Рис. 16.2. Необходимые части для экспериментов с воздушной мышцей
Рис. 16.3. Трехпозиционный воздушный клапан для управления воздушной мышцей
Деталь 3 – переходник крышки бутылки с предохранительным клапаном (клапан открывается при давлении более 4,2 кгс). Переходник крышки бутылки позволяет использовать стандартные полиэтиленовые бутылки из-под газированной воды в качестве воздушных резервуаров. Предохранительный клапан автоматически стравливает избыточный воздух, когда давление превышает заданный предел.
Деталь 4 – полиэтиленовая бутылка из-под газированной воды, используемая в качестве воздушного резервуара. Пластиковая бутылка легко выдерживает давление 3,5 кгс. Я проверял подобные бутылки из-под газированной воды статическим давлением до 7 кгс. Предупреждение: Ни в коем случае не используйте в качестве воздушного резервуара стеклянные бутылки. Небольшая трещина в бутылке или ее случайное падение могут привести к взрыву бутылки, сопровождающемуся разлетом стеклянных осколков. Перекачка пластиковой бутылки может привести только к ее раздуванию.
Деталь 5 – переходник ножного насоса, а деталь 6 – собственно воздушный насос. Обычный ножной насос с манометром способен создать давление в бутылке до 7 кгс. Из-за малой емкости пластиковых бутылок давление в 3,5 кгс достигается в них после четырех «качков» ножного насоса. Воздушная мышца использует очень небольшое количество воздуха, поэтому в небольшой полиэтиленовой бутылке содержится достаточно воздуха для четырех или пяти полных циклов работы. Деталь 7 представляет собой нейлоновые кабельные стяжки, которые используются для быстрого привязывания воздушной мышцы к другим механическим деталям.
На рис. 16.4 показан общий вид всей системы в сборе. В некоторых случаях вам придется воспользоваться эпоксидным клеем для склейки некоторых деталей для предотвращения их «выскакивания» под давлением. Например, если вы собираетесь использовать трехпозиционный воздушный клапан для экспериментов с воздушной мышцей исключительно совместно с переходником крышки бутылки, то можете постоянно вклеить клапан в переходник.
Рис. 16.4. Общая схема соединения частей установки
Крепление воздушной мышцы к другим механизмам
Воздушная мышца изготовлена из мягкой внутренней трубки, заключенной в прочный пластиковый рукав. Конструкция скреплена металлическими зажимами с каждой стороны. Концы пластикового рукава согнуты в петлю, имеющую отверстие. Петля с отверстием обладает большой механической прочностью и может быть использована для соединения воздушной мышцы с другими механизмами. На рис. 16.5 изображен винт, вставленный в отверстие петли.
Рис. 16.5. Винт проходит через одну из петель воздушной мышцы
Использование переходника воздушного насоса
Приобретенный вами воздушный насос имеет стандартный носик (сопло), как показано на рис. 16.6. Нам будет необходимо заменить стандартный носик специальным переходником. Поднимите запирающий рычажок, как показано на рис. 16.7. Удалите стандартный носик (см. рис. 16.8) и вставьте воздушный переходник (см. рис. 16.9). Закройте запирающий рычажок, нажав на него вниз.
Рис. 16.6. Сопло ножного насоса
Рис. 16.7. Поднимите запирающий рычажок (над соплом ножного насоса)
Рис. 16.8. Удалите стандартное сопло-переходник
Рис. 16.9. Вставьте переходник в ножной насос
У вас Кока Кола или Пепси Кола?
Вам нужно будет достать пластиковую полиэтиленовую бутылку. Простейший способ – купить бутылку газированной воды. Убедитесь, что бутылка сделана именно из пластика. Не покупайте бутылку объемом более 1 литра. Идеальной является бутылка 0,5 литра. Я пробовал навинчивать переходник на бутылки разных емкостей вплоть до 2 литров, и он подошел ко всем.
Используйте содержимое бутылки, а затем вымойте бутылку теплой водой. Перед использованием бутылка должна быть совершенно сухой. Интересен тот факт, что если случайно уронить полную бутылку с газированной водой, то результирующее давление углекислого газа, высвобожденного из карбоната натрия, значительно превысит 3,5 кгс – предел, установленный нами для подобных бутылок. Компании по производству газированных напитков изготовляют полиэтиленовые бутылки с таким расчетом, чтобы они выдерживали быстрое повышение давления газа, возникающее при случайном падении бутылки. Я не осознавал этого факта до того, как начал работать с воздушными мышцами, и думаю, что так бы и не узнал. Помните, что в конструкции воздушных мышц нельзя использовать стеклянные бутылки.
Изготовление первого демонстрационного устройства
Первое демонстрационное устройство, которое мы собираемся сделать, очень просто по конструкции и может быть использовано для измерения степени сокращения воздушной мышцы (см. рис. 16.10). Основание представляет собой дощечку толщиной 25х 50х 275 мм. Я использовал подобный материал, поскольку его можно найти повсюду. С тем же успехом вы можете использовать металл или пластик. На каждом из концов я просверлил отверстие под винты 3 миллиметров длиной 45 мм. Винты вставлены в отверстие и закреплены с помощью двух 3 мм гаек, по одной с каждой стороны дощечки. Головка винта и часть резьбы выступают над дощечкой примерно на 20 мм.
Рис. 16.10. Первая демонстрационная модель
Перед установкой головку верхнего винта необходимо продеть в отверстие верхней петли воздушной мышцы. В отверстие нижней петли воздушной мышцы продевается отрезок резиновой ленты, который затем закрепляется на нижнем винте. В свободном состоянии мышцы резиновая лента должна ее растягивать.
Произведите необходимые соединения деталей, как это показано на рис. 16.4. В некоторых случаях у меня возникали трудности при надевании трубки диаметром 4 мм на патрубки. Здесь существует несколько хитростей. Во-первых, если трубка не хочет надеваться на переходник, то можно поместить ее под струю горячей воды из водопроводного крана. Это размягчит пластик и позволит выполнить операцию. Можно также воспользоваться отрезком прозрачной пластиковой медицинской трубки. Пластиковая трубка достаточно плотно надевается на патрубки переходников (см. рис. 16.11). С другой стороны, она является достаточно растяжимой, чтобы в нее можно было вставить трубку диаметром 4 мм (см. рис. 16.12). Отрезок мягкой трубки выполняет роль переходника и легко может быть расцеплен при смене устройств, использующих воздушные мышцы.
Рис. 16.11. Использование прозрачной медицинской трубки со стандартными переходниками
Рис. 16.12. Соединение прозрачной трубки и трубки 4 мм
Чтобы устройство заработало, сперва создайте избыточное давление с помощью ножного насоса. Чтобы поднять давление до 3,5 кгс, достаточно четырех нажатий. Время работы с насосом зависит от емкости используемой полиэтиленовой бутылки.
Откройте трехпозиционный клапан для заполнения мышцы воздухом. Мышца немедленно сократится. Вы можете определить отношение сокращения мышцы в зависимости от величины подаваемого избыточного давления. Вы сможете совершить четыре или пять полных циклов сокращения – расслабления мышцы, прежде чем вам снова потребуется наполнить бутылку воздухом. Действительно, мышца при работе потребляет очень небольшое количество воздуха.
Обратите внимание, что воздушная мышца остается в сокращенном состоянии до тех пор, пока кран воздушного клапана не повернут для выпуска воздуха. Для поддержания мышцы в сокращенном состоянии не требуется энергия. В противоположность этому для обеспечения втягивания или вытягивания соленоида и позиционирования сервомотора они должны постоянно снабжаться электрической энергией.
Если мышца не сокращается, то она, возможно, не была достаточно растянута в исходном состоянии. Помните, что нормальная работа воздушной мышцы обеспечивается только при ее предварительном растяжении.
Изготовление второго демонстрационного устройства
Вторая модель представляет собой рычаг (см. рис. 16.13 и 16.14). Я изготовил модель рычага из дерева и пластика. Воздушная мышца и резиновая лента прикреплены к рычагу с помощью винтов. В точке опоры рычаг закреплен на деревянном штифте. На втором деревянном штифте крепятся воздушная мышца и резиновая лента. Устройство работает при помощи трехпозиционного клапана, о чем я уже рассказывал выше. При подаче воздуха рычаг поднимается вверх.
Рис. 16.13. Вторая демонстрационная модель «рычаг»
Рис. 16.14. Вторая демонстрационная модель «рычаг»
IBM интерфейс
Управление с помощью компьютера очень просто. Компьютер управляет электрическим трехпозиционным клапаном. Недорогие трехпозиционные, управляемые с помощью электрического соленоида воздушные клапаны имеются в продаже (см. рис. 16.15). Воздушный клапан управляется постоянным напряжением 5 В и рассчитан на давление до 6,3 кгс. Воздушный клапан имеет легко присоединяемые и разъединяемые воздушные «разъемы». Трубка диаметром 4 мм легко входит в отверстие клапана и там надежно фиксируется. Для отсоединения трубки необходимо нажать пальцами на кольцо вокруг отверстия клапана, а затем вынуть трубку диаметром 4 мм.
