Перед началом статьи, немного интересностей из смежных наук:
Как всегда, хочется поделиться с вами, дорогие читатели, некоторыми интересными фактами. Факты эти не всегда связаны с предметом повествования, но от этого остаются не менее любопытными.
В XIX веке жил среди нас ученый Василий Владимирович Петров, которому мы благодарны за открытие в 1802 году электрической дуги, а так же, он за 25 лет лет до Георга Симона Ома, впервые употребил термин сопротивления как физической величины! История не имеет сослагательного наклонения... Тем не менее, мы с Вами очень даже могли измерять сопротивление в «Петрах»...
В последствии, именно руководствуясь трудами В. В. Петрова, наши ученые Александр Николаевич Яблочков и Павел Николаевич Лодыгин представили миру свои знаменитые изобретения
Итак, приступим. Прежде всего, считаю необходимым заметить, что устройство выполняет функцию лабораторной установки.
Теперь по сути конструкции узлов и органов управления. Самое главное процесс автоматизирован, стабилен и прогнозируем, понятны технические параметры. Получены первые устраивающие образцы мононити толщиной 1,0 мм. (погрешность +/- 0,2 мм.) и 0,6 мм. (погрешность +/- 0,15 мм.). Выявлена причина высокой погрешности получаемой нити - текущая конструкция чаши, параметры иглы-веретена и нагреватель (обо всем этом далее).
Продемонстрирую начало процесса для общего понимания. Строго не судите, перегрел полипропилен немного (из-за некачественного кольцевого нагревателя немного подгорает). Можете наблюдать^ просто чаша, просто вращающаяся игла-веретено, никаких экструдеров, никаких фильер...
А вот так происходит сам процесс! Импровизированная крышка сделана для равномерности прогрева расплава и больше никакой функциональности не несет.
Проект абсолютно открытый для некоммерческого использования, поэтому буду рад слышать конструктивную критику и обоснованные рационализаторские предложения.
Чаша
Утеплена минеральной ватой слоем 10 см. Это позволило значительно улучшить равномерность прогрева полимера. К настоящему времени существует в изначальном виде.
Чаша имеет фиксированную массу загрузки в 400 грамм материала. Конструкционно система питания и подачи свежего материала не предусмотрена, но необходима, так как поддержание заданного уровня расплаваматериала — критически важный параметр, влияющий на объем подачи материала к точке съема нити.
В настоящее время мной принято решение о перепроектировании конструкции чаши, в том числе в связи необходимостью разделения проекта на два направления: 1) Работа с расплавами и 2) Работа с растворами. Это связано прежде всего с технологическими ограничениями, главным из которых является отсутствие высокотемпературных торцевых уплотнений вала. То есть, если для растворов возможно без проблем подобрать из существующего ассортимента герметизирующий элемент, а вот для расплавов температура эксплуатации (максимальная температура предполагается +360 град. С) не позволяет их использовать и необходимо другое решение. При этом для растворов и расплавов подразумевается система непрерывного питания с небольшими различиями в конструкции. Отдельно, для работы с расплавами, сейчас подбираем: 1) качественный кольцевой нагреватель (с минимальными параметрами погрешности температуры нагрева); 2) Плоский нагреватель (для размещения под днищем чаши); 3) PID-регулятор поддерживающий более 1 термопары (для конечного оборудования одной вполне достаточно, но для лабораторной установки желательно не менее двух для более оптимального контроля процесса) и имеющий PID-регулирование с диапазоном менее 15 градусов (текущий аппаратный уровень не устраивает).
Ну и в завершение того что касается чаши: расширение типоразмеров игл. Несомненно необходимо 3D моделирование в чём-то типа ANSYS градиента температуры для более оптимального проектирования её формы, толщины и длины. Буду рад любой помощи в этом вопросе.
Небольшое отступление
В ходе практических опытов был выявлен процесс, которому в данный момент пытаюсь найти объяснение (видео в ближайшее время постараюсь выложить), а пока постараюсь описать словами. На видео выше вы можете наблюдать собственно сам эффект Вайсенберга, в определенный момент, если не происходит съема материала с иглы-веретена у основания восходящего потока на уровне расплава образуется неисчезающий устойчивый шарообразный конгломерат, вращающийся вместе с основным потоком, словно на поверхность расплава поместили шарик.
Привод вала иглы-веретена
3D-модель, к сожалению здесь прикрепить не могу, в связи с чем — обращайтесь скину с удовольствием. Рациональные предложения и обоснованная критика — приветствуется. Выглядит следующим образом:
Начнем по порядку (немного повторюсь, частично перекликаясь с содержанием последней статьи, заодно объединю). Сама конструкция гильзы построена на стандартном мотор-редукторе для шуруповёрта на 14.4 В.
Напряжение питания 14.4В, на валу запрессована шестерня на 12 зубьев. Клеммы 4 мм. Со стороны клемм «+» клемма обозначена красной меткой. Варианты от Алиэкспресс вот, вот и вот.
В целом стандартный редуктор для шуруповертов на 14.4 В, размерность 80Х40 мм. Так же достаточно универсальная штука. Две скорости. Блокировка обратного хода (т. е. если крутящий момент будет приложен к валу крепления быстрозажимного патрона - редуктор блокируется). Корпус редуктора из полиамида 66 с 30% содержанием стекловолокна. (PA66-GF30). Резьба на выходном валу дюймовая 3/8`` 24UNF (3/8 дюйма, 24 витка на дюйм). Варианты от Алиэкспресс вот. Как правило в комплекте с редуктором идет монтажная пластина для крепления к мотору.
В целом сборка, за счет планетарного редуктора выдает крутящий момент до 35 Нм, чего более чем достаточно. Можно брать и готовую сборку планетарного-редуктора с мотором. Под готовую сборку берем обычный кулачковый быстрозажимной патрон под требуемую резьбу.
Гильза для крепления сборки спроектирована и отпечатана под размеры и параметры указанной сборки и имеет следующий вид:
3D-модель выглядит следующим образом. Сама гильза в нижней части предусматривает крепление болтами М3 к раме установки, предусмотрены вентиляционные окна в районе коллектора двигателя для обеспечения охлаждения, паз для термостата на 60 градусов (KSD9700 60°C 5А 250В (нормально замкнутый, NC, металл) - полагаю оптимальный вариант защиты от перегрева), который прижимается нейлоновым хомутом к корпусу, а так же кронштейн крепления датчика Холла (М12), для примера разнообразим Озоном, хотя найти можно, как и любые другие электронные компоненты, практически в любом магазине, а вот для крепления магнита предусмотрен дисковый элемент, который крепится на выходном валу редуктора за счет прижима кулачковым патроном.
В принципе сборка может подразумевать и что-то типа Nema 17, но я не дружу с шаговыми двигателями от слова совсем, плюс это предусматривает немного другую систему управления, в то время как главная задача - максимально упростить (в том числе повторяемость даже для тех кто только знакомится с электроникой, мы к этому вопросу еще вернемся далее), сделать установку максимально надежной и т. п.
Вытяжная пара
Без вытяжной пары автоматизировать и прогнозировать процесс практически невозможно. Много копий было сломано относительно конструктива. 3D-модель итоговой версии на данный момент выглядит следующим образом:
Я очень признателен помогавшим мне ребятам за весь процесс 3D-моделирования и печати (включая выбор материала - стеклонаполненный ABS), к тому же вышло очень бюджетно. За основу для начала была взята исходная гильза-держатель для мотор-редуктора. В ходе многочисленных экспериментов стало понятно, что при ШИМ-регулировании осуществлять привод роликов вытяжной пары непосредственно от выходного вала редуктора нецелесообразно в связи с тем, что минимальное число оборотов составляло 14 об/мин. даже с учетом пониженных оборотов на редукторе. Для условий лабораторной установки этого слишком много, плюс не хотелось увеличивать габариты установки. Поэтому было принято решение использовать червячный редуктор с однозаходным червяком и соотношением 1:10. Для центровки нити на входе на вытяжной паре предусмотрен полукруглый кронштейн в который вплавлена развальцованная медная трубка. Оси вытяжных роликов располагаются на обычных подшипниках ABEC7 для самокатов (D посадочный 22 мм., d внутренний 8 мм., толщина 7 мм.). Если ведущий ролик сидит в глухих посадочных местах в корпусе (как всё соединяется вы поймете по 3D-модели), то в каретке ведомого прижимного ролика использовались прижимные бугели. Сами ролики имеют диаметр 40 мм. толщина 28 мм. на оси 8 мм. С роликами получилась отдельная песня: в ходе изучения вопроса стало ясно, что гуммированный ролик под требуемые параметры обойдется минимум в 5 000 р. каждый, что не есть гуманно и нецелесообразно. Выход из положения получился элементарный: на ОЗОНе были куплены резиновые виброопоры ЕС тип С вот такие (при цене 160 рублей за штуку - отличный вариант), после чего в металлических закладных проделаны сквозные отверстия и нарезана резьба М8×1,25, затем, сжав струбцинами, посажено на единый вал из обычной шпильки М8 — вот и получились требуемые ролики диаметром 40 мм. толщиной 28 мм. и длиной оси — под требуемые параметры. Отдельного внимания заслуживает прижим ведомого ролика... Как оказалось, если предметно искать, то выбирать элементарные пружины невозможно: все только под заказ, при этом внятно сказать могут только размеры и толщину проволоки навивки (на самом деле это очень грустно, так как даже производство пружин, в целом, превратилось в обезьянье кривлянье на китайских станках без понимания даже усилия сжатия/растяжения). Зная только габариты пружины мы спроектировали четыре посадочных места для них в корпусе вытяжной пары и прижимной каретке (по факту хватило одной пружины, но запас лишним не будет.)
На общем плане вы можете увидеть, что сама рама, каркас установки собран на обычном профилированном алюминии из ассортимента Леруа (квадрат 10 мм., прямоугольник 10х20 и т.п.), сварено (спаяно) на припое Castoline 192FBK горелкой Bernzomatic TS7000 на МАПП-газе. В квадрат 10 мм. (стенка 1 мм.) идеально в качестве стойки входит уже имеющаяся шпилька М8, а это как раз то что нужно для конструкции регулируемой по высоте и подвижной влево/вправо каретки, на которой подвешивается первая вытяжная пара (да, вторая тоже будет, под неё зарезервирован верхний ряд приборов и индикаторов, но чуть позже - мне она тоже нужна).
Остался последний момент: Органы управления и электрические схемы.
Что из себя представляют органы управления?
В нижнем правом углу рабочая, в настоящий момент, группа приборов. Два серебристых тумблера — включение общего питания 220 В и второй — включение БП на 12В. Нижний ряд приборов это привод вала иглы‑веретена: слева на право: крупный экран — реверсивный ШИМ‑регулятор оборотов включается зеленым тумблером (в выключенном состоянии или при срабатывании термозащиты горит красный индикатор, в рабочем — зеленый), далее идет монитор с указанием количества оборотов вала, под которым расположен вольтамперметр, крайний справа — PID‑регулятор нагрева (через твердотельное реле на 32А). Верхняя группа приборов это управление вытяжной парой (предусмотрена аналогичная индикация работы/срабатывания термозащиты), правда используется обычный ШИМ‑регулятор, далее идет индикатор оборотов и тот же вольтамперметр.
Электросхемы выглядят следующим образом:
Дорогие друзья, наличие некоторых элементов обусловлено прежде всего необходимостью контроля максимального количества параметров работы устройства в целом (прежде всего относится к напряжению питания двигателей и проходящим токам — как проверка расчетов, гипотез и предположений, так и проверка работы под нагрузкой). По большому счету Схема № 3 может быть Вами отредактирована и из нее, без вреда для Вас, может быть удален вольтамперметр с шунтом. Что касается Схемы № 1, то её придется собирать два раза для питания двух двигателей, редактировать не рекомендую, так как в самой схеме заложена термозащита на нормальнозамкнутом термостате на 60 градусов Цельсия, который замыкает силовые контакты на нормальноразомкнутых контактах реле на 40А (хотя, можно сделать ровно наоборот, т. е. играть с нормальноразомкнутым термореле и нормальнозамкнутыми контактами реле на 40А, по температуре срабатывания термостата тоже можно поиграться, для меня температура в 60 градусов кажется наиболее оптимальной). На Схеме № 2 (на каждый мотор‑редуктор) для счетчика оборотов Вы можете увидеть совершенно обычный датчик Холла с Алиэкспресс. А вот что касается Схемы № 4, то тут подключение будет зависеть от Вашего PID‑регулятора.
В целом всё, да соглашусь, что можно реализовать и на аналогах той же Малинки, но опять же аппаратные требования в целом ясны стали только сейчас. Плюс, повторю, максимальная ремонтопригодность.
Из электроники остался один важный не реализованный момент: непрерывный контроль диаметра нити и соответствующее его отображение. Мне видится только один перспективный вариант: ультразвуковой датчик на базе толщиномеров краски (так как оптический контроль бесполезен для прозрачных нитей). Может у вас найдутся более рациональные предложения?
До скорых встреч!
P.S.: Кстати, совсем забыл! Для конкретики, предлагаю ознакомиться со скриншотом моей рабочей EXEL таблички для расчета тех.параметров процесса (желтые поля - изменяемые вводные параметры).
Комментарии (73)
0Q0
02.11.2024 17:27Не проще нить калибровать пока она до конца не остыла, протягивая через фильеру?
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27В определенном смысле вы правы. Нет, в этом смысла нет. Реализовать конечно можно, если взять тот же филамент - запросто. Здесь другие принципы работы и на установке производятся научные исследования, в том числе по управлению анизотропными свойствами на молекулярном уровне. Более того, я вам скажу, что чертежик специального калибра с заводным пазом лежит)))))
0Q0
02.11.2024 17:27По поводу контроля диаметра нити ультразвуковым методом, идея выглядит сомнительно. Предполагаю, что точность этого метода будет оставлять желать лучшего с учетом изменения плотности не до конца застывшего материала и относительно сложной формы (толщиномеры меряют плоский слой материала, нанесенного на подложку из значительно более плотного материала).
Скорость этого метода тоже не высока. Измерение подвижной нити скорее всего будет затруднена.
Так что оптический метод из бесконтактных, вероятно, более предпочтителен.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Не соглашусь. Наоборот с оптикой больше проблем и цена значительно выше. При этом скорость измерения даже в пределах 1-2 секунд для меня будет более чем достаточна, так как мы исходим из того условия что процесс достаточно стабилен. Сейчас же используется теоретический расчёт (и чем больше метраж выработанной нити - тем расчеты точнее) + локальная перепроверка органолептическими методами (это я так заумно про штангенциркуль сказал)))) Что касается застывания материала - в вытяжную пару материал попадает с температурой не более 60 градусов (для полипропилена и толщины с 1,00 мм.) - по моим расчётам (чисто теплотехническая задачка охлаждения) это оптимальная температура (точнее минимально необходимая для обеспечения целостности сечения). Что касается сложной формы - соглашусь лишь отчасти, сложная она внешне, но по сути сводится к решению вопроса измерения расстояния от датчика до металлической пластины-основания, да, придётся повозиться с механикой подвеса датчика для облегчения скольжения и точности перемещения, но тем не менее в реализации, в том числе финансовой - я пока вижу как наиболее привлекательный вариант. Для упрощения восприятия сути конструкции, представьте узел прижимной лапки в швейной машине, только сама лапка это подпружиненный датчик вмонтированный в "пластину". Пока в этом вопросе для меня большая проблема - распотрошить такой китайский толщиномер и попробовать к нему подключиться.
0Q0
02.11.2024 17:27Если измерение все равно будет осуществляться контактным методом, то стоит ли "огород городить"?
Может поставить две подпружиненные площадки и микрометр? Китайцы продают микрометры и с цифровым выходом.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Тоже думал над этим вариантом. Это хорошая мысль, но кроме цифрового штангенциркуля ничего не нашёл, а с ним большая проблема- слишком тугой ход или необходимость переноса (по-моему на основе сопротивления) шкалы... или вы имели ввиду другое? Две площадки это как раз то о чем думаю конструкционно, а вот "измеритель" пока для меня не ясен. Только что пересмотрел варианты. Да, вариант хороший, пусть и без выхода, необходимо лишь корректировка конструкции для обеспечения нахождения нити непосредственно в области измерения... + лёгкость хода штока измерителя + обратный ход...
200sx_Pilot
02.11.2024 17:27слишком тугой ход
рычаг между нитью и измерителем.
и усилие там конструктивно задано, чтобы не сбивалось измеренное значение от дыхания оператора.
применив же микрометр+рычаг, и от этого недостатка уходим.0Q0
02.11.2024 17:27Да. Типа такого https://aliexpress.ru/item/33042572608.html?sku_id=12000019447965340&spm=a2g2x.productlist.search_results.0.5fa217806Ka3ox
(Не реклама)
Только поискать, чтобы цифровой выход для результатов измерений был.
Или, если достаточно визуально контролировать и нет необходимости обратную связь давать, то лучше стрелочный указатель.
Гуглится все по запросу "микрометр рычажный индикатор электронный".
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Спасибо за идею, обязательно изучу вопрос ещё раз и мы вернёмся к диалогу
GidraVydra
02.11.2024 17:27Есть готовые роликовые толщиномеры на базе тех же микрометров, например такой: https://www.ebay.com/itm/266984849900
Он умеет передавать данные на комп. Этот на микрон, наверное вам такая точность не нужна. На сотку будет раза в 2 дешевле.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Благодарю за наводку, но скорее всего буду собирать оптический, по крайне мере попробую.
GidraVydra
02.11.2024 17:27Главная проблема - большая экспозиция нагретого полимера. Он термопласт, конечно, но всë равно длительный нагрев до температуры размягчения ему здоровья не прибавит.
Вторая проблема - скорее всего будут проблемы с воспроизводимостью. Придет другая порция полимера, с другими температурными пределами, другими вязкотекучими характеристиками, и аллес, эффект сам по себе весьма капризный. А если какая посторонняя частичка налипнет на веретено, то тем более. Чем хороша экструзия - геометрия жестко задана, вязкотекучие свойства полимера повлияют только на расход, но не на толщину.
Ну и третья проблема - целеполагание. Зочемь? Если есть экструда, дешевая, простая как копейка, производительная, воспроизводимая.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Постараюсь ответить последовательно.
Экспозиция нагретого материала - вы правы. Это очевидный фактор исходя из текущей конструкции. Но на данном этапе это не критично и обосновано в целях изучения процесса и определения оптимальных параметров. Сейчас я перпроектирую основную чашу для уменьшения рабочего объёма и устройства непрерывного подогреваемого питания для термопластов. А что касается деструкции и деградации- в шнеке она тоже присутствует.
Проблема воспроизводимости. Я в этом проблемы не вижу. Тем более, что мы с вами углубляемся в термопласты, забывая о дисперсиях. К тому же переход в вязко-текучее состояние это всегда диапазон температур и тут важнее уменьшение разбежки pid-регулирования до ±5 градусов (сейчас у меня дикие ±15). А в целом вы правы, у разных производителей параметры гранулята порой очень сильно отличаются по своим физическим свойствам. Эффект Вайсенберга не капризный от слова совсем, да не существует методов расчёта с привязкой к молекулярной массе и проч., но не капризный. Что касается частичек - да это в целом вопрос не только мусора, но и равномерности и однородности расплава. С удовольствием поговорю с вами об этом.
-
Целеполагание. Зачем? Если вас не затруднит, прошу ознакомиться с моей первой статьёй, где я постарался кратко и ёмко описать суть и назначение технологии. Это ни в коем случае не замена экструдеру. Если кратко, то технология серьёзно расширяет возможности и позволяет то, на что экструдер не способен: к примеру, работа с армированными штапельным волокном композитами (плюс отмечу, что в настоящее время технологии позволяют ориентировать максимум ортогонально за счет вытягивания, в то время как здесь получается полноценное прядение, что напрямую влияет на прочность), далее к примеру, вполне возможно получение кевларовых волокон напрямую из реакционного раствора, минуя этап растворения в серной кислоте, ухудшающий физико-химические свойства... ну и главным моментом является гипотеза, требующая подтверждения, о возможности влияния на расположение макромолекул полимера с тангенциальным уклоном к оси волокна, что так же влияет на итоговую прочность мононити, для чего собственно отрабатывется основная технология (в том числе снижение возможных погрешностей). В рамках ответа к посту затруднительно охватить всё сразу. Но буду рад диалогу с вами!
P.S:. А сколько раз я слышал от специалистов иннохаба росатома, что это в принципе не может работать.... даже ВИАМ ниц курчатовского института мне так говорил))))) А в МГУ и обществе имени Виноградова не нашлось с кем можно обсудить. Но есть и положительные моменты: есть, как это не удивительно, определенные наработки с институтом стекла по работе с расплавами стекол и металлов, которые при определённой температуре тоже есть неньютоноская жидкость....
GidraVydra
02.11.2024 17:27Иннохаб - изначально распильная помойка, курчатник очень сильно деградировал под ковальчуком, да и это совсем не их профиль. А вот в МГУ очень странно, что вы никого не нашли. Хотя кафедра ВМС больше по функциональным полимерам, нежели по конструкционным, но в целом там есть с кем поговорить. В ИВС РАН не пробовали обращаться?
А почему у вас такая дикая погрешность по температуре? 15 C при онсете в 250-300 C это безумно много. Даже 5 С и то грубовато. Я вангую у вас высокую неоднородность температуры в чаше. Плюс, насколько я понимаю, толщина филамента должна сильно зависеть от вязкости, а вязкость при заданной температуре будет скакать от партии к партии весьма сильно. если же вы планируете вытягивать композиты, особенно с волокном, то проблема "засорения" кончика веретена может изрядно попортить крови...
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27На счет Курчатовского не соглашусь, так как запросы я отправлял в ВИАМ (кому как не им заниматься новыми материалами, как бы вроде институт авиационных материалов, они и разработками занимаются в том числе), а вот ответ (бла-бла-бла, очень интересно, но ничего не понятно и так далее и в конце приписка (непонятно зачем, финансирование я и не думал искать) "денег нет, но вы держитесь, а у нас другие приоритеты") пришел на официальном бланке именно курчатовского, из чего и был сделан вывод что теперь и ВИАМ по ними... В МГУ, да как раз кафедра ВМС, но вот что касается реологии - действительно не совсем их профиль... не смог никого найти. Что касается ИВС РАН - глухо как в танке (собственно в реологическом обществе имени Виноградова много представителей РАН), что конкретно ИВС - писал конкретно руководителям лабораторий - результат "не деревню дедушке"... В ходе телефонных разговоров удалось найти уже достаточно пожилого профессора сведущего в теме, но никто не готов общаться предметно эффекта Вайсендберга... У всех свои докторские и кандидатские и смежные темы не особо интересны. Из РОСТЕХа окольными путями общался только с институтом пластмасс, но им актуален PEEK, до которого руки не дошли (да и не бюджетный это материал для экспериметнов).
Что касается погрешности: это особенность китайского PID-регулятора... Нагреватель наш, отечественный. Я писал производителю о неравномерности прогрева миканитового нагревателя (они мне его под заказ делали) и зоны перегрева там вообще дикие (спасаюсь за счет толстостенной чаши - за счет инертности частично сглаживает, а вот сам нагреватель при замере пирометром, при заданной 160 местами выдает 80, 190, 100, 150... где как... - сам в шоке, почему и говорю что выбираю новый). К разбежке +/-5 я стремлюсь потому что с этим просто невозможно работать, хотя бы так - уже неплохо.
С композитами - засорения никакого нет при нормальном съеме. Предварительные тесты проводились на эпоксидной смоле и штапеллированном стекловолокне 20 мм. и крахмал с хлопком, но не более того, так как для жидких дисперсий нужна корректировка конструкции.
GidraVydra
02.11.2024 17:27Курчатник сейчас превратился в царя Мидаса, только наоборот. Он подгребает под себя всё, до чего дотянется, но всё, к чему прикоснется - превращается не в золото, а в говно. Во что они буквально за несколько лет превратили тот же ПИЯФ - просто уму непостижимо.
Чтобы побороть неравномерность нагрева, вам ИМХО надо улучшать распределение тепла. Грубо говоря, греть медную или алюминиевую болванку, а та уже будет греть ваш полимер. Пытаться найти нагреватель с равномерным нагревом активной зоны - занятие неблагодарное, а с достаточно теплопроводной, и при этом теплоемкой болванкой вы можете использовать любой ТЭН от чайника.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27По первому абзацу - может быть и так, я не настолько вкурсе темы, но вижу подобные поглощения и укрупнения практически везде (даже простые региональные ВУЗы объединяют и оптимизируют)
По поводу второго абзаца: как раз сейчас и спасает толстостенная металлическая чаша. Вы правильно подметили на счет алюминия - из неё как раз планирую делать новые варианты (так как проще поддается ЧПУ-фрезеровке), со стенками 10 мм. Кстати, в перспективе новой чаши, сейчас заложена в проект возможность нагнетания давления (посмотреть как себя поведет) - вакуумировать не планирую (так как скорее всего просто закипит). Что касается выбора нагревателя - тут как минимум переход на керамический... А вот по поводу ТЕНа от чайника - была и есть такая мысль, но есть сомнения что он выдержит долговременную работу при 360 градусах... плюс он сплошной, а мне требуется отверстие в центре.
0Q0
02.11.2024 17:27Для равномерного нагрева индукционный нагрев можно попробовать.
Дополнительный плюс в том, что его можно поставить стационарно, а над ним вращающуюся чашу.
Для экспериментов можно его выковырнуть из бытовой плиты б.у.
Но пластики довольно плохо проводят тепло. Без перемешивания все равно будет неравномерность нагрева в слое.
nikolz
02.11.2024 17:27В ходе многочисленных экспериментов стало понятно, что при ШИМ-регулировании осуществлять привод роликов вытяжной пары непосредственно от выходного вала редуктора нецелесообразно в связи с тем, что минимальное число оборотов составляло 14 об/мин. даже с учетом пониженных оборотов на редукторе. Для условий лабораторной установки этого слишком много, плюс не хотелось увеличивать габариты установки. Поэтому было принято решение использовать червячный редуктор с однозаходным червяком и соотношением 1:10.
Вопрос: Почему не взяли шаговый , например, 28BYJ-48 ?
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Очень интересный вариант, но повторюсь не дружу с шаговыми двигателями, к сожалению. Посмотрел варианты подключения, но пока не понял как с ардуинкой реализовать похожий функционал. Если есть возможность - давайте попробуем реализовать, но со скетчами мне понадобится ваша помощь.
nikolz
02.11.2024 17:27Собирал управления двумя шаговыми двигателями на ESP8266 (это лучше чем ардуино) по протоколу I2C.
Всего 5 деталей(без учета ESP). 2 двигателя 28BYJ-48 , 2 драйвера ULN2003 , 1 расширитель портов PC PCF8574T.
--------------------
Если второй двигатель не нужен, то можно подключить до 8 кнопок или контактов.
buldo
02.11.2024 17:27Если говорить о биполярных шаговиках и ардуине, то стоит посмотреть на что-то типа ramps - шилд для mega, чтобы собирать 3d принтеры. В этот шилд вставляются драйверы шаговиков, которые уплавляются тремя сигналами - enable, direction, step.
Если что, пишите в личку, напишу подробнее.
nikolz
02.11.2024 17:27Правильно я понимаю, что этот способ существенно менее производителен, чем экструдирование? Можете сравнить ?
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Я не могу однозначно ответить на ваш вопрос, по крайне мере на данном этапе, так как на лабораторной установке только отрабатывается технология и получены первые результаты. Да и, по моему сугубо личному мнению, некорректно сравнивать лабораторный образец с образцом промышленного оборудования, к которому ещё предстоит дойти. Хотя первые, приблизительные , выводы сделать реально, если найти шнековый экструдер с одной фильерой для мононити диаметром 1 мм. Это ни в коем случае не замена экструдеру, это совершенно другая технология, которая позволяет то, что не может экструдер (например, работать с длинным штапельным волокном и многое другое). Если Вас не затруднит, прошу ознакомиться с моей первой статьёй, в которой я постарался максимально кратко и просто описать суть и назначение технологии.
0Q0
02.11.2024 17:27Врядли на этот вопрос вообще можно ответить напрямую. С учетом радикального различия технологий, можно попытаться сравнить либо по удельным параметрам, например вес готового продукта к затраченному на производство электричеству. Эти данные вроде не публикуют?
Можно также пытаться сравнить качественные параметры готового изделия, например практически достижимую точность диаметра. Но с этим тоже не просто?
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Именно так, собственно и назначение различное, несмотря на единую суть - получение мононити. Вообще почти всё промышленное оборудование не использует толком никаких измерителей, да и вообще в производстве волокон используется больше расчетные параметры нитей, отчего мы и видим номера, тексы, денье и т.п. При этом всё это строится на постулате относительной стабильности производственного процесса. По поводу электричества: всё есть в открытом доступе, мощности известны, потребляемые токи тоже, производительность так же известна - всё расчитывается достаточно просто. По поводу качественных параметров, если брать условно равномерность нити (получаемого диаметра) - запросто. Для меня в данный момент больше любопытно подтверждение выдвинутых гипотез, а уже потом - имея готовый результат предметно сравнивать...
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Именно так, собственно и назначение различное, несмотря на единую суть - получение мононити. Вообще почти всё промышленное оборудование не использует толком никаких измерителей, да и вообще в производстве волокон используется больше расчетные параметры нитей, отчего мы и видим номера, тексы, денье и т.п. При этом всё это строится на постулате относительной стабильности производственного процесса. По поводу электричества: всё есть в открытом доступе, мощности известны, потребляемые токи тоже, производительность так же известна - всё расчитывается достаточно просто. По поводу качественных параметров, если брать условно равномерность нити (получаемого диаметра) - запросто. Для меня в данный момент больше любопытно подтверждение выдвинутых гипотез, а уже потом - имея готовый результат предметно сравнивать...
Dr_Faksov
02.11.2024 17:27всё это строится на постулате относительной стабильности производственного процесса
Можете не верить, но в промышленных экструдерах скорость вращения подающего шнека стабилизируется с точностью 4 разряда после запятой. То есть увидеть на табло 3.2365 об\мин - вполне обычное дело
Как и стабилизируется скорость вытяжных роликов\ленты. Если кто не в курсе - при промышленном изготовлении диаметр филамента первично задаётся фильерой большего диаметра, а точное значение достигается путём растяжки получаемого прутка, пока он горячий.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Спасибо большое за напоминание (я серьезно, прошу понять без всякого сарказма, часто подобные замечания очень кстати, в том числе и сейчас, так как многим в своей рабочей деятельности просто не нужна подобная информация и знание подобных нюансов), но знаком с устройством и шнековых и дисковых экструдеров, а так же параметрами рабочего производственного процесса.
Кстати, что касается фильер не всегда так как вы пишете, в силу того что некоторые полимеры при экструдировании набухают, появляются полосы, много трудов посвящено этим проблемам, в том числе борьбе с внутренними вихревыми токами и прочим - здесь очень много нюансов в реологии, так как все они неньютоновские жидкости по своей природе.
И еще такой момент, не всегда требуется многократное вытягивание, так как это далеко не всегда обосновано технологически. Как правило подобная операция используется в целях пространственного ориентирования макромолекул вдоль оси волокна для повышения прочности волокна в итоге или при работе с композитами (если кратко).
nikolz
02.11.2024 17:27На основе лазера линии и ПЗС сенсора и ESP8266 можно сделать контроль толщины нити и управление скоростью протяжки по этому параметру. Теоретически погрешность составит порядка нескольких микрон.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Любопытно. А где можно посмотреть хотя бы примерную реализацию? Как это выглядит, так как пока не понимаю устройства "в металле" условно говоря.
nikolz
02.11.2024 17:27MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Спасибо огромное. Похоже то что нужно. Я такие проекты, к сожалению, не видел!
nikolz
02.11.2024 17:27можете сформулировать требования к технологическим параметрам вашего устройства , диапазоны допуски контроля и изменения, скорость изменения и управления и т д
В свободное время хотел бы разработать систему контроля и управления для подобной технологии
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Благодарю за проявленный интерес. На самом деле в данный момент всё относительно просто. Устройство должно обеспечивать нахождение измеряемого волокна непосредственно в области измерения (т. е. подразумевает на входе и выходе какие-либо направляющие обеспечивающие нахождение волокна непосредственно в области измерения). Диапазон измерения полагаю от 0 до 2000 - 2500 микрон (2-2,5 мм. даже больше к 2,0 мм. и то это редкие случаи потребности в волокне большего диаметра). Контроль (погрешность) - до сотых (если мы говорим о подготовке процесса к производству филамента, диаметр которог 1,75... как мне кажется сама погрешность с +/- 0,01 - даже избыточна). Может быть у вас есть свои соображения по этому поводу? Давайте обсудим. Скорость измерения с частотой 0,5-1 Гц так же вполне высокая (в настоящий момент толстая нить вырабатывается при скорости выпускной вытяжной пары в районе 3-4 оборотов в минуту). Ну вы должны понять, что высокая скорость опроса датчика тут нецелесообразна. Даже для более тонких нитей и более высоких скоростей. В перспективе может быть мы вместе пересмотрим эти параметры. Управление ничем пока не требуется. Хотя бы непосредственный контроль, измерение и отображение в реальном времени (да, питание 12В). Подобное устройство будет полезно не только здесь, но и многим другим DIY проектам.
nikolz
02.11.2024 17:27Способ изменения достаточно простой. Берем CCD чип, например CD1304 (я использовал его при разработке спектрометра) . Размер пикселя 8x200 мкм.
Помещается с одной стороны нити. С противоположной устанавливаем лазер, формирующий линию например зеленую. Можно взять любой источник света в диапазоне 400 до 900 нм. Применение линии позволяет измерять затенение нитью в диапазоне ее перемещения до 30 мм.
Обработка сигнала и управление CCD делается например на ESP8266. ESP также управляет шаговым двигателем или двумя. Собственно все управления установкой можно реализовать на ESP8266 и даже с управлением по WiFi. Таким образом можно управлять и отображать все со смартфона или ПК.
Еще бы я добавил контроль температуры и управление нагревателем и тоже на эту ESP.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Я правильно понимаю, что ESP, легко переварит 2-3 термопары (какой тип лучше будет использовать? у меня сейчас хромель-алюмелевые) и управление двумя твердотельными реле для двух нагревателей (как я уже писал, подразумевается установка дополнительного плоского нагревателя). Прошу простить за, может быть, простые вопросы, но для меня это пока темный лес.
nikolz
02.11.2024 17:27ESP легко переварит десяток термодатчиков. Если температура не выше 125 гр с и устраивает погрешность измерения 0.25 грС (без спец калибровки) то берите DS1820 (подключал до 8 штук). Для более высоких температур я не подключал. Но все определяется интерфейсом и скоростью измерения.
Если напишите какие температуры надо измерять и с какой погрешность и скоростью ,то смогу ответить конкретнее.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27А вот тут есть нюанс, для нагрева предполагается максимальная температура 360 град. С (фторопласты и свинец, но не вместе, так как вместе нельзя они реагируют). Погрешность хотя бы +/- 5 градусов - уже буду несказанно рад, но чем меньше тем лучше. Частота контроля мне сейчас неизвестна, так как существующий регулятор не делится со мной этой информацией))
nikolz
02.11.2024 17:27Пишу навскидку:
Можно использовать, например, такую термопару:
и чип MAX6675 (12 бит) или MAX31855(14 бит), погрешность не более 1 гр С без спец калибровки.
Число датчиков можно подключить практически любое, интерфейс SPI
-----------------------
Так как используется микроконтроллер, то можно сделать калибровку и получить очень высокую точность.
Скорость измерения примерно 5 замеров в секунду.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27А в итоге, если правильно понимаю, можно подключить к ПК и осуществлять управление с него? Так-то да.... Спасибо! Теперь мне нужно переварить информацию и проанализировать.
nikolz
02.11.2024 17:27Да можно, но лучше подключить к ПК ESP8266. Т е датчики и управляющие элементы к ESP, а ESP к ПК.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Поправьте меня если не прав. Получается берем ESP8266 к GPIO цепляем MAX31855 для термопар, потом так же через так же через GPIO даем команды на обычное твердотельное реле, на базе того же ESP реализуем толщиномер и т.п. Тогда вопрос если не хватает пинов, GPIO расширяется?
nikolz
02.11.2024 17:27Все верно, но для управления реле я ставлю расширитель портов с интерфейсом I2C и выношу его к реле. В результате получаем до 8(16) силовых элементов( реле ) до 8(16) датчиков любых. Если мало то ставите еще одну ESP8266.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Да вроде должно хватить... Хотя если разделить нагрев и всё остальное, но да целесообразнее две платы. Скажите пожалуйста, а это возможно как-то объединить под одним интерфейсом на пк? Расширитель типа такого?
nikolz
02.11.2024 17:27Расширители да типа такого , ниже картинки с вариантами. Я ставлю на 8 , их можно подключить 8 (у них 3 шины адреса) Можно взять 8 по 16.
На ПК программу можно делать как угодно.
Это же софт, а не железо.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Я извиняюсь за детские вопросы, потому что все мои познания в микроконтроллерах сейчас базируются на аналоге ардуинки в виде детской игрушки "Робоняня" и соотвествующей программной оболочки для скетчей))
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Поправьте меня если не прав. Получается берем ESP8266 к GPIO цепляем MAX31855 для термопар, потом так же через так же через GPIO даем команды на обычное твердотельное реле, на базе того же ESP реализуем толщиномер и т.п. Тогда вопрос если не хватает пинов, GPIO расширяется?
nikolz
02.11.2024 17:27ставим расширитель
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27И такой еще вопрос, возвращаясь к нашему диалогу о непрерывном контроле толщины нити, т.е. реализуем один из проектов (которые вы мне показали парой постов выше) подключаем к той же ESP и готово? Верно? Мне больше понравилась эта https://www.thingiverse.com/thing:704897 ... Только они обе на диодах обычных как я понял по спецификации. Пока не представляю как туда внедрить ПЗС... Кстати, лучше ПЗС или КМОП все-таки? CCD если правильно понимаю для такой задачи будет оптимальнее?
nikolz
02.11.2024 17:27В том проекте, который Вам понравился используется TSL1401CL это и есть ССD .
Из документации: Матрица линейных датчиков TSL1401CL состоит из матрицы фотодиодов размером 128 × 1, соответствующей схемы усилителя заряда и встроенной функции хранения данных о пикселях, которая обеспечивает одновременное включение и выключение всех пикселей.
т е в ней всего 128 пикселей, а в 1304 их 3600 .
Для непрерывного контроля надо будет на этот датчик отдельную ESP , так как ESP будет управлять разверткой и считывать данные, то она будет только это и делать.
На али есть готовый модуль чтения с CCD по USB на основе STM32, он стоит 50$.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Понял. Спасибо большое за разъяснения! А то что потребуется отдельная плата - не беда.
GidraVydra
02.11.2024 17:27Учитывая, что термодатчики при таких тепловых инерциях нет смысла опрашивать с частотой выше 1 Гц, она переварит целый мешок термопар. Но зачем? Если у вас будет больше одной термопары в логике регулятора, вам придется как-то отдельно хендлить рассогласование показаний. А регулировать каждый нагреватель по отдельности в системе с принудительным массо(а значит и тепло)переносом - плохая идея.
И ещë, на данном этапе это вам не очень актуально, но если хотите точное измерение температуры - переходите на термосопротивления.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Именно так, но я вижу в ассортименте только PID-регуляторы для одной термопары и одного нагревательного элемента (ну или если считать за один как подключенные несколько параллельно). А управлять нагревателями хотелось бы отдельно, что не возможно без количества термопар хотя бы равных количеству нагревателей (опять же это нужно для испытаний и определения оптимальных параметров (я полагаю испробовать плоский нагреватель как способ подогрева с температурой на 15-20 градусов ниже чем температура плавления термопласта))
GidraVydra
02.11.2024 17:27я вижу в ассортименте только PID-регуляторы для одной термопары и одного нагревательного элементаТакова логика регулирования, сигнал может быть только один. Иначе будет рассогласование.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Я это понимаю)))
GidraVydra
02.11.2024 17:27Ну так это принципиальное ограничение. Более того, если вы начнете независимо регулировать двумя логиками в двух точках, у вас с большой вероятностью начнутся автоколебания) ну либо банально нагреватель с меньшей уставкой будет хронически выключенным.
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Это да, но мне нужно как-то решить дилемму: если не использовать встроенную термопару в кольцевой нагреватель и разместить в центре чаши (там где требуется) - то возникает хронический перегрев... Если использовать термопару встроенную в кольцевой нагреватель - недогрев в центре и долгий процесс запуска процесса... Почему и хочу два нагревателя с разнесенными термопарами попробовать использовать.
Jogker
02.11.2024 17:27"...независимо регулировать... начнутся автоколебания..." - это как? от балды крутить рули? Ну, если чем-то провинились Максвелл и Винер, то можно что-нибудь лапотно-квасное попробовать как, например, у Вышнеградского и\или Бесекерского ).
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Я понимаю что автор имел ввиду и в некотором смысле GidraVydra права. Но мне кажется если разнести термопары, то проблему можно решить и всё пройдет гладко. Суть в том, что бы минимизировать влияние нагревательных приборов и термопар друг на друга ,что вполне может быть, если не продумать конструкцию.
GidraVydra
02.11.2024 17:27А что за спектрометр, кстати?
MadFisherman Автор
02.11.2024 17:27Пирометр, наверно? У нас же подпольная лаборатория))) поэтому пирометр обычный из ассортимента "Петровича" ADA TermoPro 300... Все же видели сериал "Во все тяжкие"?))) Ну вот....
nikolz
02.11.2024 17:27Нет это не пирометр, а спектрометр. Пирометр - это совсем другое.
вот аналог того, что я сделал 10 лет тому назад:
GidraVydra
02.11.2024 17:27Ого, 0.3% линейность за 400 евро, неплохо. Интересно, какой у него динамический диапазон. Этак можно евро за 600 полноценный спектрофотометр собрать.
nikolz
02.11.2024 17:27Да можно. На тот момент, спектрометр, именно на диф решетке с плоским полем стоил 4000$ .
GidraVydra
02.11.2024 17:27Мы в 13 году Авантес покупали за 2500, он на плоской решетке. А у него спектральный диапазон шире, ну и прочие плюшки вроде сменных решеток и ттл шаттера присутствуют. Но по нынешними временам 400 за такую игрушку - всё равно шоколадно. Уже подумываю купить. А у него вход оптоволоконный, или просто дыра? И есть ли у него возможность получать спектры в абсолютных координатах?
nikolz
02.11.2024 17:27Полагаю, что Ваш спектрометр весил в ту пору несколько кг и является лабораторным и питается от сети. Цена сейчас
Мой спектрометр мог работать от батарейки и помещался в карман, легко можно встроить в оборудование.
Цель была сделать прибор , который можно было бы использовать в производственных и полевых условиях и был доступен любому желающему, а также для обучения в школах и институтах.
ССD позволяла работать в диапазоне от 200 до 1100 nm и 3600 линий. У Вашего очевидно указан этот диапазон, а линий у вашего было меньше.
Решетка имеет диапазон 200-800. Выбор ее был сделан для анализа продуктов питания.
Все комплектующие мне обошлись примерно в 100$.
При малой серии рентабельная цена его составила бы примерно 250$.
nikolz
02.11.2024 17:27Автономный анализатор спектра с WiFi интерфейсом для измерения спектра в диапазоне от 300 nm до 800 nm на основе CCD , диф решетки с плоским полем и ESP8266.
GidraVydra
02.11.2024 17:27А какую частоту семплинга полного спектра на ESP8266 получали, и с каким разрешением?
nikolz
02.11.2024 17:27Использовал внутреннее АЦП ESP8266 и мне удалось его разогнать на 600 кГц. Но у него относительно высокие шумы. Для увеличения динамического диапазона делал накопление, т е частота уменьшалась. Тогда еще не было даже ESP32. Но сейчас есть существенно лучшее железо. Вообще-то хотел собрать фурье спектрометр, но не смог найти надлежащую оптику на просторах Китая. Потом интерес прошел .
DanilaX
К последнему вопросу . А вы можете измерять уже застывшую нить ?
MadFisherman Автор
Добрый вечер! На выходе это уже застывшая твёрдая нить. Конечно. Там и планируется установка. Все регулировки по высоте, лево/право и нужны для того что бы сделать так что бы в вытяжную пару поступала застывшая нить. Иначе она деформируется, что нежелательно.