [FONT=&quot]مزیت برش الگویی، صرفه جویی در وقت در حین مراحل لایه گذاری است. در این روش، لایه گذار نیازی ندارد به برش و ترمیم کردن روی قالب بپردازد. به هر حال، عمل برش اولیه، به میز برش کاری، پرسنل مشخص و وسایل خاصی نیاز دارد، معمولاً، برش الگویی جایی بکار می رود که قطعات مشابه بوده، بطور مداوم ساخته می شوند و شکل به اندازه کافی پیچیدگی دارد که برش کاری حین کار، آهسته و فرایند قرار دادن آن در قالب زمان گیر است.[/FONT] [FONT=&quot]روش اسپری کردن[/FONT] [FONT=&quot]با فرایند ریزریز کردن الیاف، قرار دادن تقویت کننده فایبرگلاس روی قالب تابعی از تنظیم پیستوله و توانایی اپراتور به توزیع کردن خرده ریزهای الیاف روی سطح قالب می باشد.[/FONT] [FONT=&quot]توزیع خرده ریزهای الیاف در طرح پاشش، یک توزیع یکنواخت از قالب را دنبال می‌کند.[/FONT]
گروه علم و مهندسی مواد تهران
تلفن تماس- 09353491840
پست الکترونیکی- mtehrangroup@yahoo.com
وبلاگ- http://material-science.blogfa.com
[FONT=&quot] [/FONT] [FONT=&quot] [/FONT]
[FONT=&quot] [/FONT]

[FONT=&quot] [/FONT]​