Проблема
Большинство современных экзоскелетов страдают от недостатка энергии. Особенно остро это касается моделей на пневмоцилиндрах.
Так, некоторые решают проблему переносными компрессорами и аккумуляторами, но энергия все равно заканчивается быстро, а из-за дополнительных батарей конструкция будет тяжелее. Другие же просто подключают экзоскелет к стационарным энергоносителям и перестают быть мобильными.
Способ решения
Но ведь можно набирать давление химическим способом. Например, гашением пищевой соды.
Из уравнения реакции следует:
- Для реакции нужна кислота из-за чего металлические составляющие быстро выйдут из строя;
- В результате выделяется вода, углекислый газ и ацетат натрия.
Из 42 гр. смешиваемых реагентов (сода = 21 гр.; уксус 70% = 21 гр.) получается 11 гр. углекислого газа или приблизительно 5,5 литра.
Эта реакция проходит при любых давлениях, а реагенты можно купить почти в любом продуктовом магазине, что делает её вполне перспективной.
Хотя уксус и разъедает металл, но практика показывает, что делает он это весьма долго. Для лучшего результата можно использовать газовые баллоны для агрессивной среды.
Подготовка к опытам
Я использовал баллон от огнетушителя на 3 литра, ручку выпуска (первые опыты), а позже через переходник присоединил кран на половину дюйма, тройник, силиконовые трубки, манометр технический, переходники на профиль (толщина = 1 мм.) и медицинские шприцы.
Начало экспериментов
Первый опыт был неудачным. Теоретическая пропорция реагировала слишком долго.
На втором эксперименте пришлось опытным путём находить пропорцию для более быстрой реакции.
Третий опыт проводился уже с прототипами пневморук.
Первый прототип без баллона
Второй прототип
Заключение
Постепенно я вернулся к первой пропорции (1 к 1), но уже использовав большое количество реагентов.
Также все прототипы сильно прогибались при подъеме небольшого груза (менее 1 кг.).
P.S. Заказал у мастера полипропиленовую трубу большого диаметра, когда придёт, буду использовать её вместо железного баллона, а вместо держателей для профиля поставлю квадратную трубу из 2 П-образных профилей.
Комментарии (93)
cyberly
13.09.2016 19:12+7А зачем эти заморочки, если можно просто использовать углекислоту? В 5 литровом баллоне (как у вас) ее примерно 3-3,5 кг, это около 3 куб.м. при нормальном давлении, ЕМНИП. И стоит она, в общем, копейки (100-300 руб заправка 5 литров).
А на то давление, которое у вас получается с содой, мне кажется, проще взять автомобильный компрессор с аккумулятором от UPS'а
B7_Ruslan
13.09.2016 21:55Увы, при интенсивной работе пневматика с углекислотой сильно обмерзает и давление с силой падают
Kamzel
13.09.2016 21:58«Пневматика обмерзает»- это как?
Tufed
13.09.2016 22:58+1С понижением давления понижается температура. При быстром понижении давления может и обмерзнуть. При вытаскивании недостелянного балона СО2 из пневматического оружия сталкивался не раз, ровно как и при быстрой разрядке магазинов.
Kamzel
14.09.2016 09:55-2Можно ли будет решить проблему чехлом-обогревателем?
kulikovDenis
14.09.2016 12:01+1Термоизоляция только усугубит проблему, температура упадет, давление снизится.
Подогрев сведет на нет все предположительные плюсы системы, нужен будет внешний источник энергии.
Еще вариант — это добавить радиатор большой площади, которые увеличит масса габариты системы.Mad__Max
17.09.2016 00:33+1Для начала как где-то тут уже советовали можно добавить небольшой вентилятор (типа компьютерных — работающих на постоянном токе низкого напряжения) с совсем маленьким аккумулятором. Простой несильный принудительный обдув уже в несколько раз увеличивает съем тепла (или в данном случае наоборот поступление тепла) с обдуваемой поверхности по сравнению с пассивной конвекцией. В результате вместо инея должен получится просто конденсат влаги стекающий вниз и не работающий как теплоизолятор тормозящий дальнейший теплообмен.
Llevellyn
13.09.2016 23:13+1водяные пары из воздуха конденсируются на стенках магистралей и клапанов и замерзают
Red_Lion
14.09.2016 15:30+1Если проблема в влажности воздуха, то логичное решение:
Внутри магистралей/клапанов/редукторов… — ставиться клапан на общение с атмосферой и относительно влажный воздух просто не сможет попасть внутрь.
Снаружи — паронепроницаемый чехол с силикагелем для осушения воздуха. Также чехол с силикагелем (но уже из гарантировано хорошо газопроницаемого материала) можно надеть как на указанный ваше клапан — в начале работы он будет в среде сухого воздуха и не начнет обмерзать, а дальше воздух частично вытеснит выходящая углекислота.
cyberly
13.09.2016 23:24+2При большом расходе — да, есть такое, только мерзнет, в основном, баллон.
По опыту работы с полуавтоматом, 10-литровый баллон заметно мерзнет при среднем расходе в районе 10 литров в минуту. Не могу сказать сколько точно, горелка расходует 10-20 л/мин, но она не работает непрерывно. Если температура воздуха примерно комнатная, давление при этом падает с 50-60 где-то до 15-20 бар. И занимает этот процесс 30 минут — час. Восстанавливается обратно примерно за такое же время. Если расход меньше, ниже 30-40 бар давление не падает.
Если эта конструкция будет потреблять несколько литров в минуту, проблем быть не должно. Если больше — тогда, видимо, сжатый воздух лучше подойдет. Хотя его в баллон входит заметно (раза в 3-4) меньше.Kamzel
14.09.2016 10:33Можно ли решить проблему грея баллон?
cyberly
14.09.2016 10:49Чисто теоретически, можно. И ребята, которые перекрывают крыши, как я понял, часто так и делают (у них пропан, но там те же проблемы — давление падает и газ перестает идти в нужном количестве). Берут — и греют его той же самой 10-20 киловаттной газовой горелкой, которой плавят кровельные материалы. Но это 100% нарушение ТБ.
Вообще, существуют электрические подогреватели газа (типа такого http://www.svarbi.ru/cat/reguljatory-i-podogrevateli/29685/), которые ставятся между баллоном и редуктором, но они потребляют по 100Вт.
Mad__Max
14.09.2016 02:05Ну это при действительно больших расходах, когда начнется образование инея на пневме — таких расходов предложенная схема с содой и уксусной кислотой вообще не даст — иначе (при попытке «форсировать») там сплошная пена в пневмосистему полезет вместо чистого СО2 при слишком бурной реакции.
А жидкая углекислота даст при необходимости большой расход, хоть и со снижением рабочих параметров.
Ну и давление конечно падает с падением температуры баллона и пневмосистемы, но все-равно остается выше чем у рассмотренного варианта.Garbus
14.09.2016 03:49+1Меня всегда интересовало, почему не поставить к баллону небольшой вентилятор? Ведь это позволит избежать переохлаждения баллона при более интенсивном расходе, чем с нагревом его простой конвекцией?
RusikR2D2
14.09.2016 05:59+1зачем углекислота? просто воздух. Заправка на пейнтбольных станциях стоит аналогично — пару сотен рублей.
Kamzel
14.09.2016 10:16Но увы, в провинциальных городках таких станций нет, даже у пожарников. Если только своим компрессором, у которого 16 атм.- максимум.
Mad__Max
17.09.2016 01:01+1Углекислотных заправок (например для крупных огнетушителей) тоже нет?
Если нет то можно вообще сухим льдом обойтись раздробив его и просто засыпав в баллон. Только сначала обязательно испытать этот баллон(ы) с пробку(крышку) на очень высокое давление где-нибудь в безопасных условиях. Или купить новый рассчитанные на соответствующие давления. А то при разрыве баллона под высоким давлением всем находящимся рядом мало не покажется — вплоть до тяжелых травм или даже смертельного исхода если сильно не повезет.
Вообще это любых емкостей под высоким давлением касается, но просто сухой лед часто сильно недооценивают — а он давление больше 70 атм выдать может испарившись внутри герметичной емкости и потом прогревшись как следует:
dmitryredkin
13.09.2016 19:53+4Но ведь можно набирать давление химическим способом.
Например, прицепив бензиновый генератор :)
dlinyj
13.09.2016 21:15+3Ну это забавно, но не понимаю в чём практическая польза? Чем лучше бензиновой реализации (компрессор на бензиновом двигателе)?
Kamzel
14.09.2016 09:47Можно повысить до большого давления
dlinyj
14.09.2016 10:58+4Открою страшную тайну физики 10-го класса. Давление не зависит от мощности двигателя. Есть ручные насосы, которые дают 50 атмосфер. Люди их делают дома. Например вот.
Mad__Max
13.09.2016 21:48+4Как выше уже отметили — непонятное и бесполезное(с точки зрения практического применения, разве что как любопытный опыт/развлечение) изобретение велосипеда. Если уж использовать СО2 как рабочий газ в пневматике, то на порядок проще просто взять баллон с жидким углекислым газом, который испаряясь будет давать высокое давление без каких либо хим реакций до тех пор пока полностью не испарится (+ редуктор если давление большое не нужно). И все, собственно больше ничего не нужно — можно подавать готовый газ в пневмосистему. Самый простой пневмоаккумулятор.
Конструкция получится намного проще, а удельная энергоемкость примерно в 4 раза выше чем у рассмотренных хим. компонентов для получения СО2 на ходу. Плюс никаких отходов и грязи после работы — после выработки имеем пустой и чистый баллон уже готовый к следующей заправке.Kamzel
14.09.2016 10:04Единственные плюсы реагентов это:
-Нет ограничения по давлению по сравнению с переносными компрессорами (зависит от объёма баллона и предельному давлению углекислого газа);
-Не надо носить с собой доп. баллоны с жидким углекислым газом или заправлять их на станциях (не во всех городах находятся такие станции, даже у МЧС).cyberly
14.09.2016 10:55>> не во всех городах находятся такие станции, даже у МЧС
Углекислый газ — это огнетушители и разливное пиво, достаточно популярная штука. Хотя да, найти эти конторы бывает непросто. Один из способов — пойти в ларек с пивом и прямо спросить, откуда они берут газ.Kamzel
14.09.2016 11:02Пробовал, на удивление их возят баллонами из Альметьевска (хотя я не уверен во всех ли пивнушках так).
Mad__Max
17.09.2016 01:21+1— По сравнению с небольшим переносным компрессором (типа автомобильного) да, преимущество. Относительно СО2 — не особо, у хим. реакции давление тоже не бесконечное — по мере роста давления продуктов реакции (в данном случае СО2) интенсивность ее протекания будет снижаться. Ну и за сверхвысокими давлениями все-равно гоняться смысла нет, уверен вам для планируемых задач и 40-60 атм выдаваемых жидким СО2 хватит с запасом.
— Но тогда надо носить с собой хим. компоненты. И как написал их масса будет примерно в 4 раза больше чем масса сжиженного СО2. Ну можно еще учесть, что у компонентов легкая упаковка, а жидкий СО2 можно только в тяжелом запасном баллоне носить, но даже с учетом этого преимущество минимум раза в 2 по массе и габаритам будет за жидким СО2.
Вот где заправлять это может быть действительно сложный вопрос. Разве что совсем нигде не достать углекислоты, тогда можно и с химией повозиться — как вынужденный откат к более плохому варианту из-за недоступности чего получше.
Но и тут можно с сухим льдом импровизировать — его то еще проще достать чем найти заправку жидким СО2.Kamzel
17.09.2016 07:12Но увы, недостаток сухого льда в том, что его нужно хранить в термоизоляционных емкостях, но проблема основная еще в подогреве льда в газ, придется добавить систему подогрева с аккум. или еще каким либо способом
Weles
13.09.2016 21:55+5КПД такого способа получения энергии слишком низкий, углекислота того-же веса что и реагенты сможет дать намного больше энергии. Попробуйте более агрессивные реагенты или посмотрите в сторону других способов получения энергии, например из топливных элементов.
sergku1213
14.09.2016 10:43+1Именно — лучше перекись водорода концентрации выше 60%. Не надо тяжелого баллона, очень чистый алюминий подойдет, кажется. Поступая в реакционную камеру, при контакте с серебряной сеточкой получим парогазовую смесь с температурой порядка 500С. Чистое здоровьичко. Так фон Браун запитывал топливный насос своих ракет. А это штука мощная. Интересный факт — ракеты Фау -2 во время инцидентов при запусках убили больше немцев обслуживающих запуски, чем англичан, по которым собственно и целились.
dlinyj
14.09.2016 11:27+1Скажу, что перекись страшная штука
sergku1213
14.09.2016 13:09Так я как бы намекаю, в том же самом комментарии. Эти Фау-2 ооочень часто взрывались на стартах и при заправке. И перекись тут один из важных компонентов. Не так посмотрел на неё и…
dlinyj
14.09.2016 14:40+1Ну я работал с перекисью. Она, кстати, стоит на порядок дешевле соды и уксуса. 70 рублей литр 60% перекиси в русхиме. Ещё и страшный оксислитель, если прощёлкаешь, всё вскипает, убегает, окисляя находу, превращая металлы в груду оксидов.
ProstoUser
14.09.2016 15:13Не только Фау. Союзы и Прогрессы до сих пор на перекиси летают (там тоже она ТНА крутит). Только там, кажется, для разложения марганцовка используется. Еще, если я ничего не путаю, перекись водорода широко использовалась как топливо для торпед.
В общем, перекись водорода — это первое, что приходит в голову в качестве химического источника энергии.dlinyj
14.09.2016 15:39+1Можно использовать гидроперит и марганцовку. Там капля воды и сразу куча кислорода
lexx_v11
14.09.2016 01:31+1Два вопроса:
1. Вы прикидывали, какого размера должен быть ваш баллон, чтобы поднимать хотя бы 30 килограмм?
2. Как это всё будет управляться? Если вы конструируете экзоскелет, а не просто пневматический подъемник, то вам понадобится система, которая будет легко управляться и не оторвёт вам руки при неосторожном движении.Kamzel
14.09.2016 09:471. Если использовать поршни чтобы напрямую поднимать вес, то хватит и баллона на 3 л.
2. Думаю добавить arduino и сервоприводы на краны, но это когда будет более менее завершенная модель, а управление кнопками.dlinyj
14.09.2016 11:28-2Использование ардуино в серьёзных проектах — явный показатель не профессионализма.
arefinden
14.09.2016 12:06+1А использование шприца в роли пневмоцилиндра и подвесов для направляющих ГКЛ в роли несущих плечей — профессионализм? Не думаю что здесь стоит цепляться к таким вещам, ребята явно за идею, за интерес работают.
Kamzel
14.09.2016 12:19Спасибо за поддержку. Пневмоцилиндры заказал через aliexpress, а пока едут, делаю лишь маленькие прототипы.
dlinyj
14.09.2016 14:42Использование ардуино в качестве контроллера — не является не профессионализмом. Я сам использовал её для отладки. Но когда человек в серьёзном проекте, вместо слова «контроллер» ставит слово «ардуино», то грош цена таким решениям. Шприц — это пневмоцилиндр, но если вместо слова пневмоцилиндр идёт шприц, то это детсад.
lexx_v11
14.09.2016 16:15Вы это видите, как полный экзоскелет с руками и ногами? Управление с кнопок просто убивает саму идею экзоскелета. Посмотрите, как вы двигаетесь и представьте, что для каждого шага, сгиба и разгиба руки придётся нажимать кнопку. И представьте, сколько кнопок понадобится.
Kamzel
14.09.2016 17:54Насчет количества кнопок не стоит волноваться, это же только предположение. Когда будет более менее готовый прототип, тогда уже придется задуматься о управление.
SquareIronBox
14.09.2016 04:59+1По эффективности похоже на колу с ментосом. Вам не кажется, что пачка даже Ni-MH аккумуляторов запасёт больше энергии при той же массе?
Тем более, пневматика очень «мягкая», и небезопасна. Если повреждается шланг или другой элемент системы, сжатый газ может натворить много бед, чего не скажешь о гидравлике.Kamzel
14.09.2016 09:50Для гидравлики я вижу только использование компрессора, а он увы не наберет большое давление (к примеру 50 атм. в 10 л.)
SquareIronBox
16.09.2016 13:17+1Не компрессора, а насоса. И есть замечательные шестерёночные насосы. А почему давление не наберётся-то?
trapwalker
14.09.2016 09:50+1Не то чтобы я спорю с вами, но, вы, видимо, не слыхали о травмах, причиненных зеваке маслом из порванного шланга гидравлической системы обычного экскаватора.
Kamzel
14.09.2016 10:11Насчёт безопасности гидро системы не спорю. Сам был свидетелем разрывания гидрошланга от цилиндра на тракторе Минск. Но пока оборудование для безопасности будут бесполезны, т.к. модель ещё не доделана.
SquareIronBox
16.09.2016 13:25Честно скажу, не знаю, как устроена гидравлическая система экскаватора. Полагаю, насосы там поршневые, а значит, в системе имеются гидравлические аккумуляторы. В таком случае они и являются источником бед — высвобождают запасённую энергию при аварии. То же происходит при разгерметизации пневматики, но там аккумулятор не нужен, газ попросту сжат в магистралях.
Гидравлическая система без таких аккумуляторов была бы безопаснее.trapwalker
16.09.2016 15:07Ни разу не слышал о поршневых гидравлических насосах. Там насос шестеренного типа с наружным зацеплением (две шестеренки в зацеплении прогоняют масло между собой) и никаких гидравлических аккумуляторов (это вообще как, типа расширительного бака? Жидкость же несжимаема). При разрыве шланга, как я понимаю, давление падает довольно быстро, так что упругой струи, долго рисующей травмы и разрушения не будет, однако некоторые шланги в системе гибкие и, очевидно, несного тянутся, что, собственно, и создаёт тот самый запас жидкости, который вылетает и травмирует попавшихся под струю.
Ivansl7
14.09.2016 11:45+1Ой ли, а не наоборот? Гидравлика при разрыве шлангов автомобильные стекла разбивает и людей калечит.
SquareIronBox
16.09.2016 13:19Пневматика набирает больше потенциальной энергии, поскольку газ в системе сильно сжат. А жидкости не сжимаются. Если бы мощные системы, вроде экскаваторов, делали на пневматике, то каждая авария была бы похожа на теракт.
melodictsk
14.09.2016 09:47+1А можно еще взять не углекислоту а сжиженый азот. А еще лучше сжигать топливо как это делается во всех ДВС. 2 поршня могут создавать непрерывный поток отработавших газов очень высокого давления.
Вообще при подборе работчего вещества надо считать его энергонесущую способность.
3aicheg
14.09.2016 09:48Не могу щас найти ссылку, но несколько лет назад читал про механическую руку, которая работала не на электричестве, а за счёт каких-то химических реакций. Вроде, мелкие гранулы там как-то подавались в нужные моменты и реагировали довольно интенсивно (чуть ли не со взрывом), выделяя газ. Еще вода образовывалась в качестве побочного продукта реакции, в статье писали, что вот, как бы даже потеет рука во время работы.
hardsome
14.09.2016 09:48+2Лучше порох + дозатор (в виде холостых патронов). Долго искать не надо — все оружие построено на этом принципе. Если бы было что-то более энергетически эффективное — оно бы тоже уже стало оружием.
Представляю себе пистолет на соде с уксусом.
vazzaap
14.09.2016 09:48+8Это уже было у НосоваЭтот автомобиль работал на газированной воде с сиропом. Посреди машины
было устроено сиденье для водителя, а перед ним помещался бак с газированной
водой. Газ из бака проходил по трубке в медный цилиндр и толкал железный
поршень. Железный поршень под напором газа ходил то туда, то сюда и вертел
колеса. Вверху над сиденьем была приделана банка с сиропом. Сироп по трубке
протекал в бак и служил для смазки механизма.
Такие газированные автомобили были очень распространены среди
коротышек. Но в автомобиле, который соорудили Винтик и Шпунтик, имелось одно
очень важное усовершенствование: сбоку к баку была приделана гибкая
резиновая трубка с краником, для того чтобы можно было попить газированной
воды на ходу, не останавливая машины.cj_zzz
14.09.2016 09:48+1Прочитав про облединение, захотелось спросить:«Джарвис, как нам решить проблему облединения...» :)
Чтоб не возиться с пропорциями кислота — сода, можете попробовать соорудить самодельный «аппарат киппа» (конструкций валом на форумах аквариумистов, они CO2 генерируют) на соде и лимонке(уксусе), принцип прост и нинадо городить огнетушители :)Kamzel
14.09.2016 10:07Спасибо за совет, попробую сделать что нибудь похожее.
Shurr-pl
14.09.2016 15:25Аквариумные решения «сода-лимонка» в своей сфере весьма эффективны за счет элегантного решения отвода продуктов реакции и саморегулировки реакции, но заточены под совершенно противоположную задачу: поддерживание стабильного давления в системе при относительно малом и равномерном расходе газа. Им противопоказаны тряска и резкие перепады давления, система может пойти вразнос.
maxpsyhos
15.09.2016 04:05+1Не получится. Аппарат Киппа изначально сконструирован так, чтобы ИЗБЕГАТЬ высокого давления при генерации газа, то есть задача прямо противоположная.
Iamkaant
14.09.2016 10:44Если хотите большего объёма газа на грамм реагентов, поэкспериментируйте с азидами металлов. Хотя нет, лучше не экспериментируйте… :)
А если серьёзно, идея с ДВС мне кажется неплохой.Kamzel
14.09.2016 10:50Осталось только на компактный ДВС компрессор накопить :)
arefinden
14.09.2016 11:46+1Как вариант, купить китайский бензиновый триммер(мотокосу) или бензопилу, раскурочить их до двигателя(центробежное сцепление всё же оставить) и прикрутить компрессор на ременной/цепной передаче при наборе в ресивере максимального давления сбавлять обороты до холостых, тут даже ардуину не надо, можно всё на механике построить. Мощность у этих моторов 1-2 л.с. то есть 0.75-2.5 кВт. должно хватить для компрессора.
Kamzel
14.09.2016 12:22Хорошая идея! Но пока не поступлю в ВУЗ придётся довольствоваться чем есть. :(
dlinyj
14.09.2016 14:49На самом деле, для вашего возраста поделка нормальная. Но вы просто заново изобрели плохой велосипед. Начните пока с компрессора от холодильника, проработайте макет. Определитель с нужным давлением А потом подумайте о ДВС компрессорах. Или вообще маслянной гидравлике. Там вообще нагнетать ничего не нужно.
Kamzel
16.09.2016 12:32Насчет ДВС: цена на инструменты высока, да и если избавлять экзоскелет от лишнего веса, то как избавится от тряски самого двигателя при работе?
dlinyj
14.09.2016 14:55+1Азиды — верный путь, чтобы подорваться или сесть в тюрьму за создание взрывчатки.
dlinyj
14.09.2016 14:44+1Кстати, есть более простой вариант — лимонная кислота + сода. Оба в сухом виде, просто добавь воды. Но там проблема порциального давления, что часть углекислоты растворяется в воде.
dlinyj
14.09.2016 14:53+1Вот ещё момент важный
Содержание угольной кислоты в растворе увеличивается при понижении температуры раствора и увеличении давления углекислого газа.
Т.е. чем больше давление у вас, и расход газа (тем ниже температура есесна), тем меньше газа в балоне.
KamAdm
15.09.2016 15:44+1Зарисовка на тему статьи: Карбид + вода = давление. Причем давлением можно управлять, дозируя подачу воды. Конечно взрывоопасно, но прикольно, если выхлоп направлять в ДВС -> генератор электричества, зарядить аккамулятор, энергия с которого запитывает управляющую схему дозировки воды в балон высокого давления.
cyberly
15.09.2016 17:24+1С ацетиленом тоже грабли. Он взрывается при повышении давления (тут — http://ohrana-bgd.narod.ru/edaproiz_49.html — сказано, что при более 10 бар), причем сам по себе, без кислорода (интересно что там за реакция, нигде не смог найти). И это причина, по которой его в баллонах хранят растворенным в ацетоне.
Mad__Max
17.09.2016 01:45+1Это видимо распад обратно на составляющие компоненты происходит, т.е. на углерод и водород. В отличии от большинства газов у ацитилена это процесс с выделением энергии(тогда как для большинства газов для их разложения нужно наоборот затратить энергию), так что и во взрыв переходить наверно может при определенных условиях.
Kamzel
16.09.2016 12:29Насчет ДВС я не уверен. Для такой системы у меня еще знаний не хватает. Да и двигатель нужно будет как то от тряски избавить.
vilgeforce
Не лучшая, IMHO, реакция: за счет выделения воды реакционная смесь разбавляется, что приводит к снижению скорости выделения газа. А растворимость углекислоты в воде с ростом давления увеличивается.