Саморобний верстат для різання пінопласту
- конструкція верстата
- Вибір ніхромового дроту
- Розрахунок параметрів джерела електроживлення для нагріву дроту
- Електричні схеми джерела електроживлення
- Схема з використанням ЛАТР
- Що таке ЛАТР і як він улаштований
- Схема з використанням ЛАТР і понижувального трансформатора
- Схема з використанням понижуючого трансформатора з відводами вторинної обмотки
- Схема з використанням понижуючого трансформатора і струмообмежувального конденсатора
- Схема з використанням понижуючого трансформатора і тиристорного регулятора потужності
- Схема з використанням будь-яких електроприладів
Тепло і звукоізоляційні будівельні матеріали на ринку представлені в широкому асортименті, це спінений поліетилен, мінеральна і базальтова вата і багато інших. Але найпоширенішим для утеплення та звукоізоляції є екструдований пінополістирол і пінопласт, завдяки високим фізико-хімічними властивостями, простоті монтажу, малій вазі і низької вартості. Пінопласт має низький коефіцієнт теплопровідності, високий коефіцієнт звукопоглинання, стійкий до впливу води, слабких кислот, лугів. Пінопласт стійкий до впливу температури навколишнього середовища, від мінімально можливої до 90 ˚. Навіть через десятки років пінопласт не змінює своїх фізико-хімічних властивостей. Пінопласт також володіє достатньою механічною міцністю.
Пінопласт має ще дуже важливими властивостями, це пожежостійкість (при впливі вогню Пінопласт не тліє як деревина), екологічна чистота (так як пінопласт зроблений з стиролу, то в тарі з нього можна зберігати навіть харчові продукти). На пінопласт не виникають грибки і осередки бактерій. Практично ідеальний матеріал для утеплення та звукоізоляції при будівництві та ремонті будинків, квартир, гаражів, і навіть упаковки для зберігання продуктів харчування.
У магазинах будівельних матеріалів пінопласт продається у вигляді пластин різної товщини і розмірів. При ремонті часто потрібні листи пінопласту різної товщини. При наявності електричного різака пінопласту завжди можна нарізати з товстої пластини листи потрібної товщини. Верстат також дозволяє фігурну пенопластовую упаковку від побутової техніки перетворити в пластини, як на фотографії вище, і успішно розрізати товсті листи поролону для ремонту меблів.
Як легко ріжеться пінопласт на саморобному верстаті, наочно демонструє відео ролик.
При бажанні зробити різак для пінопласту і поролону багатьох зупиняє складність з організацією подачі напруги живлення для розігріву нихромовой струни до потрібної температури. Це перешкода можна перебороти, якщо розібратися в фізиці питання.
конструкція верстата
Підставою пристосування для різання пінопласту послужив лист ДСП (деревно-стружкової плити). Розмір плити потрібно брати виходячи з ширини пластин пінопласту, які планується розрізати. Я використовував дверку від меблів розміром 40 × 60 см. При такому розмірі підстави можна буде розрізати пластини пінопласту завтовшки до 50 см. Підстава можна зробити з листа фанери, широкої дошки, закріпити струну різання безпосередньо на робочому столі або верстаті.
Натягувати нихромовую струну між двома цвяхами межа ліні домашнього майстра, тому я реалізував найпростішу конструкцію, що забезпечує надійну фіксацію і плавне регулювання висоти розташування струни в процесі різання над поверхнею підстави верстата.
Кріпляться кінці ніхромового дроту за пружини, одягнені на гвинти М4. Самі гвинти закручені в металеві стійки, запресовані в основу верстата. При товщині підстави 18 мм, я підібрав металеву стійку довжиною 28 мм, з розрахунку, щоб при повному укрученні гвинт не виходив за межі нижньої сторони підстави, а при максимально викручені стані забезпечував товщину нарізки пінопласту 50 мм. Якщо буде потрібно нарізати листи пінопласту або поролону більшої товщини, то досить буде замінити гвинти довшими.
Щоб запресувати стійку в основу, спочатку в ньому просверливается отвір, діаметром на 0,5 мм менше, ніж зовнішній діаметр стійки. Для того, щоб стійки легко можна було забити молотком в основу, гострі кромки з торців були зняті на наждачним колонці.
Перш, ніж закручувати в стійку гвинт, у його головки була проточили канавка, щоб нихромовая дріт при регулюванні не могла довільно переміщатися, а займала необхідне положення.
Щоб проточити в гвинті канавку, спочатку його різьблення потрібно захистити від деформації, надівши пластикову трубку або обернути щільним папером. Потім затиснути в патроні дриля, включити дриль і докласти вузький надфіль. Через хвилину канавка буде готова.
Для виключення провисання ніхромового дроту через подовження при нагріванні, вона закріплена до гвинтів через пружини.
Підходящої виявилася пружина від комп'ютерного монітора, що використовується для натягу заземлюючих провідників на кінескопі. Пружина була довшою, ніж було потрібно, довелося зробити з неї дві, для кожної сторони кріплення дроту.
Після підготовки всіх кріпильних деталей можна закріплювати ніхромовий дріт. Так як струм при роботі споживається значний, близько 10 А, то для надійного контакту струмопідвідного дроти з ніхромового дротом я застосував спосіб кріплення скруткой з обтисненням. Товщину мідного дроту при струмі 10 А необхідно брати перерізом не менше 1,45 мм2. вибрати перетин дроти для підключення ніхромового дроту можна з таблиці. У моєму розпорядженні був провід перетином близько 1 мм 2. Тому довелося кожен з проводів зробити з двох перетином 1 мм2, з'єднаних паралельно.
після зняття ізоляції з кінців проводів на довжину близько 20 мм, мідні провідники навиваются на струну нихромовой зволікання в місці її кріплення до пружини. Потім, утримуючи нихромовую зволікання за петлю плоскогубцями, зроблена обвивка мідного дроту овівается вільним кінцем нихромовой в протилежну сторону.
Такий спосіб з'єднання струмопідвідного мідного дроту з ніхромовим проводом забезпечить більшу площу їх контакту і виключить сильне нагрівання в місці з'єднання при роботі верстата для різання пінопласту. Це підтвердила практика, після тривалої різання пінопласту, поліхлорвінілова оболонка струмопідвідного дроту не оплавилася, мідний дріт в зоні з'єднання не змінив свого кольору.
Для можливості регулювання товщини різки пінопласту на пристосуванні, відведення токоподводящих провідників зроблений з петлею. Щоб дроту не заважали при роботі, вони пропущені через отвори в підставі і закріплені на зворотному його боці дужками. По кутах підстави прибиті такі ж дужки в якості ніжок.
Струмопровідні дроти різака, щоб не заплутувалися, свити між собою. На кінцях проводів для підключення до джерела живлення, запаяні накидні клеми.
Вибір ніхромового дроту
Ніхромовий дріт за зовнішнім виглядом мало чим відрізняється від сталевого дроту, але зроблена вона зі сплаву хрому і нікелю. Найбільш поширена дріт марки Х20Н80, що містить 20% хрому і 80% нікелю. Однак на відміну від сталевого або мідного дроту, нихромовая дріт має більший питомий опір і витримує, зберігаючи, високу механічну міцність температуру нагрівання до 1200˚С. Ніхромовий дріт випускається діаметром від 0,1 мм до 10 мм.
Ніхромовий дріт широко використовується в якості нагрівальних елементів в побутових і промислових виробах, таких як електричний фен, праска, електроплитка, променеві обігрівачі, паяльники, водонагрівачі і навіть в електрочайника. І це далеко не повний перелік. Так звані нагрівачі типу ТЕН теж виготовлені з ніхромового дроту, тільки спіраль розміщена в металевій трубці, що заповнена для ізоляції і передачі тепла від спіралі до стінок трубки, кварцовим піском. Навів перелік приладів не випадково, просто з вийшов з ладу нагрівального елементу можна взяти ніхромовий дріт для виготовлення верстата, звичайно, якщо вона не встигла перегоріти від довгої роботи.
Різка пінопласту на верстаті полягає в розплавленні його по лінії проходу, розігрітій ніхромового дроту. Температура плавлення пінопласту становить близько 270˚С. Щоб пінопласт плавився при зіткненні з дротом, температура її повинна побут в кілька разів більше, так як тепло буде витрачатися не тільки на плавлення, а й за рахунок теплопровідності поглинатися самим пінопластом, знижуючи температуру дроту. Кількість поглинається пінопластом тепла буде прямо залежати від його щільності. Чим щільніше пінопласт, тим більше буде потрібно теплової енергії.
З вище сказаного випливає, що в залежності від щільності пінопласту для його різання необхідно вибирати дріт відповідного діаметру, щоб нихромовая дріт не розплавилася від виділяється на ній тепла. Чим вище щільність пінопласту, тим більшого діаметру повинна бути нихромовая дріт. Варто зауважити, що різаком, на якому встановлена дріт для різання щільного пінопласту з успіхом буде різатися і нещільний, тільки просувати його треба буде швидше.
Довжина ніхромового дроту для різака вибирається виходячи з розмірів пластин пінопласту, призначеного для різання, і від щільності пінопласту не залежить.
В результаті підведених експериментів, було визначено, що для ефективної різання пінопласту потужність, яку необхідно подавати на одиницю довжини дроту повинна бути в межах 1,5-2,5 Вт на сантиметр довжини дроту, для такого режим роботи найкраще підходить нихромовая дріт діаметром 0 , 5-0,8 мм. Вона дозволяє виділити достатню кількість тепла для швидкого різання пінопласту будь-якої щільності, зберігаючи при цьому свою механічну міцність. Тому для виготовлення верстата для різання пінопласту була використана нихромовая дріт діаметром 0,8 мм.
Розрахунок параметрів джерела електроживлення
для нагріву дроту
Треба відзначити, що для розігріву ніхромового дроту верстата для різання пінопласту підійде джерело електроживлення як змінного струму, так і постійного.
З урахуванням того, що на сантиметрі довжини дроту потрібно виділяти потужність не більше 2,5 вата і довжині дроту 50 см, можна розрахувати потужність джерела електроживлення. Для цього потрібно помножити величину виділеної потужності на довжину дроту. В результаті виходить, що для розігріву дроту верстата для різання пінопласт знадобиться джерело електроживлення потужність 125 Вт.
Тепер необхідно визначити величину напруги джерела електроживлення. Для цього потрібно знати опір ніхромового дроту верстата для різання пінопласту.
Опір дроту можна розрахувати по питомому опору (опору одного метра дроту). Питомий опір дроту з ніхрому марки Х20Н80 приведено в таблиці. Для інших марок ніхрому значення відрізняються незначно.
Як видно з таблиці, для дроту діаметром 0,8 мм питомий опір становить 2,2 Ом, отже, нихромовая дріт довжиною 50 см, яка була обрана для верстата різання пінопласту, буде мати опір 1,1 Ом. Якщо вибрати дріт діаметром 0,5 мм, то опір відрізка дроту довжиною 50 см складе 2,8 Ом.
Скориставшись перетвореними формулами законів Ома і Джоуля - Ленца , Отримаємо формулу для розрахунку величини напруги живлення для верстата різання пінопласту. Величина напруги живлення буде дорівнює кореню з добутку величини споживаної потужності і опору дроту. В результаті обчислень виходить, що необхідне джерело живлення напругою 11,7 В. При цьому струм споживання від джерела складе 11,7 А. Для того, щоб знайти величину струму, потрібно споживану потужність розділити на величину напруги. Поділивши 125 Вт на 11,7 В отримаємо струм 11,7 А.
В результаті розрахунків визначено, що для нагрівання ніхромового дроту необхідне джерело живлення змінного або постійного струму, що видає напругу 11,7 В, і забезпечує струм навантаження 12 А.
При зменшенні або збільшенні довжини дроту, напруга джерела живлення необхідно буде пропорційно зменшити або збільшити відповідно. При цьому величина струму не зміниться.
Виконаний розрахунок є оціночним, оскільки не враховано перехідний опір в точках з'єднання проводів і опір токоподводящих провідників. Тому оптимальний режим нагріву дроту в кінцевому підсумку доводиться встановлювати безпосередньо при різанні пінопласту на пристосуванні.
Електричні схеми джерела електроживлення
Подати напругу живлення на нихромовую нитка верстата для різання пінопласту можна за допомогою декількох схем.
Схема з використанням ЛАТР
Найбільш простим варіантом джерела електроживлення верстата для різання пінопласту є автотрансформатор з можливістю плавного регулювання вихідної напруги. Але ця схема має істотний недолік, не має гальванічної розв'язки з мережею живлення, так як вихід ЛАТРа безпосередньо з'єднаний з електромережею. Тому при використанні ЛАТРа необхідно його підключати таким чином, щоб загальний провід був підключений до нульового проводу мережі живлення.
Електрична схема підключення нихромовой спіралі до ЛАТР.
Що таке ЛАТР і як він улаштований
Промисловістю випускаються лабораторні автотрансформатори, які прийнято називати ЛАТР (лабораторний автотрансформатор регульований). Вони підключаються безпосередньо до побутової електромережі 220 В і в залежності від типу ЛАТР розраховані на різний струм навантаження.
ЛАТР є тороїдальний трансформатор з однієї первинної обмоткою, по витків якої при обертанні розташованої зверху ручки, переміщається графітове коліщатко, що дозволяє знімати напругу з будь-якої ділянки обмотки. Таким способом на виході ЛАТРа можна змінювати напругу від 0 до 240 В.
Провід до ЛАТР під'єднуються за допомогою клемної колодки, на якій намальована його електрична схема і нанесені написи «Мережа» і «Навантаження». До клем «Мережа» приєднується шнур з виделкою , Для підключення до побутової мережі. До клем «Навантаження» підключається виріб, який потрібно живити живлення, відмінними від побутової електромережі.
Увага! Один з мережевих дротів, нижні клеми на фото, з'єднаний безпосередньо з одним з проводів навантаження. Таким чином, якщо на нижній висновок потрапить фаза, то дотик до цього ланцюга буде небезпечним для людини.
Тому, в разі використання ЛАТРа для нагріву ніхромового дроту верстата різання пінопласту без розв'язує трансформатора, необхідно обов'язково індикатором фази перевірити відсутність фази на загальному проводі. Якщо на ньому фаза, вийняти живильну ЛАТР вилку з розетки і, розгорнувши її на 180 градусів, знову вставити. Повторно перевірити нижній провід на предмет наявності фази.
Зазвичай на корпусі ЛАТРа є етикетка, на якій наводяться дані по його здатності навантаження. На ЛАТР, який зображений на фотографії, етикетка встановлена безпосередньо на регулювальної ручки.
З етикетки слід, що це ЛАТР типу блищати, вихідна напруга можна регулювати в діапазоні від 5 до 240 вольт, максимальний струм навантаження становить 2 А.
Якщо розрахунковий струм не перевищує 8 А, то цілком можна живити ніхромовий дріт через ЛАТР типу РНО 250-2.
Цей ЛАТР дозволяє підключати навантаження з струмом споживання до 8 А, але з огляду на короткочасність роботи пристосування для різання пінопласту, цілком витримає струм навантаження і 10 А.
Перед використанням ЛАТРа в якості джерела живлення, необхідно перевірити його працездатність. Для цього потрібно підключити до клем «Мережа» ЛАТРа мережевий шнур, а до клем «Навантаження» мультиметр або стрілочний тестер, включений в режим вимірювання змінної напруги , На межу не менше 250 В. Встановити ручку регулювання напруги ЛАТРа в положення мінімальної напруги. Вставити вилку в розетку.
Повільно повертаючи ручку ЛАТРа за годинниковою стрілкою переконатися, що вихідна напруга збільшується. Повернути ручку ЛАТРа в нульове положення. Вийняти штекер і підключити дроти, що йдуть від нихромовой нитки до клем «Навантаження». Вставити вилку в розетку і індикатором фази перевірити відсутність фази на нихромовой дроті. Розібравшись з фазою, можна, повільно повертаючи ручку ЛАТРа подати напругу на ніхромовий дріт. При цьому потрібно врахувати, що дріт нагрівається поступово, протягом декількох секунд.
Увага! Категорично забороняється торкатися до дроту рукою для перевірки ступеня її нагрівання, коли на неї подано напругу живлення! Температура дроту дуже висока і можна отримати опік!
Коли дріт нагріється до трохи помітного світіння, можна приступати до різання пінопласту на верстаті.
Схема з використанням ЛАТР і понижувального трансформатора
Якщо величина струму, споживаного ніхромового дроту буде більше, ніж може забезпечити ЛАТР, то доведеться додатково після нього включити понижуючий трансформатор по, нижче наведеної електричній схемі.
Як бачите, На Відміну Від попередньої схеми, до виходів ЛАТРа підключена мережева обмотка силового трансформатора, нихромовая спіраль прієднана до вторинної вихідний обмотці трансформатора. У Цій схемі, Завдяк розв'язує поніжувального трансформатора, нихромовая спіраль гальванічне не пов'язана з електричних мереж и тому БЕЗПЕЧНА для ЕКСПЛУАТАЦІЇ. На додаток з'явилася можливість більш плавного регулювання вихідної напруги і отже більш точної установки температури різання пінопласту на верстаті.
Потужність трансформатора і напруга на його вторинній обмотці береться на підставі розрахунків, виконаних по вище наведеною методикою. Наприклад, для запропонованої конструкції верстата для різання пінопласту, при діаметрі ніхромового дроту 0,8 мм і довжині 50 см, джерелом електроживлення послужив ЛАТР з вихідним струмом 2 А з включеним після нього знижувальним трансформатором потужністю 150 Вт з напругою на вторинній обмотці 12 В.
Схема з використанням понижуючого трансформатора з відводами вторинної обмотки
Для електроживлення нихромовой спіралі різака для пінопласту можна застосувати трансформатор з відводами у вторинній обмотці. Це самий простий, надійний і безпечний варіант, особливо якщо верстат для різання пінопласту буде використовуватися регулярно. Адже при різанні пінопласту на пристосуванні регулювати температуру нагрівання ніхромового дроту не потрібно. Температура підбирається один раз при налаштуванні верстата. Тому підібравши потрібну напругу, дроти від висновків ніхромового дроту припаиваются до висновків вторинної обмотки трансформатора назавжди.
Не дивлячись на простоту і надійність цієї схеми, стандартних готових трансформаторів з відводами, та ще й на потрібне напруження немає. Доведеться знайти потрібний трансформатор по напрузі і струму на вторинній обмотці і відмотати зайві витки. Можна розібрати трансформатор і відмотавши частина вторинної обмотки, намотати її заново, але вже з відводами. Але ця робота вимагає знань і досвіду.
Схема з використанням понижуючого трансформатора і струмообмежувального конденсатора
Встановити стабільний вихідний струм з вторинної обмотки трансформатора можна за допомогою звичайних конденсаторів, включених в первинну обмотку трансформатора.
Конденсатор повинен бути розрахований на напругу не менше 300 В і мати ємність, в залежності від типу трансформатора і струму споживання нихромовой спіраллю, близько 50 мкФ. На такому принципі стабілізації струму на вторинній обмотці мною розроблена Схема зарядного пристрою для автомобільних акумуляторів . Трансформатор повинен бути відповідної потужності і мати 10% запас по напрузі.
Схема з використанням понижуючого трансформатора і тиристорного регулятора потужності
Ще одна, дещо незвичайна схема регулятора температури нагріву ніхромового дроту, за допомогою тиристора. Вона подібна до регулюванню за допомогою ЛАТР з трансформатором, але малогабаритна. Класична схема тиристорного регулятора для цієї схеми не підходить, так як спотворює форму синусоїдального струму.
Тому необхідна спеціальна схема тиристорного регулятора, що видає на виході синусоїдальний сигнал і розрахована на роботу з індуктивним навантаженням.
Можливо включення тиристорного регулятора так само після вторинної обмотки трансформатора. В даному випадку при виборі схеми регулятора слід врахувати, що він повинен бути розрахований на струм, який необхідний для розігріву ніхромового дроту.
Схема з використанням будь-яких електроприладів
Якщо жодна з вище наведених електричних схем розігріву ніхромового дроту для пристосування різання пінопласту не може бути реалізована, то пропоную нестандартну схему її розігріву.
При підключенні будь-якого електроприладу, він споживає з електромережі струм. Величина струму безпосередньо залежить від потужності електроприладу. Чим більше потужність, тим більше буде текти по проводах струм. Опір шматка ніхромового дроту верстата для різання пінопласту трохи більше опору мідних проводів і, отже, включення станка в розрив одного з проводів електроприладу на роботі його не позначиться, а нихромовая дріт буде нагріватися. Цим і можна скористатися.
При використанні підключення верстата для різання пінопласту за цією схемою, обов'язково потрібно простежити, щоб нихромовой провід не був підключений безпосередньо до фазного проводу електромережі. Фізично підключення найкраще виконати за допомогою перехідника, на зразок того, який описаний для вимірювання сили струму споживання.
Підходять для роботи в схемі електроприлади безперервної дії, наприклад обігрівач, пилосос. Оцінити, який струм споживають електроприлади можна по таблиці на сторінці сайту «Вибір перетину дроту кабелю для електропроводки» .
Якщо не відомі електричні параметри ніхромового дроту, то потрібно спочатку спробувати підключити малопотужний електроприлад, наприклад електричну лампочку 200 Вт (потече струм близько 1 А), далі обігрівач на 1 кВт (4,5 А), і так збільшувати потужність підключаються приладів, поки нихромовая дріт різака не нагріється до потрібної температури. Електроприлади можна підключати і паралельно.
До недоліків останньої схеми підключення нихромовой спіралі слід віднести необхідність визначення фази для правильного підключення і низький ККД (коефіцієнт корисної дії), кіловати електроенергії будуть витрачатися марно.