با افزایش تقاضا برای تحقیق و بهره‌برداری از منابع اجتماعی توسط انسان‌ها، کارهای بیشتری برای اکتشاف، تحقیق و استخراج منابع در زیر آب مورد نیاز است. بنابراین، تقاضا برای ماشین‌آلات تخصصی هرگز تا این حد ضروری نبوده است. شاسی‌های خزنده مکانیکی مناسب برای عملیات زیر آب، راحتی زیادی را برای کار در زیر آب به ارمغان می‌آورند. الزامات طراحی برای این شاسی‌های خزنده قطعاً بالاتر از شاسی‌های خزنده معمولی است. آنها باید چالش‌های منحصر به فرد محیط زیر آب، از جمله فشار بالا، آب شور خورنده و نیاز به عملکرد قابل اعتماد در شرایط سخت را برطرف کنند. بیایید در مورد الزامات اولیه طراحی شاسی‌های مکانیکی مناسب برای عملیات زیر آب بحث کنیم:
محیط زیر آب چالش‌های قابل توجهی را برای طراحی شاسی ایجاد می‌کند.
پیچیدگی محیط کار زیر آب، الزامات بیشتری را برای طراحی شاسی ایجاد می‌کند. مهمترین الزامات عبارتند از:
۱. مقاومت در برابر فشار: با افزایش عمق، فشار آب نیز افزایش می‌یابد. طراحی شاسی مکانیکی باید قادر به تحمل نیروی عظیم اعمال شده توسط آب در اعماق مختلف باشد که ممکن است از چند صد اتمسفر فراتر رود.
۲. مقاومت در برابر خوردگی: آب شور بسیار خورنده است. مواد مورد استفاده برای شاسی زیر آب باید در برابر خوردگی مقاوم باشند تا طول عمر و قابلیت اطمینان آن تضمین شود. این امر مستلزم استفاده از پوشش‌ها یا مواد تخصصی برای مقاومت در برابر قرار گرفتن طولانی مدت در معرض محیط‌های خشن دریایی است.
۳. تغییرات دما: دمای زیر آب می‌تواند بسیار متغیر باشد و بر عملکرد مواد و اجزا تأثیر بگذارد. طراحی شاسی باید بتواند در طیف وسیعی از دماها، از اعماق سرد اقیانوس تا سطح گرم، به طور مؤثر عمل کند.
۴. آب‌بندی و محافظت: نفوذ آب می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار سیستم‌های مکانیکی شود. بنابراین، یک راه‌حل آب‌بندی مؤثر برای محافظت از اجزای حساس در برابر آسیب آب بسیار مهم است.
طراحی و تولید سفارشی
یکی از مهمترین جنبه‌ها در توسعه‌ی شاسی مکانیکی برای عملیات زیر آب، نیاز به طراحی و تولید سفارشی بر اساس الزامات خاص است. راه‌حل‌های طراحی آماده اغلب نمی‌توانند نیازهای خاص کاربردهای منحصر به فرد زیر آب را برآورده کنند. سفارشی‌سازی نه تنها شامل برآورده کردن نیازهای اولیه است، بلکه وجود عملکردهای عملیاتی قابل اعتماد را در شرایط سخت نیز تضمین می‌کند. عملکردهای یکپارچه‌ی متناسب با محیط واقعی عبارتند از:
۱. ابعاد و شکل: شاسی باید به گونه‌ای طراحی شود که با ابعاد خاص و الزامات تحمل وزن تجهیزاتی که در آن قرار می‌گیرد، مطابقت داشته باشد. این امر ممکن است شامل ایجاد یک طراحی جمع و جور برای به حداقل رساندن مقاومت و در عین حال به حداکثر رساندن فضای داخلی برای اجزا باشد.
۲. طراحی ماژولار: رویکرد ماژولار، ارتقاء و نگهداری آسان شاسی را امکان‌پذیر می‌کند. با طراحی شاسی با قطعات قابل تعویض، اپراتورها می‌توانند به سرعت با نیازهای متغیر سازگار شوند یا اجزای آسیب‌دیده را بدون نیاز به طراحی مجدد کامل، جایگزین کنند.
۳. ادغام فناوری: از آنجایی که عملیات زیر آب به طور فزاینده‌ای به فناوری‌های پیشرفته متکی است، شاسی باید حسگرها، دوربین‌ها و دستگاه‌های ارتباطی مختلفی را در خود جای دهد. طراحی سفارشی می‌تواند تضمین کند که این فناوری‌ها بدون به خطر انداختن تمامیت ساختاری شاسی، به طور یکپارچه در آن ادغام شده‌اند.
الزامات بالای انتخاب مواد
انتخاب مواد برای شاسی زیر آب یک عامل کلیدی است که به طور مستقیم بر عملکرد و دوام آن تأثیر می‌گذارد. مواد زیر به طور کلی برای کاربردهای زیر آب مناسب در نظر گرفته می‌شوند:
آلیاژهای تیتانیوم: آلیاژهای تیتانیوم که به دلیل نسبت استحکام به وزن فوق‌العاده و مقاومت در برابر خوردگی مشهور هستند، اغلب در کاربردهای زیر آب با کارایی بالا به کار می‌روند. آنها می‌توانند فشار شدید را تحمل کنند و مستعد خستگی نیستند، که آنها را به انتخابی ایده‌آل برای عملیات در اعماق دریا تبدیل می‌کند.
۲. فولاد ضد زنگ: اگرچه به سبکی تیتانیوم نیست، اما فولاد ضد زنگ مقاومت خوردگی بسیار خوبی دارد و اغلب در کاربردهایی که هزینه نگران کننده است، استفاده می‌شود. فولاد ضد زنگ درجه بالا، مانند ۳۱۶L، به ویژه در محیط‌های دریایی مؤثر است.
۳. آلیاژهای آلومینیوم: آلیاژهای آلومینیوم به دلیل سبکی وزن و مقاومت در برابر خوردگی، اغلب برای شاسی‌های زیر آب استفاده می‌شوند. با این حال، برای افزایش دوام آنها در آب شور، باید با پوشش‌های محافظ پوشانده شوند.
۴. مواد کامپوزیت: مواد کامپوزیت پیشرفته، مانند پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف کربن، ترکیبی منحصر به فرد از سبکی و استحکام بالا را ارائه می‌دهند. این مواد را می‌توان طوری مهندسی کرد که استحکام فشاری و مقاومت در برابر خوردگی عالی داشته باشند و برای کاربردهای تخصصی زیر آب مناسب باشند.
عملکرد آب‌بندی خوب قطعات
آب‌بندی مؤثر برای جلوگیری از ورود آب و تضمین قابلیت اطمینان سیستم‌های مکانیکی زیر آب بسیار مهم است. طراحی شاسی باید شامل راه‌حل‌های مختلف آب‌بندی باشد، از جمله:
۱. اورینگ‌ها و واشرها: این موارد برای ایجاد آب‌بندی‌های ضد آب بین اجزا ضروری هستند. برای اطمینان از عمر طولانی، باید از الاستومرهای با کیفیت بالا که می‌توانند در برابر دما و فشارهای شدید مقاومت کنند، استفاده شود.
۲. ترکیبات گلدانی: برای قطعات الکترونیکی حساس، ترکیبات گلدانی می‌توانند یک لایه محافظ اضافی برای جلوگیری از ورود آب ایجاد کنند. این ترکیبات قطعات را در بر می‌گیرند و مانعی برای جلوگیری از آسیب رطوبت ایجاد می‌کنند.
۳. شیرهای متعادل‌کننده فشار: این شیرها می‌توانند فشار داخل شاسی را متعادل کرده و از تشکیل آب‌بندهای خلاء که می‌تواند منجر به خرابی سازه شود، جلوگیری کنند. آنها به ویژه در کاربردهای اعماق دریا که تغییرات فشار می‌تواند قابل توجه باشد، اهمیت دارند.
نتیجه‌گیری
طراحی و تولید شاسی مکانیکی مناسب برای عملیات زیر آب نیازمند درک جامعی از چالش‌های منحصر به فرد محیط دریایی است. طراحی سفارشی، انتخاب مواد با کیفیت بالا و راه‌حل‌های آب‌بندی مؤثر، اجزای ضروری یک شاسی زیر آب موفق هستند. با ادامه کاوش صنایع در اعماق اقیانوس، تقاضا برای شاسی مکانیکی نوآورانه و قابل اعتماد افزایش خواهد یافت. با برآورده کردن این الزامات طراحی، تولیدکنندگان می‌توانند اطمینان حاصل کنند که محصولاتشان الزامات سختگیرانه عملیات زیر آب را برآورده می‌کنند و راه را برای پیشرفت در اکتشاف، تحقیق و استخراج منابع هموار می‌کنند.
در نتیجه، آینده عملیات زیر آب به توانایی ساخت شاسی‌های مکانیکی مقاوم، قابل اعتماد و کارآمد که بتوانند شرایط سخت اعماق دریا را تحمل کنند، وابسته است. با پیشرفت مداوم علم و مهندسی مواد، پتانسیل نوآوری در این زمینه بسیار گسترده است و انتظارات هیجان‌انگیزی را برای توسعه صنعت فناوری زیر آب به همراه دارد.