Эта статья была изначально опубликована мной на https://radiokot.ru/artfiles/6657/ но для расширения читательской аудитории публикую её и здесь.
Приветствую Вас дорогие мои самоделкины! Хочу поделится с вами очень интересной задумкой, воплощенной в жизнь, а затем несколько раз повторённой. Дочитайте статью до конца - будет интересно. В конце будет презентация моей версии, которую можно с лёгкостью повторить и даже модернизировать.
Было это давно, устроился работягой на одно довольно крупное предприятие и попал в отдел разработки оптических датчиков. Огромное количество стёкол, стеклянных светофильтров, разных зеркал и зачастую всё это миниатюрное, и всё приходилось собирать и клеить. Клеевые швы были настолько малые (доли миллиметра), что клей приходилось брать на кончике иглы и наносить на поверхность.
Ну так как я был «свежая кровь», я начал предлагать новые решения, чтоб хоть немного облегчить этот кропотливый труд.
Первое что было предложено - наносить клей из шприца. Но это неудобно: клей густой, давить его довольно тяжело. Тогда я предложил купить промышленный дозатор паяльной пасты, но мне сказали, что это неоправданно: мы не сможем обосновать его необходимость, и если это повлечет за собой повышение производительности труда, то расценки за работу понизят (работа была сдельная). Естественно терять свой заработок никто не хотел.
Покопавшись по всякому списанному оборудованию, я нашёл пару электромагнитных клапанов. Найти на предприятии баллон со сжатым воздухом, баллонный редуктор, тройники, трубки, штуцера была вообще не проблема.
Пару часов работы и родился первый прототип, затем его модернизировал и причесал.
Ох! И тогда мне накрутили хвост за мою рационализаторскую деятельность, но вскоре приняли и признали.
Не для кого не секрет, что выводные радио элементы постепенно заменяются SMD компонентами, и радиолюбительские технологии приближаются к профессиональным. Тем актуальней становится тема пайки паяльной пастой. Покупать готовый фирменный дозатор очень дорого, китайский - не спортивно, сделаем свой не хуже!
Как следует покопавшись в интернете на эту тему, я понял, что есть механические, ручные или покупные дозаторы, а самодельных пневматических нет. Ну или нормального описания нет..
Поехали!
Немного теории.
Общая схема построения дозатора.
Сжатый воздух поступает на редуктор, на котором стоит манометр, показывающий выходное регулируемое давление (у меня в дозаторе он стоит в магистрали после редуктора, через тройничёк, что одно и тоже). Затем идёт клапан 1 нагнетающий (первоначально закрыт), тройник делит воздух между шприцом и клапаном 2 разгрузочным (первоначально открыт).
Отрегулировали давление, открыли клапан 1, и весь воздух пошёл через тройник и клапан 2 уходить наружу.
Очевидно, чтоб воздух начал давить на поршень шприца, необходимо закрыть клапан 2. Закрыли. Опа! Всё получилось. Паста полезла из шприца. Выдавили сколько надо и закрываем клапан 1. И что? Она всё равно лезет, и лезет, и будет лезть, пока давление в системе не пропадёт. И тут мы откроем клапан 2, давление сбросится, процесс прекратится. Тут есть важный момент: давление должно сбрасываться как можно резче, благодаря этому происходит небольшой возврат поршня шприца, чтобы паста не капала после завершения цикла. Этот процес можно регулировать, установив регулировочный вентиль на выход клапана 2.
Получается что, для правильной работы нам необходимо одновременно менять состояние обоих клапанов на противоположное от начального. Очевидно, что проще всего реализовать этот алгоритм если взять два клапана (без подачи питания) 1й нормально закрытый, 2й нормально открытый, и, подавая параллельно на них питание, они будут менять своё состояние.
Но как всегда есть свой нюанс. Нормально закрытых клапанов, как сказал кот Матроскин, ну просто завались. Можно найти автомобильные в автозапчастях, они совсем недорогие, ну или просто шикарный выбор у китайцев на любой вкус и цвет, а вот нормально открытый найти гораздо сложней или дорого.
Ну и тут есть выход, можем использовать два нормально закрытых клапана, просто состояние одного можно проинвертировать. Например, с помощью реле, или пары транзисторов.
На одном рисунке показана стадия нагнетания давления, на другом рисунке стадия сброса давления, оно же начальное состояние, стрелками показано движение воздуха.
Стадия сброса. Начальная стадия.
Стадия нагнетания.
Эта схема работает просто замечательно! Но и тут не всё гладко.
Дело в том, что пока дозатор стоит включенным без дела, на клапан 2 постоянно подаётся напряжение, чтоб держать его открытым. Полезной работы он никакой не делает, а вот аппетит - 6,5 ватт в тепло, и через 15 минут он горячий.
Есть простое и хитрое решение. Дело в том, что клапану чтобы открыться нужно полное напряжение, а чтоб поддерживать это состояние - гораздо меньшее. А мы возьмём и поставим в схему пару дополнительных деталей вот так, как на рисунке.
Простое, но хитрое решение.
В начальный момент времени конденсатор разряжен, его сопротивление мало, и к клапану прикладывается полное напряжение. Он открывается, затем конденсатор начинает заряжаться, его сопротивление растёт, пока не станет большим, и клапан будет питаться через резистор. Ток там уже совсем не тот, чтоб кипеть, но чтоб удерживать вполне хватает. После того как питание пропадёт, конденсатор разрядится.
Как говорится немного вкусненького!
Да несомненно у тех-же китайцев можно найти готовые адаптеры под шприц, пасту в шприцах, да и сами пустые шприцы. Но это неоправданно дорого, и паста в баночках стоит дешевле, чем в шприцах. Мы сделаем свой адаптер, причём будем использовать копеечные медицинские шприцы и сохраним возможность использования стандартных заводских после небольшой доработки.
На выбор 2 варианта исполнения.
Вариант 1 более компактный, но там надо по месту проделать отверстия в шприце, просверлить или же просто проплавить паяльником и зачистить.
Вариант 2 более габаритный, зато не требует никакой доработки шприца (насовал пасты и вперёд).
Чертежи рассчитаны на медицинские шприцы с резиновым поршнем объемом 10 кубиков. Они имеют меньший наружный диаметр, чем стандартные. При желании, подкорректировав чертежи, можно сделать адаптер под стандартный шприц. Принцип крепления абсолютно такой же, можно сделать один (универсальный) с большим диаметром отверстия, но когда будите зажимать медицинские шприцы, придётся их центровать. Также можно применять и шприцы с пластиковым поршнем, отломав шток шприца в нескольких сантиметрах от поршня - это необходимо, чтобы в процессе работы поршень не перекашивало. Ну конечно можете сделать адаптер хоть под шприц 2 кубика, хоть под 50.
Как изготовить?
У кого есть возможность изготовить на ЧПУ станке прикладываю DXF файлы (под штуцер 6мм с шагом резьбы 1.0). Для простых смертных, таких как я, печатаем на принтере чертёж, наклеиваем на металл, сушим клей, выпиливаем, высверливаем, обтачиваем по рисунку и режем резьбу.
Получаем что-то такое.
Я использовал дюраль из куска прямоугольного профиля толщиной 2 мм. Надо отдать должное, хороший сплав - не согнуть в руках. Вкручиваем штуцера, вырезаем резиновые прокладки по месту, проделываем в них отверстия и клеим.
На штоке медицинского шприца есть область утончения (не на всех типах), там надо его сломать. Ломается он хорошо. При использовании варианта 1 надо проделать отверстия в шприце как показано на картинке, в варианте 2 они не нужны.
Размазываем пасту по стенкам шприца, так чтоб в центре оставалось отверстие для выхода воздуха, вставляем отломанный шток, заряжаем в держатель, закручиваем винты, стыкуем трубку и вперед.
Про режимы работы.
Дозатор рассчитан работать в двух режимах: ручной и автоматический.
В ручном режиме давление выдавливает содержимое шприца всё время, пока нажата педаль, после отпускания давление сразу сбрасывается и содержимое перестаёт выходить из шприца.
В автоматическом режиме после нажатия на педаль происходит открывание нагнетающего клапана на определённое время (задаваемое переменным резистором), по истечению этого времени нагнетающей клапан закроется, и откроется клапан сброса независимо от положения педали, таким образом происходит дозировка по интервалу времени за одно нажатие. Скорость выхода содержимого регулируется редуктором по показаниям манометра.
Про воздух.
Конечно не у каждого радиолюбителя найдётся дома или в гараже компрессор, или баллон со сжатым воздухом. Штука эта не очень дешёвая, зато очень шумная, а малошумная стоит вообще заоблачно дорого.
Лично я поступил следующим образом: залез на сайт бесплатных объявлений, нашёл там неисправный (протекающий) кулер для воды за смешные деньги, по цене мусора. Выдрал из него компрессор (надо сказать, что они бывают совсем миниатюрные, но мне достался большой, как в холодильнике производства республики Беларусь), немного почесал между ушами и сделал бесшумный компрессор на много-много-много дешевле, чем стоит промышленный.
Надо отдать должное, что производительности этого компрессора и давления, которое он обеспечивает, с лихвой хватит не на один дозатор и вакуумный пинцет, которые работают на потоке воздуха (эффект эжекции).
В интернете есть информация как сделать компрессор из мотора от холодильника, я просто привожу пример, как получилось у меня. Описывать досконально - это ещё одна статья. Все комплектующие, кроме одного переходника, легко можно найти в продаже, переходник точили под заказ, чертежи есть. Заинтересует пишите в личку на почту.
Всё фитинги, тройники, переходники я использовал под трубку с наружным диаметром 6 мм, внутренним 4 мм и резьбой 1/4, кроме переходника манометра и шприца - там 1/8 и М6. Фитинги можно использовать какие вашей душе угодно. Можно использовать простые штуцеры и тройники "ёлочка" они будут дешевле. Редуктор можно исключить ради экономии, регулировать давление непосредственно на компрессоре, что не очень удобно. Трубка подводки воздуха, а также все внутренние соединения - из полиуретановой трубки, плотной, с запасом по рабочему давлению. В качестве выходной трубки отлично подходит трубка от медицинской капельницы. На её краях есть уплотнения, необходимо аккуратно отрезать трубку от системы капельницы вместе с этими уплотнениями и приклеить на них отрезки полиуретановой трубки на супер клей. Получится мягкая и удобная трубка, которая выдерживает рабочее давление и отлично стыкуется с фитингами.
На редукторе выход на манометр я заглушил. Сам манометр подключил на выход редуктора через тройник - так корпус дозатора получается компактней по высоте.
Очень важно! У клапанов есть вход и выход. Подавать давление необходимо на вход (то есть, где давление выше - там вход), в противном случае, при определённом давлении клапан самопроизвольно начнёт открываться. Если на клапане нет стрелки направления, необходимо либо опытным путём проверить, либо разобрать и конструктивно посмотреть, чтобы при подачи давления воздух давил на запорный поршень, а не открывал его.
Немного схемотехники.
Реле времени сделано по классической схеме на 555 таймере. Принцип его работы можно легко найти в интернете, только добавлен формирователь одиночного короткого импульса на входе - это два резистора и конденсатор. Эта RC цепочка так-же защищает от ложных срабатываний, связанных с дребезгом контактов педали, её параметры можно менять, но не стоит делать постоянную времени слишком большой.
Для обеспечения стабильных параметров времязадающий конденсатор применён танталовый SMD импортного производства. Для плавной регулировки времени применён многооборотный резистор также импортного производства. Исходя из ваших требований вы можете сами выбрать номиналы времязадающих элементов. У меня это 10 мкф и 100 кОм.
Реле – любое, на наше напряжение обмотки с одной группой переключающихся контактов, фирм которые их выпускают много нет смысла писать конкретную.
Тумблер любой с двумя групами переключающихся контактов.
Транзистор и диоды любые с подходящим U и I.
RC цепь включенная последовательно с клапаном 2 выполнена из 2х конденсаторов и резисторов. Это даёт возможность подобрать необходимые номиналы. Необходимо выбрать такие номиналы, чтобы было минимальное потребление, но чёткое срабатывание под давлением.
Питание я сделал универсальное можно от 220V, можно от внешнего БП 12V. Даже если отключат свет, вы сможете работать от аккумулятора (шутка). Просто выберите себе вариант, который вам больше нравится либо с внешним блоком питания, либо со встроенным. При подключении внешнего блока питания внутренний отключается в разъеме.
Мой вариант печатной платы.
Опытный хитрый глаз посмотрит и скажет:«Да! Сложно тут всё. Можно взять микроконтроллер или Ардуино, прицепить валкодер, дисплей и т.д...» Несомненно, можно, используя цифровое управление, всё это реализовать и решить проблему с вторым клапаном сброса, закрывать его, например, через 2 секунды после закрытия первого, тогда и реле не надо - стоит добавить ещё один транзистор и всё.
Такая реализация была сделана по причине того, что я не умею программировать. На самом деле это очень простая реализация, хорошо повторяемая, доступная малоопытному, начинающему. Да и вообще можно сделать самую простую версию: педаль, 2 клапана, реле и блок питания. Ваше право, берите, модернизируйте, программируйте.
В любых самоделках всегда возникает одна и тажа проблема КОРПУС! Пластмассовый покупной дорого и тяжело подобрать по размерам. Выбор пал на фанеру 4мм. Мне повезло, и я нашёл организацию, которая вырезала мне его на лазере с ЧПУ. Надо сказать, что материал стоит на два порядка дороже, чем работа. Именно по этой причине никто не хочет связаться с ним ради четырех деревяшек.
Оконный штапик, клей ПВА и вот он.
Переднею и заднюю панель я сделал из фольгированного стеклотекстолита методом ЛУТ и покрыл лаком.
Может кто то и скажет, что корпус получился "большеватым", зато в нём помещается блок питания, и, главное, удобно монтировать пневматические трубки, которые не очень мягкие и малых радиусов изгиба не любят. На задней панели выведен фитинг "СБРОС", он подключен к клапану 2. Сделано это для того, чтобы можно было вывести линию сброса за приделы помещения (например за окно), при работе на большом давлении сброс довольно шумный.
Подставку под шприц тоже сделал из текстолита, спаял паяльником. Изготовить её можно таким же способом, как и адаптер для шприца. Это удобно: распечатал, наклеил, вырезал.
Можно немного расширить возможности аппарата, добавить ещё один клапан, переключатель, эжектор и получить вакуумный пинцет, который очень удобен в работе.
Я в достаточной мере подробно разжевал основной принцип построения и работы. Лично мне удобно работать педалью, вы можете сделать любой манипулятор, как говорится на свой вкус.
Видео, как это работает, можно посмотреть здесь.
В архиве я собрал всё необходимые чертежи для повторения для программы Sprint Layout 6.0 и DXF файлы.
Скачать его можно здесь.
Выбор материалов и варианта исполнения остаётся за вами.
Повторяйте, модернизируйте и главное пользуйтесь на здоровье!
