Текст книги "Техника твоими руками"

Автор книги: Флорентий Рабиза

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 8 страниц)

РАССТОЯНИЕ, ПРЕВРАЩЕННОЕ В НУЛЬ

В нашей стране особенно большое внимание уделяется механизации и автоматизации производства.

В семилетием плане развития народного хозяйства поставлены даже такие задачи, как переход от автоматизации отдельных машин к полностью автоматизированным цехам и заводам.

Почему же так важно, чтобы больше было автоматов и автоматических заводов?

Автоматы отлично выполняют заданную программу, они работают быстро, хорошо и очень облегчают труд человека. А то, что они производят, стоит значительно дешевле, чем при ручном труде.

Но все-таки полностью всю работу на предприятии доверять автоматам нельзя. Без руководства со стороны человека не могут обойтись даже самые совершенные машины. Руководить этими хитроумными аппаратами и механизмами все же должен человек.

У нас человек является полноправным хозяином и повелителем машин. Все сильнее растет его власть над техникой. Один человек порой может управлять множеством машин и механизмов, работающих автоматически и на большом иногда расстоянии друг от друга. Сложные мощные машины можно привести в действие или остановить слабым нажатием на кнопку. И сами машины немедленно докладывают языком цветных электрических лампочек или звуковых сигналов о том, работают они или остановились, обеспечены ли они всем необходимым для нормальной работы или нет. А в случае какой-либо поломки приборы сообщают о случившемся, указывая точно место, где это произошло.

Для того чтобы можно было управлять на расстоянии машинами-автоматами, составляющими иногда целые предприятия, существует специальная отрасль техники – телемеханика. Телемеханика – это механика на расстоянии. Она занимается управлением, контролем, измерением различных величин. Но все это делается на расстоянии, превышающем иногда десятки и сотни километров. Телемеханика как бы уничтожает расстояние.

Где же применяется телемеханика и когда она бывает особенно нужна?

Мы покажем это на небольшом примере. Из него вы увидите, что телемеханику можно применить только там, где производство автоматизировано. В самом деле, нельзя же представить себе, что мы на расстоянии будем управлять старыми деревянными ветряными мельницами.

Представьте себе, что из реки в определенных местах нужно качать воду в оросительные каналы. Предположим, что таких насосных станций несколько, например 10, и расположены они в 3–5 километрах друг от друга.

Что представляет собой каждая насосная станция? Ее основное оборудование – двигатель внутреннего сгорания и насос. На каждой такой насосной станции должен быть человек, а если станция работает круглые сутки, то два-три человека. Люди там должны жить оторвано от населенных пунктов, потому что место, откуда надо брать воду для орошения, не всегда расположено около населенного пункта. Чаще всего насосные станции располагаются вдалеке от городов и поселков. Привезут на машине продукты и почту раза два в неделю, а в остальное время никто туда и не заглянет.

Первое, что появляется на этих станциях из области механизации, – это телефонная связь, а иногда и мотоцикл. Затем на смену двигателю внутреннего сгорания, для которого надо привозить горючее, да еще издалека, ставится электрический двигатель. Управление упрощается. Нажал кнопку, двигатель заработал, и насос качает воду. Приборы показывают, нормально ли работает двигатель, – хорошо ли качает насос.

И вот уже напрашивается мысль: а что, если включать кнопку для пуска и остановки двигателя не здесь, на самой станции, а где-то в другом месте, например в ближайшем городе или поселке? Если там оборудовать специальный, как его называют, диспетчерский пункт, то с него можно успешно управлять работой всех десяти, а если надо, то и большего количества насосных станций.

От каждой станции на диспетчерский пункт идут свои провода.

Перед дежурным диспетчером расположены на щите схемы станций и цветные сигнальные лампочки.

Вот, например, видно, что вторая насосная станция не работает. Около ее схемы на щите горит зеленая лампочка. Согласно требованию старшего агронома необходимо оросить определенный район, а для этого нужно пустить в ход насосную станцию № 2.

Диспетчер нажимает кнопку 2, ток идет по проводам на станцию, там срабатывает сигнальное реле, которое приводит в действие более мощное реле, а оно включает электрический двигатель.

Насос качает воду. На щите у диспетчера зеленая лампочка погасла и зажглась красная.

Кроме этого, диспетчер видит на специальном приборе, который не только показывает, но и записывает, какое количество воды поступает по трубе в оросительный канал. Помните, мы с вами уже рассматривали прибор, измеряющий количество жидкости или газа, проходящего по трубе? Так вот подобный прибор стоит около насоса, измеряет количество воды, которую насос подает в оросительный канал, и сообщает эти сведения диспетчеру.

На щите у диспетчера есть еще и другие приборы. Они показывают величину тока, идущего через двигатель и количество оборотов двигателя.

Все станции как бы собраны в одном месте, на щите, и диспетчер следит по приборам за их работой. В случае какой-либо неполадки на ту станцию, где эта неполадка произошла, посылается аварийная машина, чтобы можно было быстро произвести на месте нужный ремонт.

Все насосные станции заперты на замок. В них никого нет, и только реле порою щелкают в тишине, включая или останавливая двигатель по команде диспетчера.

Через определенные промежутки времени, примерно раз в неделю, а может быть, и реже, дежурный техник объезжает все станции и проверяет, в каком состоянии находятся механизмы, не надо ли чего заменить, как обстоит дело со смазкой, нет ли каких-нибудь признаков, что может произойти поломка. После проверки помещение запирается, и техник едет к следующей станции.

Это один из самых простых примеров применения телемеханики. Всех случаев, где она применяется и может применяться, не перечислишь, но еще об одной важной отрасли ее применения необходимо рассказать. Это применение телемеханики в энергосистемах.

В них без телемеханики не обойтись. Электрические станции дают свою энергию в общую высоковольтную линию, а из этой линии ее берут так называемые потребители– заводы, фабрики, жилые дома городов и поселков. Благодаря электрической энергии работают машины, горят лампочки. Но всю энергию надо очень умело распределять, чтобы всем ее хватило, да и чтобы неиспользованная энергия не оставалась.

За этим и следят диспетчеры энергетических систем. Перед ними на специальных светящихся схемах изображена вся энергетическая система. На схеме видно, откуда поступает электроэнергия и кто ее потребляет.

Телемеханика дает возможность диспетчеру быстро принимать решения, быстро откликаться на все, что происходит в линиях. Хорошо, когда все идет нормально, но бывают и аварии и поломки, а заводы должны работать, лампочки должны гореть… Диспетчер приводит в действие запасные машины, отключает неисправный участок, принимает меры, чтобы туда выехала бригада для ликвидации неисправности. Диспетчер – это главный хозяин на производстве. Он командует, распределяет энергию, устраняет недостатки. И ему очень облегчают работу автоматические приборы и телемеханика.

Телемеханических систем существует много. Но в основном к ним предъявляются такие требования: надежность и дешевизна. Эти требования предъявляются не только к системам телеуправления, но и к любым машинам, к любым приборам. Они должны быть как можно более дешевыми и как можно более надежными в работе.

Созданы специальные приборы и схемы их соединения, дающие возможность по небольшому количеству проводов передавать сигналы управления, получать обратно сигналы о выполнении той или иной работы и производить различные измерения на расстоянии.

При больших расстояниях до телеуправляемых объектов очень важно, чтобы в целях экономии было как можно меньше проводов.

В самом деле, предположим, что нужно управлять десятью механизмами, расположенными в одном месте. Тогда в случае многопроводной линии нужно самое малое одиннадцать проводов: по одному к каждому механизму и один провод обратный, общий.

При большом расстоянии такая линия будет стоить дорого. В случае же малопроводной линии достаточно иметь только два провода и приборы, которые обеспечивают управление по двум проводам.

Мы сделаем модель прибора, на которой продемонстрируем один из способов телеуправления несколькими объектами по двум проводам.

Для простоты возьмем не десять объектов, а только два, и этого будет достаточно, чтобы хорошо понять сущность телемеханики.

Представьте себе два одинаковых прибора, в которых по контактам непрерывно с одинаковой скоростью бегают пружинящие пластинки-щетки, вращающиеся от специальных электродвигателей. Если соединить проводом, идущим от батареи, обе щетки, к другому проводу через маленькие рубильники присоединить на первом приборе все контакты, расположенные по кругу, а на втором приборе – электромагнитные реле, то при равномерном вращении щеток мы по своему усмотрению можем включать любые реле.

Эти специальные приборы в дальнейшем будем называть переключателями или шаговыми распределителями.

В реальных условиях переключатели приводятся в движение не электрическими двигателями. У двигателей есть недостаток. Стоит только одному двигателю отстать от другого, как нарушится совпадение положения щеток. Одна щетка будет отставать от другой, и тогда команду будет воспринимать не то реле, которому она предназначена, а соседнее. Для устранения этого недостатка применяются другие способы передвижения щеток. Об одном из таких способов будет рассказано дальше.

Электромагнитное реле

Вы уже делали электромагнитные реле. Их можно использовать как исполнительные реле. А сейчас изготовьте более надежные реле для пульс-пары и для восприятия сигналов – будем их называть сигнальными реле. Всего надо изготовить еще шесть реле.

Возьмите пустую катушку из-под ниток и намотайте на нее как можно больше медной изолированной проволоки диаметром около 0,3 миллиметра. Наматывать следует аккуратно, ряд за рядом, но не обязательно так строго, как были намотаны нитки. Когда вы закончите намотку, закрепите нитками конец проволоки, чтобы она не разматывалась.

Возьмите железный гвоздь толщиной 4–5 миллиметров и сделайте из него букву «П». На одну из палочек этой буквы свободно должна надеваться катушка. Ножовкой или напильником отрежьте лишнюю часть гвоздя, выходящую над катушкой, оставив кончик не более 5 миллиметров. Другую часть гвоздя, находящуюся вне катушки, сделайте на 4 миллиметра длиннее. Это вы изготовили сердечник будущего реле.

Перевернув П-образный сердечник, укрепите его вертикально на деревянной дощечке с помощью скобки, сделанной из тонкого гвоздя, и закрепите оловом место их соединения, чтобы сердечник держался устойчиво. К длинной части сердечника надо припаять согнутую Г-образную узкую полоску жести (от консервной банки) шириной 5–6 миллиметров. Это якорь реле. Теперь наденьте на более короткую часть сердечника катушку, отогнув предварительно якорь. Затем верните его на место. Нужно, чтобы он на несколько миллиметров не доходил до короткой части сердечника. Реле почти готово. Осталось сделать контакты.

Один кусочек провода диаметром 0,3 миллиметра надо припаять к сердечнику, а другой – к тонкой медной пластинке, которую нужно укрепить на торцовой части катушки и подвести под конец якоря реле.

Все концы проводов (их четыре) надо вывести к зажимам, укрепленным на дощечке. Можно ограничиться даже вбитыми маленькими гвоздиками, а дальнейшие соединения осуществлять скручиванием зачищенных концов и пайкой.

Теперь осталось отрегулировать реле. Батарейка от карманного фонаря будет источником тока. Присоедините один конец провода катушки к полюсу батарейки и касайтесь другого полюса вторым концом. Надо добиться, чтобы жестяной якорек реле, притягиваемый сердечником, касался при этом медного контакта.

При отключении батарейки якорь благодаря своей упругости должен отходить вверх.

Лампочка, присоединенная к другой батарейке через провода, идущие от контактов, при включениях и выключениях реле должна загораться или гаснуть.

Три новых реле должны иметь нормально разомкнутые контакты, а три – нормально замкнутые. Нормально замкнутые контакты сделайте, расположив неподвижный контакт не под якорем, а над ним.

Пульс-пару сделайте из одного реле с нормально замкнутыми и одного реле с нормально разомкнутыми контактами.

Одно из реле пульс-пары должно срабатывать с некоторым замедлением. Для этого нужно к сгибу якоря припаять еще одну узенькую жестяную полоску (ее подберите опытным путем). Тогда вследствие увеличения упругости места сгиба якоря реле будет срабатывать немного медленнее.

Чтобы пульс-пара во время своей работы включала и выключала еще одну электрическую цепь, к реле с нормально замкнутыми контактами приделайте под якорь еще один контакт. При размыкании одного контакта другой при этом будет замыкаться и включать нужную электрическую цепь.

Шаговый распределитель

Для дальнейшей вашей работы необходимо изготовить два шаговых распределителя. С их помощью вы сможете, пользуясь минимальным количеством проводов, управлять несколькими приборами или механизмами.

Сделайте простейшие шаговые распределители. Они не будут настолько совершенны, чтобы само-контролироваться, но с их помощью вы сможете проследить, как работают более сложные устройства.

Шаговый распределитель состоит из электромагнита, якоря с собачкой, храпового колеса, щетки и диска с контактами.

В книге С. Д. Клементьева «Телеавтоматика» (Учпедгиз, 1955 г.) достаточно подробно описано, как сделать электромагнит и храповик.

Мы позволим себе привести здесь выдержку из этой книги.

«Берут стальной болтик длиной около 35 миллиметров. На длине 30 миллиметров от головки болтик обвертывают жестью так, чтобы его диаметр получился не менее 8 миллиметров. Это будет сердечник электромагнита. На него наматывают два-три слоя бумаги. Под головку приклеивают круглую щеку диаметром в 20 миллиметров, а внизу – квадратную щеку со стороной 20 миллиметров. На получившийся каркас аккуратно наматывают около 800 витков изолированного провода диаметром 0,25—0,30 миллиметра.

Сердечник вставляют в отверстие ярма электромагнита. Ярмо можно согнуть из десяти сжатых в тисках и пропаянных по ребрам полосок отожженной жести.

Якорь также можно спаять из нескольких слоев жести. С одной стороны припаивают к нему стальную проволочную спираль-подшипник, а с другой – П-образную проволоку – ось собачки. Собачку сгибают из жести. К этому же концу якоря сверху припаивают свернутую из струны пружинку, которая будет прижимать собачку к храповому колесу. С ярмом якорь соединяется посредством П-образной проволоки, а чтобы он не двигался из стороны в сторону, по обе стороны его надевают по нескольку проволочных колец. К ярму и якорю припаивают концы спиральной пружинки. Эта пружинка после выключения тока из обмотки электромагнита возвращает якорь обратно, до упорного регулировочного винта.

Корпус нужно сделать из полоски латуни шириной 30 миллиметров. На нижней стенке корпуса просверливают отверстия для крепления электромагнита, а на верхней стенке – для регулировочного винта. Под отверстие для регулировочного винта припаивают гайку. Вторая гайка на регулировочном винте нужна для его закрепления.

Храповик делают так. Проводят циркулем на кусочке плотной бумаги окружность радиусом около 50 миллиметров и делят ее на 24 части, затем проводят радиусы и окружности будущего храповика: наружную– диаметром 19 миллиметров и внутреннюю – диаметром 17 миллиметров. Затем карандашом прочерчивают косые зубцы. Чертеж храповика аккуратно обрезают ножницами и наклеивают на ровный кусочек жести. Осторожно пропиливают зубцы маленьким напильником. В центре храповика нужно просверлить отверстие для оси.

Стойки подшипника оси храповика выгибают из жести и припаивают к ним медные проволочные спирали. В них будет вращаться ось храпового колеса.

После этого собирают в корпусе электромагнит с ярмом и якорем, припаивают одну из стоек с подшипником, надевают на ось храповое колесо и замечают его место: храповик должен оказаться как раз под серединой собачки якоря. Когда отмечено место, храповик припаивают к оси. Если храповик не „бьет“, можно припаять стойку со вторым подшипником».

Затем к оси храповика нужно припаять латунную пластинку, изогнутую таким образом, чтобы она пружинила, касаясь укрепленного перед ней вертикально диска, вырезанного из фанеры, с расположенными по окружности шестью латунными контактами.

Когда от пульс-пары, описанной выше, будет поступать электрический импульс в электромагнит, якорь будет притягиваться, собачка – нажимать на зуб храпового колеса и латунная щетка передвигаться по диску распределителя.

Если вы на храповике сделали 24 зуба, тогда щетка будет замыкать очередной контакт после четырех передвижений по фанерному диску.

В качестве датчика импульсов для передвижения щеток шагового распределителя можно использовать и ручную кнопку.

Включатели

На деревянной дощечке укрепите винтами на некотором расстоянии друг от друга две полоски жести с приделанными к концам деревянными ручками. Эти полоски должны легко поворачиваться вокруг винтов, которыми они прикреплены к дощечке. Около тех концов, где у полосок жести приделаны ручки, прикрепите винтами согнутые из жести неподвижные контакты включателей. Эти рубильники в схемах будут называться Руб 1, Руб 2 и т. д. Нужно так подогнать детали включателей, чтобы они легко замыкались и размыкались, обеспечивая надежный контакт.

Сигнальные лампочки

На этой же деревянной дощечке рядом с каждым включателем укрепите по одной электрической лампочке от карманного фонаря и подведите к ним кусочки изолированной проволоки со свободными концами для дальнейших соединений. Способ крепления лампочек показан на рисунке.

Модель телеуправления

Установите на некотором расстоянии друг от друга два маленьких электрических двигателя, работающих от карманной батарейки. На их оси наденьте велосипедные ниппельные резиновые трубочки. К ним должны прижиматься склеенные из фанеры диски диаметром около 25 сантиметров. В центре каждого диска укрепите контакт, который надо соединить с осью. К диску должна прижиматься контактная пластинка, укрепленная на подставке. При вращении фанерный диск должен периодически замыкать свои контакты. Эти контакты у обоих электрических двигателей будем называть в дальнейшем К1 и К2.

А теперь мы осуществим сначала так называемую многопроводную схему. Соедините проводами рубильник Руб 1, реле Р1, лампочку Л1 и контакт К1, а также Руб 2, Р2, Л2 и К2 с батареей. Контакты реле Р1 и Р2 нужно включить в цепь питания первого и второго двигателя.

Включите рубильник Руб 1, сработает реле Р1 и включит первый двигатель. Его маленький вал начнет вращаться, и контакт К1 будет периодически замыкать цепь лампочки Л1, и она будет мигать, сообщая, что двигатель работает. При включении Руб 2 второй двигатель начнет работать, сообщив об этом сигнальной лампочкой Л2.

Установку нужно смонтировать так, чтобы рубильники с лампочками были в одном месте, а двигатели и реле – на некотором расстоянии или даже в другой комнате.

Недостаток этой схемы – обилие проводов. А при большом количестве управляемых объектов может оказаться, что для управления сложными промышленными установками понадобятся сотни тысяч метров дорогостоящих проводов.

Это экономически невыгодно.

И вот возникает необходимость передавать на большие расстояния команду и получать ответ о ее выполнении или производить какие-либо измерения по малому числу проводов. Для этого применяется специальное устройство.

На рисунке изображена так называемая малопроводная схема (реле и их контакты на ней обозначены одинаково).

Выше мы уже познакомились с шаговыми распределителями. Надо иметь два таких распределителя: один на командном, другой на приемном пунктах. Приводятся они в движение с помощью описанной ранее пульс-пары или, если вы ее еще не сделали, с помощью кнопки. Нажимая на кнопку Кн, мы посылаем электрический импульс в электромагниты Э1 и Э2, которые передвигают щетки шаговых распределителей Ш1 и Ш2. Кнопка нажимается при передаче команды или когда вы хотите проверить, работают ли ваши механизмы. Кнопка снабжена пружинкой и при отнятии пальца должна размыкаться.

При передвижении рубильников Руб 1 и Руб 2 вправо срабатывают соответствующие реле на управляемых объектах. Их контакты замыкают цепи исполнительных реле Ир1 и Ир2, которые включают маленькие электродвигатели и замыкают цепи для питания исполнительных реле от отдельных батареек. Это нужно для того, чтобы реле не отпустили свои якоря раньше времени. Для остановки электродвигателей нужно обесточить исполнительные реле. Чтобы это произошло, поверните рубильники влево и переведите щетки шаговых распределителей на соответствующие контакты (нижние контакты шаговых распределителей). Сработают реле 1в и затем 2в. Они разомкнут свои нормально замкнутые контакты 1в и 2в.

Обращаем внимание на то, что надежность работы этих схем зависит от тщательности соединений.

На примере очень простых моделей мы познакомили вас с принципом передачи команд и проверкой их выполнения на расстоянии. В жизни это выглядит значительно сложнее, и работают установки с точными приборами контроля гораздо надежнее. Они обеспечивают возможность точной и быстрой проверки производственных процессов.

Вы можете сделать действующие модели и других устройств, проявив при этом свою смекалку.

* * *

На простых моделях и опытах с ними вы познакомились с некоторыми машинами и приборами, с принципами их работы. Конечно, это очень немногое из того, что вам еще предстоит узнать.

Но, если вы проделали все, что здесь описано, вы сможете кое-что придумать и сами, кое-что усовершенствовать, и это будут ваши первые шаги в изобретательстве.

Советуем все приборы, модели, которые вы сделаете, отнести в школу и хранить как пособия при изучении соответствующих разделов физики и для иллюстрирования докладов на занятиях технического кружка или на пионерских сборах.

А в заключение, как это часто бывает, когда после серьезного доклада или лекции показывают веселую кинокартину, давайте немного развлечемся. Вашему вниманию предлагается увлекательный театр объемных теней. Создать его нетрудно, а удовольствие он доставит и вам и всем, кому вы его покажете.