Часть четвертая, не последняя. :) В какой-то части я писал, что этот кран попил мне крови больше чем весь проект в целом. Впрочем, не будем тянуть резину и перейдем к делу.
В прошлый раз мы признали бессальниковый кран с магнитным приводом не годным для установки в систему. Кран не обеспечивает достаточную герметичность, а это будет снижать скорость потока за счет перетока жидкости через выключенную помпу. Также кран не обладает стабильностью переключения — заслонка может не дойти до нужного положения, так как силы мощного магнита не хватает. Поэтому было решено сделать кран с прямым приводом от более мощной сервомашинки и сальниковым уплотнением. В хозяйстве у меня имелась аналоговая сервомашинка JR ES539 — осталась еще со времен занятия авиамоделизмом. Серва вполне подходящая. Усилие 5кг, питание 4,8В, скорость на 60гр — 0,23сек. Вот под нее и будем делать новый кран.
Ну и в этот момент я решил, что пора бы уже сделать схему управления. В целом виделось все просто — управлять будем по минусу. Схема будет содержать полевой транзистор и стабилизатор питания на 5В. Транзистор будет управляться от контроллера, и подавать минус питания на стабилизатор. Но! Как я люблю говорить: если бы всё было так просто, то статья попросту не появилась бы.
Первоначально схема выглядела вот так:
Тут я вынужден немного забежать вперед, и сказать, что сервомашинка с данной схемой прекрасно работала «на столе» хотя иногда и глючила. По ошибке я списал глюки на не совсем исправную плату Mega 2560 - она не программируется через USB. Но после установки на свое рабочее место серва начала глючить намного чаще. Проектируя схему управления «по минусу» я прекрасно знал на опыте, что данная схема несет с собой множество издержек, и использовать её для чего-то сложнее лампочек накаливания не стоит. Но простота схемы подкупила в очередной раз. Схема управления «по плюсу» получалась существенно сложнее и требует заказа платы на заводе. Решил в очередной раз рискнуть. Но не фортануло. :) Поэтому схему пришлось дорабатывать по-живому. Во первых, из четырех разных протестированных сервомашинок две отказались полностью отключаться из-за паразитных перетоков по контакту управления. Пришлось развязать от постоянного тока конденсатором. Но перед этим у меня сгорела плата управления на одной серве JR ES 539. Когда я придумывал схему, то полагался на то, что внутри сервомашинки есть какая-то развязка. Но в сгоревшей сервомашинке контакт управления был заведен напрямую в микросхему управления без всяких развязок. Во вторых, на этом мои беды не закончились. Сервомашинка по-прежнему дергалась как припадочная и не всегда корректно отрабатывала положение — видимо шли какие-то наводки. Экспериментальным путем выяснил, что существенно улучшить ситуацию можно с помощью конденсатора шунтирующего управляющий контакт. Это странно, так как сначала я попробовал шунтировать резистором 10кОм, но это не помогло. В общем, сейчас работающая схема выглядит так:
Работает со всеми сервомашинками, которые у меня в наличии. Повторять не рекомендую. Схема откровенно говоря кривая. Поэтому чуток попозже сделаем нормальную схему управления «по плюсу». А сейчас вернемся к нашему трехходовому крану.
Изменение размера сервомашинки и добавление уплотнений привели к полной переработке конструкции крана. Сейчас она выглядит вот так:
Здесь видна пара уплотнительных колец на оси заслонки. Сервомашинку прорисовывать не стал. Также не прорисовал «пружинные» кольца из EPDM резины под уплотнителями на заслонке. Допускается ставить одно или два таких кольца. Две половины крана скрепляются болтами через силиконовую прокладку. На картинке ниже немного лучше видно куда устанавливаются уплотнительные кольца — видны специальные канавки. Размер колец 6,8х1,9 мм.
Было изготовлено несколько прототипов данного крана, так как изначально возникли сложности с выбором диаметров канавок под уплотнительные кольца. После первых запусков выяснилось, что мощности сервомашинки хватает, чтобы сломать ось заслонки. Пробовал печатать заслонку из разных смол — и ABS Like и с добавлением Flex смолы в обычную, но тщетно. Поэтому пришлось еще немного поработать с формой переходной качалки — сделать ограничители. Теперь, даже если промахнулся с настройками крайних положений, ничего не сломается.
Осталось совсем немного — надо сделать прокладку для герметизации двух половинок крана. Первоначально я попробовал напечатать прокладку из смолы Harz Labs Industrial Flex. У себя на сайте они пишут, что так можно. Да можно, но прокладка слишком жесткая и твердая. Болты на кране приходится тянуть с большим усилием. Поэтому решил все-же отлить из силикона.
Для этого нам понадобится глобально две вещи:
- модельный силикон с катализатором (или отвердителем — кому как нравится) на основе олова. Я взял с твердостью по Шору 30 (шкала А);
- Форма для литья.
Если углубиться в детали, то всё немного сложнее. Во-первых, поскольку модельный силикон разбавляется 50:1 необходимы точные весы — с точностью до тысячной грамма. На али их продают как ювелирные. Небольшая емкость для смешивания силикона, один инсулиновый шприц и один шприц на 10мл. Инсулиновый шприц на 1мл нужен для отмера катализатора. По инструкции к силикону SP-Polymer силикон отмеряется в граммах, а катализатор можно отмерять в миллилитрах. На 50 грамм силикона необходимо 1 миллилитр катализатора. Силикон очень чувствителен к объему катализатора, поэтому все надо сделать как можно точнее. Объем прокладки около 2мл, поэтому тратить 50гр силикона нет необходимости.
Во-вторых, надо нарисовать и напечатать форму для литья.
Я сделал все максимально просто. Две половинки с направляющими, скрепляющиеся между собой болтами и гайками м3, четыре литника-отверстия под носик шприца 10мл.
Далее все просто.
Обрабатываем нашу форму разделительным составом, стягиваем болтами и идем замешивать силикон. Я замешивал два раза. Сначала 50гр силикона и 1мл катализатора, второй раз 12,5гр силикона и 0,25мл катализатора. Заливаем катализатор в силикон (ВАЖНО!!! Не наоборот). Очень тщательно размешиваем. Можно чуток подождать пока выйдут пузырьки. Смесь довольно сильно пузырится в процессе перемешивания. Но, как выяснилось в последствие, на качество прокладки наличие пузырей никак не влияет. Далее тонкой струйкой заливаем хорошо перемешанную смесь в шприц 10мл, а потом заливаем с помощью шприца в форму. Заливать надо пока силикон не пойдет из всех литников.
Вот что у меня получилось:
Облой есть, но он легко удаляется.
Слева прокладка из силикона, справа напечатанная из смолы Harz Labs Industrial Flex:
Хочу отметить, что прокладка — это единственное, что получилось в этом проекте с первого раза и заработало без проблем. :) Всего изготовил две прокладки. Обе получились отлично.
Софт проверен, детали крана готовы. Теперь надо проверить как фотополимерная смола будет вести себя в присутствии охлаждающей жидкости и попутно провести небольшие ресурсные испытания. Я просто залил в кран разбавленную охлаждающую жидкость, подключил к плате Ардуино и оставил работать на ночь.
За ночь кран переключился примерно 500-600 раз. После чего был разобран и внимательно осмотрен на предмет протечки, износа и деградации смолы из-за охлаждающей жидкости. Ничего криминального замечено не было. Собираем обратно.
Еще фото в сравнении с прототипом от Luzar:
Мой кран получился немного компактней, с лучшим уплотнением, и менее шумный при переключении.
Теперь можно приступать к внедрению.
Останавливаем компьютер, отключаем систему охлаждения, отсоединяем её от компьютера, и разбираем. Демонтируем всё не нужное — обратные клапана и их шланги.
Ставим многострадальный кран на своё законное место:
Попутно, как видно на фото, сделал теплоизоляцию на датчики температуры жидкости. Теперь система будет более точно показывать отводимую мощность.
Фотографий в процессе заправки и установки системы на место, к сожалению, не делал.
Настало время подвести общие итоги.
Цели и задачи были обозначены в посте «Трехходовой кран для системы охлаждения — часть 1»
Я не могу сказать, что я разочарован. Я получил опыт разработки сложной комплексной конструкции. Но достичь всех заявленных целей не удалось.
Во-первых, моя гипотеза «резонансного контура» между помпами и обратными клапанами оказалась неверной. Помпы пищат, как и прежде, а это значит, что будем делать звукоизоляцию.
Во-вторых, не произошло ожидаемого увеличения скорости потока. Без водоблоков и разъемных фиттингов поток вроде как увеличился, а вот с водоблоками и фиттингами никак не изменился. Это значит, что обратные клапаны не вносили заметного вклада в ослабление потока.
Из положительных моментов отмечу следующее:
- Освободилось внутреннее пространство системы. Внешний вид стал более приятным;
- Теперь я могу точно сказать, что система не содержит в себе никакой архаики. Все стильно, модно, и управляется электронно. :)
Не все получилось гладко, и недостатки надо устранить.
Во время монтажа крана, когда надевал шланги на штуцеры, я умудрился поломать кожух и одну защелку на которую он крепится. Защелки надо будет немного усилить, а кожух распечатать с добавлением Flex смолы, чтобы не был таким хрупким.
Также необходимо переработать схему управления краном — надо сделать управление «по плюсу». Схема будет сложнее, но должна работать без костылей в виде напаянных навесным монтажом конденсаторов, и главное в ней не будет паразитных перетоков.
Есть еще вопросы к конструкции крана — мне откровенно не нравится, что надо менять конструкцию под сервомашинку. Если она выйдет из строя, то придется переделывать модель под новую серву и печатать новый кран. Надо как минимум оценить: а стоит ли придумывать универсальную конструкцию.
Проблему писка помп надо решать — уж больно они раздражающе пищат. Можно, конечно, забить, снизить скорость потока до 2,5 л/мин и не париться — именно так сейчас и сделал.
Скорее всего буду делать звукоизоляцию помп с помощью автомобильной звукоизоляции. Тем более измерения материалов я уже делал. Звуокизоляция с большой вероятностью приведет к некоторой перекомпоновке внутреннего пространства. Вот когда с этим закончу, можно будет выложить схему, плату, модели крана. Если кому хочется модели или схему «прямо сейчас», то пишите в личку или в комменты. Об устранении недостатков речь пойдет в следующей части.
А пока всем удачи и творческих успехов.
