Регулятор подачи на базе тензодатчика и шаговых двигателей создавался как абсолютно еденичный экземпляр и подобных систем я не встречал как тогда, в далеком 2012 году так и по сей день.
Поступила задача — решить проблему неравномерной силы торможения полимеров в процессе их горячей экструзии так как в нашем случае не получалось добиться стабильного давления на выходе формующего инструмента(экструзионная головка). Чем чревата неравномерная скорость подачи полимеров в экструдере? Так это получение не равномерной толщины конечного изделия или его стенок — что является одной из основных причина брака и выхода за допуски. Как правило, используется обычный пневматический цилиндр для зажимания экструдированного изделия на выходе, но в нашем случае это не срабатывало так как полимер сильно отличался от тех которые использовали ранее. И так, много заумных слов, что же, попробую потихоньку все объяснить и начнем мы с того что же такое экструдер.
Экструдер — это механизм для непрерывной переработки полимерного сырья (в основном гранул) в однородную массу и придания ей формы путём продавливания через экструзионную головку, сечение которой соответствует конфигурации готового изделия.
1 – Загрузочный бункер полимера
2 – Материальный цилиндр, состоящий из трех или более зон (питания, пластикации и дозирования)
3, 4 – Адаптер, переходное кольцо или другое устройство для передачи расплавленной полимерной массы из экструдера к формующему инструменту
5 – Формующий инструмент
6 – Шнек (червяк) одношнекового экструдера
7 – Кольцевые нагреватели материального цилиндра
8, 9 – Силовые установки, двигатели
10 – Редуктор
Данной устройство не сильно отличается от обычной мясорубки за исключением того что у экструдеров часто присутствуют нагревательные элементы который нагревают гранулы полимера до температуры плавления. Точно так же как и в мясорубке — есть формирующей наконечник, в мясорубках это решетки для фарша из нержавеющей стали.
В большинстве случаев горячий, но уже затвердевший полимер просто выходит с головки экструдера как колбаса и нарезается на равные длины или наматывается на бобины — и не требуется никакие упоры, что бы затруднить его подачу с выходного сопла. Но! Есть всегда одно, но! В нашем случае мы использовали особый полимер, который приходилось тормозить, и это была не проблема правильно или неправильно выбранной температуры последней зоны нагревателей экструдера или охлаждения формирующей головки. Просто такой был материал.
Требовалось непрерывно поддерживать определенное давление на выходе материала из формирующей головки и для этого метода хорошо подходили шаговые двигателя как тормозящий механизм.
Далее требовалось разработать контроллер который бы управлял данным процессом. Для этого:
1) Требовалось как то определять текущее усилий — я выбрал для этих целей обычный тензодатчик для весов в максимальной нагрузочной способности — 100кг
2) Нужно разработать контроллер и драйвер для синхронного управления шаговыми двигателями
3) Создать возможность регулировки усилия и скорости подачи на понятном для человека языке — а для этого лучше всего это — графическая картинка, требуется наличие экрана
Тензодатчик — обычно представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплённым на ней тензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки, по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.
Принцип работы данного устройства основан на изменении сопротивления проводника при механическом воздействии на него. Следовательно, всё что нам остается сделать это измерять на сколько изменилось сопротивление. Для этих целей мы будем использовать операционный усилитель с высоким разрешением.
Датчик для начала экспериментов решено было канабализировать с торговых весов вместе с рамой на которой датчик и закреплен для упрощения тестов.
Подобрав шаговые двигатели и экран для вывода информации я приступил к проектированию схемы данного контроллера. Регулятор подачи на базе тензодатчика и шаговых двигателей становился все реальнее и реальнее.
После отправки Gerber файлов и карты сверловки — немножко подождав — получил свои печатные платы. Сейчас сервисов, которые работают по принципу отправил и забыл очень много, но в 2012 году было все таки немножко пожиже.
А вот так уже выглядела запаянная плата без пока еще не пришедшего экрана. Как можете заметить — программирование осуществлялось через ethernet разъем.
Вот и закончилась очередная история одного из моих старых, но интересных проектов. На это проекте я впервые изучил работу тензодатчиков — они оказались довольно простыми и понятными для осмысления. Что же, спасибо, что дочитали до конца, надеюсь было хоть немного, но интересно.
Смотрите также другие наши работы в разделе — МАСТЕРСКАЯ, где можете найти возможно, что-то еще интересное для вас. Есть у нас небольшой и скромный канал YOUTUBE — будем также рады если вы его посетите и поддержите нас лайками и подписками.