Здравствуйте уважаемые читатели.

В этой статье хочу поделиться с вами информацией об интересном, на мой взгляд, отечественном ретрокомпьютере МК88. Рассказать и показать его подключение и включение, а также описать проблему, с которой мне пока не удалось справиться. Обратная связь важна, может, и получится совместно отгадать загадку загрузки.

Под катом детальные фото компьютера, его периферии, фото и видео включения.

Добро пожаловать!

Итак, по порядку.

Информация относительно персонального компьютера МК88, а также софт, есть на двух ресурсах: тут и тут.

Печатная информация «того» времени выглядела так:

Технические характеристики МК88 следующие:

• Процессор: 16-ти разрядный КР1810ВМ88.

• Размер ОЗУ: — 256 Кб.

• Внешняя память: — накопитель на гибком магнитном диске объемом 360К, либо бытовой магнитофон.

В качестве устройства вывода, можно использовать видеомонитор, либо бытовой телевизор (как в нашем случае).

А теперь к конкретике исполнения нашего экземпляра.

Шильдик с упаковочной коробки выглядит так:

❯ Системный блок

Сам компьютер в настольном исполнении выглядит следующим образом.

Лицевая сторона:

Мы видим полноразмерную, герконовую клавиатуру (звук геркона я определил на слух), и кнопку сброса в правом верхнем углу.

Тыльная сторона:

Тыльная сторона может представлять интерес с точки зрения наименования, даты производства и серийного номера. Не знаю, сколько экземпляров персональных компьютеров выпустил завод, но этот имеет номер 429, то есть, скорее всего, произведён в начале славного пути. Дополнительно отмечу, что остальные составляющие: блок питания имеет серийный номер 335, дисковод НГМД — 337, тоже выпущены в начале «линейки».

Конкретная ревизия для меня загадка. Исходя из предпосылок: объём ОЗУ — 256 Кб, наличия комплектного дисковода и присутствия монитора (информация о нём есть на наклейке коробки, но сам монитор мне не достался) — это МК88.03. Если присмотреться на фото, можно увидеть, как «01» исправлено на «03».

Задняя сторона системного блока имеет следующий вид:

Слева — направо разъемы:

1. Питание;
2. Магнитофон (накопитель на магнитной ленте);
3. Манипулятор;
4. ПУ (внешние периферийные устройства);
5. НГМД (накопитель на гибких магнитных дисках, дисковод);
6. Разъем системной шины;
7. и 8. Разъемы для подключения телевизора, видеомонитора.

К сожалению или к счастью, корпус на заводских пломбах, заглянуть внутрь возможности нет. Минус в том, что имеющийся объём оперативной памяти составляет всего 256 Кб, возможность нарастить до вожделенных 640 Кб ограничивается этими самыми пломбами. Ну а плюс состоит в том, что компьютер попал ко мне в состоянии, весьма близком к новому. Фактически он новый — «капсула времени», прямо в полиэтилене, да ещё и из первой половины первой тысячи выпущенных экземпляров. Поэтому пломбы оставляем, до поры до времени.

❯ НГМД

Далее внешний накопитель. Выглядит он так:

Так как пломбы отсутствуют, то мы просто обязаны заглянуть внутрь:

Мы видим отечественный дисковод «Электроника МС 5311». Это 80-ти дорожечный, весьма распространенный дисковод прошедшего времени.

Немного детальных фото. Заботливо завязанный узелок:

Почему акцент на этом узле? Помнится, в бытность компьютеров ZX Spectrum от частого использования прорезь, в которую помещается ролик, была весьма изношена от частого использования задвижки. Представляете, металл срабатывался от интенсивности использования. Так упоенно играли в игры в детстве. Поэтому до сих пор я обращаю на это внимание.

❯ Блок питания

Прежде чем включать компьютер в сеть, я размышлял: правильно ли будет включать его после столь продолжительного времени, не проведя ревизии блока питания, ведь компьютеру 34 года.

Крутил блок питания и так и этак, пытаясь понять, как же он разбирается. Подсовывал пластиковую карточку, пытаясь расщёлкнуть корпус, — никак. В конечном итоге понял, что дело в защёлках под пломбами. Вот как они выглядят в оригинальном состоянии на блоке питания.

Потом пришло в голову, что на внешнем боксе НГМД пломб нет.

Пломбы в снятом состоянии на корпусе дисковода:

Я начал разбирать не с того устройства. Разобрав корпус накопителя, успокоился и понял, что блок питания разбирать не буду, ну не хочу я нарушать пломбы. Но, не проверив характеристики блока питания, включать ретротехнику категорически возбраняется. Что делать? Решил, в качестве ревизии, ограничиться включением блока питания отдельно, продолжительным измерением напряжения 5 В и 12 В под нагрузкой, и потом уже подключать компьютер.

❯ Включение

Процедуру распаковки и первоначального включения я решил записать на видео, посмотрите:

Вместо монитора я решил использовать черно-белый телевизор «Сапфир».

Включение-включением, а что же дальше? Чтобы компьютер совсем «ожил», нужно загружать операционную систему. И тут успех меня покинул. Согласно скудно найденной информации, основная, требуемая операционная система — «Альфа-ДОС».

На просторах интернета мне удалось найти несколько образов дискет:

Предварительно отформатировав дискету на 40 дорожек объёмом 360 Кб, эти и ряд других образов я успешно записал на дискету соответствующими программами Teledisk и Rawrite.

Первоначальная процедура включения и приглашения к загрузке отражена на видео выше.
Сам экран выглядит так:

Тут дело совсем встало. Компьютер напрочь отказался загружаться с подготовленных исправных дискет, выдавая разные ошибки. Вот они:

Вопрос неправильности записи дискеты можно сразу откинуть в сторону, потому что с этой самой дискеты вполне успешно грузится другой XT-совместимый компьютер. Значит, и дискета и информация на нее записаны корректно.

В содержимом дискеты можно видеть системные файлы от ЕС1840:

Остается усомниться в исправности дисковода. Чтобы исключить сомнения, я отключил штатный дисковод, а вместо него подключил заведомо исправный. Вот это гибридное соединение:

И даже при таком подключении компьютер отказался загружаться с теми же ошибками.

Вот как выглядит неудачная попытка загрузки

В итоге у меня закончились варианты, что еще можно предпринять. Загружаться с магнитофона? Тогда вопрос — где взять файлы в формате магнитной ленты? Их у меня нет. Но вообще, если есть штатная возможность загрузки с дискового накопителя, она должна быть реализована, ну правда же?

Друзья, если кто-то сталкивался с подобным поведением МК88, прошу поделиться информацией и советом, что можно предпринять.

Напоследок — несколько листочков внушительной документации, описывающей базовое программное обеспечение МК88. Своеобразный информационный пульс прошедшего времени. Объём — 222 страницы формата А4. Оглавление даёт представление об имеющемся содержании.

На этом пока всё, что я могу сказать о МК88. Если получится загрузиться, будет любопытно запустить софт и игры, сравнить с «Поиском», ведь эти компьютеры оба XT-совместимые.

Благодарю за внимание!

Автор текста: MechNIX

Написано при поддержке Timeweb Cloud ↩

Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре.

📚 Вам может быть интересно:

• Строительство Саркофага. Часть 1. Бетон, гранит и 1000 Р/ч: рождение «Укрытия»

• Lindows OS — фейковая ось с гениальным названием

• Как один транзистор превратился в миллиарды и изменил вычисления

В прошлой статье я осветил тему изготовления мотора и трансмиссии для самодельного ретроавтомобиля в масштабе 1:5 и остановился на колесах. Это неспроста, колёса — это важный элемент, который задавал тон всей комнате размеры всего автомобиля. Именно от них зависел масштаб, так как я не мог сделать покрышки сам, а значит, размеры авто будут определяться тем, что сумею добыть. Разумеется, я не хотел покупать ничего дорогостоящего. Так как судьбы моих проектов всегда туманны, то чем меньше вложений — тем лучше. Вдруг вообще ничего не удастся? Такое не раз бывало. Поэтому я глядел по сторонам в надежде найти подходящего донора. Им могла стать брошенная тележка из супермаркета или, что было более вероятно, детская коляска. Так и произошло — я проходил стажировку в Риме и, проезжая через пустырь, из окна автобуса я заметил коляску. Скажу, наверное, прописную истину, но Рим — очень грязный город.

Теперь, зная параметры резины и имея на руках некоторые чертежи ГАЗ М-1, я мог просчитать размеры рамы и элементов кузова. Тут наблюдательный читатель может заметить, что задний мост, про который я рассказывал в предыдущей статье, можно было рассчитать, только зная все остальные размеры. И он будет прав — хронологически я делал его после нахождения колес, но тематически его было удобнее описать вместе с остальной трансмиссией.

❯ Изготовление колёс

Правда, раз уж я начал про колёса, то рама машины пока подождёт. К тому же, вроде бы я сделал колеса раньше рамы. Есть у меня такая дурацкая особенность — делать в первую очередь то, что интересно. Так вот, колёса я всегда хотел сделать с деревянными спицами и ободами. Это анахронизм для «Эмки», на тот момент уже использовались штампованные диски, но я делаю не точную копию, а машину «по мотивам». Мне Рабинович в трубку напел, да. Поэтому я могу позволить себе некоторую свободу.

Для изготовления колёс были закуплены сосновые рейки и брус. Из реек прямоугольного сечения я планировал вытачивать обода, а брус шел на спицы. Как из плоских реек сделать круглый обод? Теоретически, можно их гнуть, но это хлопотно и у меня нет опыта, поэтому я выбрал другой путь. Я нарезал рейки на куски и при помощи 3D-печатной оправки склеил из них шестигранник из трёх слоев внахлёст. Такая склейка гарантировала прочность при дальнейшей обработке на токарном станке.

После застывания клея, я слегка подпилил углы, так как заготовки не могли вращаться в токарном, хотя и зажимались. И началась довольно пыльная работа по обточке ободов, по окончании которой получились весьма симпатичные колечки.

Брусья тоже были нарезаны на короткие кусочки так, чтобы с одного торца образовался клин в 60 градусов (6 спиц). Этими клиньями они должны сходиться в центре колеса. Кстати, это была не совсем тривиальная задача, так как зажать эти мелкие заготовки в нашу цеховую пилу было просто так нельзя, и я напечатал для этого специальную оправку.

Ещё одна оправка понадобилась для придания спицам круглой формы. Это я уже делал дома на своем маленьком токарном станке.

Затем шла склейка спиц. Чтобы сделать это правильно, я опять задействовал 3D-принтер и напечатал приспособу. После склейки я немного обточил торцы спиц на токарнике, чтобы, во-первых, попасть в размер, а во-вторых, чтобы эти концы имели округлую форму и входили в обод.

Теперь обе части колеса можно было склеить между собой, благо тут уже не нужны были оправки. Следующими операциями были торцевание ступиц и вырезание полукруглых канавок на наружных сторонах ободов под резину. Последнюю операцию я сначала сделал на одном ободе, а потом соорудил эрзац-копир и скопировал профиль первого обода на все остальных.

Прорезание канавки на ободе при помощи самодельного копира. Справа — образец, слева — заготовка, на которой будет вырезана канавка. В образец уже вклеены спицы, в заготовку — ещё нет. Справа видно «резец» копира. Он ничего не режет, но когда он скользит по профилю образца, резец, зажатый в резцедержатель, повторяет его движение

Затем я отшлифовал все грубые поверхности наждачной, снял фаски на ободах, просверлил шесть отверстий под шпильки ступиц и окрасил колеса чем-то вроде морилки, чтобы придать дереву более благородный тон и защитить его от атмосферных воздействий. Следом я выточил алюминиевые накладки-шайбы, которые непосредственно контактировали с гайками и прижимали колеса к ступицам. Из эстетических соображений для закрытия центральных частей ступиц я выточил специальные декоративные гайки-крышки из латуни.

В итоге получились весьма прочные колёса, хотя, я не проводил испытаний на максимальную нагрузку. Единственным местом, которое теоретически могло бы вызывать опасения, является склейка спиц с ободом, но при желании и его можно значительно усилить, просверлив отверстия от поверхности обода до примерно 2/3 спиц и вклеив туда штифты на эпоксидную смолу. Но я очень сомневаюсь, что это реально понадобится. Само шасси весит меньше десяти килограммов, вместе с кузовом и прочими необходимыми вещами, я сомневаюсь, что дотянет до двадцати. Одно колесо по ощущениям вытянет килограмм двадцать вертикальной нагрузки, а учитывая, что их четыре — хватит на всё за глаза.

❯ Изготовление рамы

На этом с колёсами я закончил и теперь с чистой совестью могу рассказать об изготовлении рамы. Рама у автомобиля обычно металлическая, но в 30-е и 40-е могла ещё быть и деревянной (всякие Хорьхи, Вандереры и прочие Мерседесы с BMW старых моделей). Я все же решил делать раму из металла, для чего надо было сделать выкройку и шаблон для разметки. Я загнал имеющиеся у меня чертежи в КОМПАС 3D, обвёл и отмасштабировал. Затем я их по частям распечатал и склеил воедино. Печатал я две проекции: вид сбоку и вид сверху. Вернее, вид сбоку не был уже проекцией, он был скорее развёрткой, так как все длины там истинные, а не как на чертеже. Итак, боковую часть я сделал, чтобы обводить на материале заготовки (я выпросил у нашего завхоза несколько помятую полочку от какого-то стеллажа), а вот вид сверху нужен был для изготовления картонного шаблона, чтобы правильно изогнуть лонжерон. По окончании чертёжных работ я взялся за разметку, а затем и за болгарку.

Как сделать лонжерон сложной формы со швеллерным профилем в условиях кустарного производства? Надо делать его выкройку, что мы уже осветили, и дальше соединять. Но чем соединять? В прошлой статье я уже упоминал, что сваркой у нас в мастерской пользоваться было нельзя, у нас нет сварочных постов. Поэтому я использовал пайку для чего купил в Китае полкило православного свинцового припоя, а параллельно изготовил паяльную кислоту путем растворения стаканчика от солевой батарейки в соляной кислоте (не найти в наших широтах паяльную кислоту). После чего я сел за пайку и через некоторое время лонжероны были готовы.

Может возникнуть вопрос — а насколько прочно такое соединение? Думаю, что для нагрузок, которым будет подвергаться машина, эта прочность достаточна. Несмотря на четырёхступенчатую коробку, я думаю, что в окончательном варианте модель будет двигаться небыстро и динамические нагрузки будут ненамного больше статических. К тому же раньше и рамы велосипедов собирали при помощи пайки, правда, паяли твёрдым припоем, а не оловом, он прочнее. Но и нагрузки больше. Я тоже был бы не прочь твёрдым припоем паять, но кислородным концентратором я тогда ещё не обзавёлся, а твёрдый припой без кислородной горелки — это мучение.

Следующим этапом я принялся за траверсы — поперечины, соединяющие лонжероны в единую раму. Они имеют несложную форму, и я просто выгнул их в тисках из листа. Затем всё так же было припаяно к продольным элементам.

Из приведенного выше оригинального чертежа видно, что кроме трёх траверс, в центре рамы есть ещё и крестовина, которая улучшает работу рамы на скручивание. Однако я тогда подумал, что машина не будет настолько сильно нагружена, что такая структура окажется необходимой, ведь получившаяся рама по ощущениям выходила весьма жёсткой, в том числе и на кручение. Конкретных данных, а тем более расчётов жёсткости у меня нет, но визуальная деформация вручную была не слишком заметной при разумных усилиях, приложенных к раме. К тому же, кузов будет в некотором роде работать как несущий, хотя бы частично, просто в силу масштаба. В результате я не стал делать крестовину. В данный момент у меня уже есть сомнения по поводу этого решения, так как есть некоторая вероятность, что машина будет вынуждена таскать груз в 15-20 кг, а эти нагрузки будут гнуть раму сильнее, чем я предполагал изначально. Подозреваю, что я ещё впаяю туда этот элемент.

❯ Подвеска и рулевая трапеция

Итак, у меня была рама, мотор с трансмиссией и колеса. Теперь это всё надо было как-то поженить, что, кстати, является вполне себе термином профессионального жаргона на автопроизводстве для сходной операции. Для этого на мотор я установил два кронштейна, а к передней траверсе припаял проушины. Третью точку крепления я разместил в задней части коробки передач. Во всех случаях болты, проходящие через кронштейны, были помещены в куски резиновых трубок, что имитировало сайлентблоки. Сайлентблоки служат для снижения вибрации, передающейся на элементы рамы и кузова.

Для закрепления мостов я сделал подвеску, что можно видеть на предыдущем фото. У «Эмки» она спереди и сзади зависимая, на листовых рессорах. Так сделал и я — закупил стальные линейки и нарезал их аккуратно на полосы болгаркой. Резал медленно, чтобы не перегреть: в противном случае они бы потеряли свои пружинные свойства. Концы одного «листа» каждой моей рессоры я нагрел и свернул в трубочку. К раме я припаял дополнительные проушины в местах крепления рессор. И вот с одного конца они вставлялись в эти проушины, а с другого между рессорой и рамой крепилась ещё одна деталь. Её назначение было дать рессоре немного свободного хода, ведь её длина при деформации будет меняться и если её крепить жёстко, то или она не будет работать, или будет гнуть раму, что недопустимо. В моей конструкции там, на самом деле две детали — половинки звена от велосипедной цепи.

Для соединения заднего моста с рессорами я изготовил скобы (их можно видеть на фото рамы), которыми стянул вместе эти детали. В принципе, тут я ничего нового не придумал, именно так всё устроено в реальной машине.

Спереди же, очевидно, всё немного по-другому, ведь колеса там должны поворачиваться, задавая направление. Крепление рессор тут, конечно, принципиально не отличается, но зато тут есть балка переднего моста, на которой расположены оси-шкворни, на которых и вращаются управляемые колеса. Шкворни... Уверен, владельцы старых «Волг» знают, что это такое. Сам регулярно шприцевал их нигролом (закачивал внутрь густую чёрную смазку, пока не потечёт снизу) после дождей и длительных пробегов. А ещё я знатно повеселился, узнав, что шкворень по-английски будет kingpin! Такое вот злодейство.

Так вот, балку моста я вырезал из четырёхмиллиметровой стали и к концам припаял блоки шкворней. В этих блоках есть вертикальные отверстия под сами шкворни и пазы под оси колёс. Последние выточены из кругляка и слегка подфрезерованы, чтобы встать в эти пазы. Кроме того, к ним под углом припаяны изогнутые планки. Эти планки соединены длинной балкой (у меня это 4 мм кругляк с резьбой на концах для регулировки схождения) и формируют рулевую трапецию. Она нужна, чтобы при прохождении поворота колёса поворачивали по разным радиусам: внутреннее колесо по меньшему, дальнее — наоборот по большему. Это, как и дифференциал, служит для улучшения управляемости, уменьшения износа резины и повышению общего комфорта езды.

На осях колёс зафиксированы фланцы, на которых потом будут крепиться тормозные колодки (видны на фото выше), а на подшипниках вокруг осей свободно вращаются тормозные барабаны и прикрученные к ним колёса.

Собранная рулевая трапеция отлично работала при повороте от руки, ровно так, как и требовалось от аналогичного узла на реальной машине. Рессоры тоже удовлетворительно пружинили. Я считаю их вариантом, близким к идеальному для такой модели как у меня. Если жёсткости будет не хватать, я просто добавлю ещё листов. Кроме того, не так давно я сообразил, что есть ещё один прекрасный бесплатный материал для таких рессор, возможно, даже лучше, чем линейки. Это — пружинное основание от плоских дворников. Найти выкинутые дворники в мусоре рядом с автомагазинами не составит труда. Но это на будущее.

❯ Рулевой редуктор

А где же рулевой механизм? Трапеция, да, есть, а чем она в движение приводится? Ничем пока, окончательный привод я не сделал ещё. Как мы знаем, в современной машине обычно используют рейку. Я могу так сделать. У меня есть металлическая рейка под модуль 1, и я могу нарезать соответствующую шестерню, но это будет не вполне аутентично. У ГАЗ М-1, как у типичного представителя автомобилей 30-х годов, был рулевой редуктор. Внутри него стоял сектор червячного колеса, приводимый в движение, собственно, червяком, от которого и шёл вал к рулю машины. Могу я такое сделать сам? С нуля — нет. Можно изготовить псевдо-червячную пару на токарном станке, зажав метчик в патрон и нарезая им свободно вращающуюся заготовку шестерни. Но этим способом нельзя нарезать червячное колесо с глубоким профилем зуба из достаточно твёрдого материала (любой мягкий металл для метчика, скажем М16 при такой нарезке будет уже мучением для небольшого станка). Крупный зуб и прочный материал нужны, чтобы выдержать существенное усилие, которым подвергается механизм.

Можно, конечно, взять готовую пару. Например, от мотора дворников, более того, сейчас такая у меня даже есть (на момент экспериментов с рулевым управлением — не было) и в будущем я рассмотрю такую возможность. Но тогда, когда я проводил описываемые мною работы, я попытался сделать другую, оригинальную конструкцию. Её суть заключалась в следующем — на винте с довольно мелким шагом, который был зафиксирован от осевого перемещения, скользила гайка. У этой гайки были длинные рога, которые давили на эксцентрик, по форме очень напоминающий мотоциклетный коленвал. За счёт его эксцентриситета на выходном валу этого, хм, «редуктора» появлялся момент, который за счёт прикреплённого к валу рычага, создавал силу, передаваемую через тяги на рулевую трапецию.

Но работать всё это вместе просто отказалось. Усилие на рулевом валу было чудовищным, а перемещение выходного рычага — недостаточным. Я думаю, что проблема была в размерах эксцентрика и общем трении в узле. Получалось, что да, я получал большой выигрыш в силе за счёт использования пары винт-гайка, который тут же нивелировался малым плечом эксцентрика (порядка 6 мм). Проблему трения можно было бы частично устранить, например, применением бронзы для материала гайки, посадив винт и эксцентрик на подшипники. Однако это, как и увеличение плеча эксцентрика сильно увеличат и размеры механизма, и совсем не факт, что он впишется в габариты кузова моего автомобиля. Поэтому на тот момент я демонтировал этот узел и так пока и оставил машину без рулевого привода.

❯ Испытания шасси

Первые испытания шасси моего автомобиля проходили без рулевого управления. Чтобы шасси не «убежало» вдаль в случайном направлении я заклинил трапецию в крайнем положении, просто примотав её проволокой, так, что конструкция была обречена бегать по кругу. В качестве источника питания для батарейного зажигания (генератор у меня не предусмотрен конструкцией) была использована батарейка на 4,5 вольта, которую я, как ни странно, нашёл живой и тоже в универовском мусоре. Бензин использовал как всегда — зажигалочный, чёрт его знает, какое у него октановое число, хотя мне, если честно по барабану. И вот, что получилось:

Как понятно из того, что я сказал в ролике, шасси бегало на второй передаче, пока не выжрало из карбюратора весь бензин. Остальные пробеги у меня не сохранились «на плёнке», но я так же пробовал тестировать на первой и третьей передачах. На первой оно не так резво бегало, но меньше сказывался перепад высоты (он там есть, хотя не особо заметен на камеру), а вот с третьей передачей ехало только вниз, наверх уже не вывозило. Четвёртую передачу не тестировал по понятным причинам, а вот почему не пробовал заднюю? Уже и не помню, наверное, просто в голову не пришло.

В целом шасси доказало свою работоспособность, оставив меня довольным аки слон. Да, не все передачи были достаточно тяговиты, но, как я писал в предыдущей статье, ещё можно поиграться с передаточным числом главной передачи. Скорость упадёт, но тяга вырастет, а второе мне явно нужнее: я не болид делаю. Считаю, что для первого практического теста это неплохой результат. Я уже знаю, что надо исправлять и к чему стремиться. На этом данную статью я завершаю, а в следующей я поговорю о кузове и моих соображениях насчёт его изготовления в условиях кустарной мастерской.

Автор: dio_eraclea

Написано при поддержке Timeweb Cloud ↩

Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре.

📚 Вам может быть интересно:

• Аттенюатор для лампового гитарного усилителя своими руками: катушки мотать не придётся

• Инженерная исповедь: терминатор, который не смог (или смог, но совсем чуть-чуть)

• Севастопольские каникулы: Как ржавый музейный экспонат вдохновил меня на постройку мотора

Наводя исторические справки по системам видеонаблюдения я совершенно не ожидал увидеть здесь в первооткрывателях Льва Термена. Да, того самого изобретателя Терменвокса — уникального электронно-музыкального инструмента, игра на котором производится движением рук в воздухе возле инструмента.

Еще в 1926 году Лев Термен представил свой проект Дальновидения Ворошилову и Сталину. Система имела разрешение в 100 строк, работала при дневном освещении и тут же была засекречена во благо национальных интересов страны. Неудивительно что в интернете практически не сыскать информации на этот счет. В 1984 году Термен сделал копию своей установки, несколько частей которой хранятся в стенах Московского Политехнического музея.

Схема передатчика (а) и приемника (б) установки «дальновидения». а) 1 — экран; 2 — объектив; 3 - развертывающее устройство; 4 — электромотор; 5 — магнето; 6 — объектив; 7 — щелевая маска; 8 — фотоэлемен; 9 — усилитель; 10 — передатчик. б) 1 — приемник: 2 — магнето; 3 — электромотор: 4 — развертывающее устройство; 5 — источник света; 6 — конденсор: 7 — оптические решетки, 8 — поворотное зеркало; 9 — гальванометр; 10 - объектив; 11 — проекционный объектив; 12 — экран. Источник

Пожалуй, стоит перечитать пару книжек о Льве Термене. Я то думал что он инженер-музыкант :)

Первой системой видеонаблюдения в современном понимании этого термина можно назвать систему для наблюдения за запуском ракет ФАУ-2, от компании Siemens AG  в 1942 году. Весьма здравая мысль наблюдать за такими процессами с безопасного расстояния.

Первым коммерческим продуктом, доступным для широких масс можно считать систему видеонаблюдения от американской компании Vericon, представленной в 1949 году.

С изобретением видикона в 1951 году — передающей телевизионной трубки — случился бум развития телевещания и замкнутых телевизионных систем. По сравнению с иконоскопами и диссекторами, это была компактная, прочная и относительно дешевая передающая трубка. Она сделала телекамеры массовыми и пригодными для суровых условий эксплуатации. Ну а дальше пошло поехало — в 1960-е видеонаблюдение появилось на трафальгарской площади и в жилых районах для борьбы с преступностью, в США системы CCTV стали активно использоваться в банках, универмагах и АЗС, с той же, в общем-то, целью. В 70-е годы догадались писать изображение на видеомагнитофоны; в 80-е на смену электронно-лучевым трубкам пришли ПЗС матрицы и так далее. В современном городе установлены десятки тысяч камер видеонаблюдения, размывающие личные границы и обеспечивающие контроль [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ].

Телевидение перестало быть только средством вещания информации многим. Оно стало инструментом сбора информации о многих. Зародился символ эпохи — черно-белая камера под потолком в углу комнаты.

В СССР развитие CCTV шло по своему пути. Акцент был сделан не на массовость и коммерцию, а на государственную безопасность, оборону и промышленность. Разработан целый класс; Установки Телевизионные Прикладного назначения. ГОСТ 22006-76 — определяет основные требования, которым должны соответствовать устройства, например:

• Номинальная освещенность мишени передающей трубки — не более 1лк.

• Изменение освещенности на объекте(контрастность), не менее 500 раз.

• Разрешающая способность по горизонтали не менее 450 строк.

• Рабочая температура от -50 до +45 градусов.

Первое поколение прикладных телевизионных установок вышло в 1957 году [1]. Это были установки ПТУ-0, ПТУ-0М, ПТУ-0М1, ПТУ-2, ПТУ-3, ПТУ-4 и ПТУ-5. В самых первых видеокамерах использовались видиконы, Но в отличие от более поздних моделей, первые видиконы работали только с очень освещенными объектами — минимум в 250-500лк — как в ярко освещенной комнате. Более поздние установки — ПТУ-3 и ПТУ-5 использовали супериконоскопы и суперортиконы, где минимальная освещенность составляла уже 30лк — т.е. уровень освещенности подвалов и коридоров. Количество строк уже в те годы составляло 300-550 по вертикали.

Уже в первом поколении установок были модификации, позволяющие подключать несколько видеокамер и на пульте оператора выводить изображение с требуемой. Там же присутствует и дистанционное управление фокусировкой и диафрагмой. Упоминается даже смена двух объективов!

Про номенклатуру разработанных сквозь годы установок известно очень мало — никто не занимался их каталогизацией. Крупицы представленной информации удалось достать из пары книг [1] и [2].

В 1958 году появляются телевизионные установки ПТУ-101 - ПТУ-103. Затем — ПТУ-22 - ПТУ-24. Номенклатура видеокамер, контрольных устройств, оптических приставок и т.д. — стала унифицированной и например приставки ПТУ-28 — ПТУ-31 на базе видеокамер КТП-39 и КТП-40 — отличаются различной комплектацией, например:

• ПТУ-28 — однокамерная установка с телевизором;

• ПТУ-29 — однокамерная установка с видеоконтрольным устройством;

• ПТУ-30 — однокамерная установка с несколькими видеоконтрольными устройствами;

• ПТУ-31 — многокамерная установка с несколькими видеоконтрольными устройствами.

  ПТУ-38: Пульт управления, монитор и кидеокамеры КТП-39 на металлоприемке. Спасены друзьями из проекта Видачество

Есть и специализированные системы, например:

• ПТУ-32 — установка предназначена, в первую очередь, для крупных больниц, когда дежурный врач ночью может наблюдать за тяжелобольными сразу в нескольких палатах. Видеокамера — КТП-36 — работает как в слабом свете, так и в темноте, за счет ИК подсветки.

  Телевизионная камера КТП-36 и пульт оператора ПО-2 с видеоконтрольным устройством ВК-29

• ПТУ-33 — многокамерная одноканальная телевизионная установка, где до 32 видеокамер подключается ёлочкой и с пульта оператора можно вывести изображение с любой из них на телеэран.

• ПТУ-37 — установка для дистанционного наблюдения и контроля за ходом процесса сварки и других технологических процессов с видеокамерой КТП-50.

  ПТУ-37. 1975г. Источник

• ПТУ-38, ПТУ-39 — совместно с рентген аппаратом производит контроль сварных швов, отливок и других объектов

  ПТУ-38. 1975г. Источник

• ПТУ-40 — установки предназначены для наблюдения за производственными процессами во взрывоопасной среде. Видеокамеры КТП-58 тут выполнены во взрывонепроницаемых оболочках

• ПТУ-44 — ПТУ-46, а затем и ПТУ-55 — ПТУ-58 — установки общего назначения для видеонаблюдения за движущимися и неподвижными объектами на чёрно-белом экране. Они используют видеокамеры КТП-63 и КТП-64, дают телевизионное качество изображения в 625 строк и 25 кадров в секунду. В установках может быть различное число видеокамер, от одной и до 16, и все они работают как со слабо освещенными объектами (50 люкс), так и при ярком солнечном освещении (50 000 люкс)

  Сборная солянка компонентов ПТУ-46 — ПТУ-56. Две видеокамеры КТП-63 на направляющих устройствах УН-16, Пульты управления ПУ-80 и КВС-1, Блок питания БП-107, соединительные провода

• ПТУ-62 - ПТУ-77 — установки общего назначения, производимые в конце 80-х годов с активным применением микросборок серии 04. Используемые видеокамеры КТП-83 и КТП-84 до боли напоминают героев нашего рассказа, но все же слегка отличаются.

  Видеокамера КТП-83 на подвесе УН-24 жалобно смотрит на прохожих

• ПТУ-96М, или «Клен» с цветной видеокамерой на 350 строк — последняя из упоминаемых видеокамер, разработанных на постсоветском пространстве. Все таки приход ПЗС матриц на какое-то время существенно ухудшил качество видеоизображения.

Кажется, в этой статье образовалось самое полное перечисление прикладных телевизионных установок из существующих. Ну а мы перейдем к осмотру имеющего оборудования.

❯ Зоркий глаз: Видеокамера КТП-63

После аварии на ЧАЭС в 1986 году возникла острая необходимость в дистанционном управлении техникой в условиях смертельных уровней радиации. Советские роботы-ликвидаторы массово оснащались камерами КТП‑63, которые обеспечивали операторов визуальной информацией. На множестве фотографий — специального транспортного робота (С.Т.Р.), гусеничного робота-погрузчика «Мобот», колесного робота-манипулятора «Белоярец» — можно заметить глаз WALL-E — видеокамеру КТП-63 — героя нашего обзора

Целых две видеокамеры с документацией мне пять лет назад подарил товарищ Евгений К., за что ему большое спасибо. Рассмотрим их поближе:

❯ Технические особенности камеры КТП‑63

• Передающая трубка: Видикон ЛИ441 с магнитным отклонением и электростатической фокусировкой. Очень хочу найти новые видиконы на замену.

• Стандарт развёртки: 625 строк, 25 кадров/с.

• Разрешающая способность: В центре – не менее 500 линий, в углах – не менее 450 линий (при освещённости 200 лк).

• Диапазон освещённости: От 50 до 50 000 лк (для базовой версии).

• Питание: Постоянный ток 27 В ±10%, потребляемая мощность – не более 8–10 Вт.

• Объектив: Возможность работы с объективом «Гелиос‑44‑2».

Внешне, видеокамера представляет собой натурально глаз робота ВАЛЛ-И. Когда подписчик подарил мне эти видеокамеры — изначальной идеей было сделать полноценного робота. Камер то как раз две.

Камера имеет полностью закрытое уличное исполнение. Вся начинка спрятана в условно герметичном корпусе. Уплотнительных резинок в мои экземпляры не завезли, но как минимум IP44 тут имеется. В итоге спереди мы наблюдаем защитное стекло, но не простое, а с подогревом — так что даже если ваша камера стоит на улице — проблема с обледенением или запотеванием вам не грозит. В домашних условиях стекло оперативно нагрелось до +28 градусов когда на второй камере было +24.

Сзади мы наблюдаем большой разъем РП10-22, через который на видеокамеру поступает питание, идут сигналы управления оптической приставкой, а также снимается композитный видеосигнал. Открутим два винта и извлечем начинку корпуса на поверхность:

Начинки тут не так много и вся она разбита по модулям. Центральным элементом является блок видикона — приемная телевизионная трубка с электромагнитной системой отклонения в стальной гильзе. Сверху на ней — предварительный усилитель экранированный от помех соседних схем. Он напрямую подключен к сигнальной пластине. С одной стороны от блока видикона располагается видеоусилитель с ручками регулировки.

Именно ручки «Регулировка усиления» и «Регулировка гасящего импульса» пришлось корректировать чтобы камера начала хоть что-то показывать. Усиление у обеих камер выкручено на максимум, что говорит о том что видиконы не просто устали, они почти трупы.

С другой стороны от видикона расположена плата генератора синхроимпульсов. Именно ее существование обрекло эти видеокамеры на смерть в цепких лапах аффинажников.

За металлической пластиной расположен импульсный источник питания. На вход он получает +27В, а выдает все необходимые для видикона напряжения, начиная от накальных 0,8В и заканчивая анодным в +600В.

Справа от источника питания за пластиковой крышкой спрятался блок разверток — получая синхроимпульсы от генератора он непосредственно управляет обмотками отклоняющей системы.

В этой видеокамере нет ничего лишнего. Но вся электроника собрана на дискретных элементах, без использования специализированных микросхем. Например видеокамера КТП-82 — на 10 лет более свежей разработки — собрана на микросхемах 04 серии. Более того, в этот корпус влез также и источник питания от 220В!

А теперь не поленимся и достанем блок видикона — для этого открутим пару винтов, освободив прижимную скобу. Отключив провода от предусилителя и отклоняющих катушек вытащим картридж на поверхность.

Открутив спереди два винта уберем пластиковый фиксатор видикона и вытащим его из картриджа для замены.

Правда менять видикон мне пока не на что, так как у меня банально нет свежей замены, поэтому соберу картридж обратно.

Спереди к камере прикручена оптическая приставка. У меня самая простая, с одним мотором, корректирующим фокус. Ко мне камера приехала с объективом Гелиос-44-2, но сюда можно поставить любой другой с резьбой М42. При этом мотор на приставке не вращает кольцо фокуса! Он перемещает картридж с видиконом вперед и назад... Уж не знаю зачем такая система, разве что она не привязана к каким-то конкретным объективам...

Отдельно стоит отметить собрата нашей видеокамеры — КТП-64. Устройство наведения у неё интегрировано в корпус, но имеет всего одну степень свободы. Вторая степень свободы спрятана в оптической приставке — там стоит поворотное зеркало.

❯ Шея и плечи: моторизованный подвес УН-16

Видеокамера на четырех болтах прикручивается к площадке моторизованного устройства наведения. Тяжелый, зараза. больше 12кг. Диапазон регулировки обзора камеры +-45 градусов по вертикали и +-180 градусов по горизонтали.

Откинув боковую крышку мы обнаруживаем червячные редуктора, пару моторов и... карданчик... так как оси вращения червяка и первого редуктора не совпадают. Но я не удивлен. Кардан постоянно встречается в советской технике. Также как и у оптической приставки — у каждой из осей есть концевые выключатели, отключающие мотор при максимальном угле поворота. Слева и справа видим пару маленьких платок с реле — это силовые ключи. Сзади скрывается небольшая плата, которая по 4-х значному коду определяет когда и куда двигать камеру, а когда — фокус.

На принципиальной схеме устройства наведения можно увидеть те самые реле, а также — какую-то логическую схему в верхней её части. На транзисторных микросборках собраны логические элементы 3И, с помощью которых и происходит декодирование команды, пришедшей с пульта.

Так, Э1-2 включится с кодом 001b(влево), Э2-2 — с кодом 010b(вправо), Э3-2 - 011b(вверх), а ключ Э3-2 —кодом 100b(вниз). Коды управления моей оптической приставки с одним мотором фокусировки- 101b(ближе) и 110b(дальше).

❯ Центр управления: пульты ПТУ-46

Система ПТУ-46/ПТУ-56 предполагает наличие нескольких видеокамер и нескольких видеоконтрольных устройств в одной системе. Для каждой видеокамеры необходим пульт управления её положением в пространстве. За это отвечает четырех-канальный пульт справа. Сначала выбирается одна из четырех видеокамер, затем — соответствующими клавишами видеокамеры направляются на интересующий нас объект.

Именно через правый пульт вся система и запитывается от розетки. 220В приходит в пульт, и выключателем Сеть отправляется на 40-контактный задний разъем в блок питания. С этого же разъема снимаются и все необходимые сигналы управления. Также сзади видны предохранители на 5А, но не надо думать что система потребляет аж 1кВт — просто мало ли вы захотите подключить к нижестоящим розеткам мощный телевизор. Еще сзади видны тумблеры, включающие обогрев стекла на видеокамерах.

Левый пульт позволяет вывести на видеоконтрольное устройство любую из 8 видеокамер. При этом пульт сам по себе пассивен — кнопка «Сеть» лишь подает напряжение на розетку сзади, чтобы более удобно подавать питание на монитор.

Не смотря на то что левый пульт хранился в сухом месте, время и агрессивные среды его не пощадили — блок переключателей серьезно пострадал. Я его полностью перебрал, вернул планку фиксации нажатой кнопки на место и заменил колпачки.

❯ Кровеносная система: источник питания

От пульта ПУ-80 толстенный кабель идет в сторону блока питания, где скрываются 4 независимых канала +27В. Каждый со своим линейным стабилизатором. На фотографии можно заметить, что два предохранителя отсутствуют. Когда все компоненты пришли и я решил проверить его исправность — я обнаружил что ни на одном из выходных разъемов нет питания. Откинув крышку я увидел что две платы стабилизаторов из четырех слегка выскочили из своих разъемов. Странно что они не фиксируются винтами — т.е. виброустойчивости у источника питания нет. По иронии судьбы на тех каналах что остались на месте — перегорели предохранители. Как оказалось потом, предохранитель выходит из строя если разъем на камеру плохо закреплен.

Воткнув платы на место я получил два работающих канала — третий и четвертый, что в моем случае оказалось достаточно. А мелкие предохранители я все еще ищу.

Немного пугает то, что в правом кабеле рядом идут провода +27В и 220В... и последние никак дополнительно не отделены. Отдельно стоит показать кабель на видеокамеру. Крышка разъема тут для внешнего монтажа, с основательной защитой от влаги. Композитный видеосигнал выходит отдельным коаксиальным кабелем на монитор, а толстый многожильный кабель — на блок питания.

❯ Зеркало реальности: видеоконтрольное устройство ВК23В102

Видеомонитор ВК23В102 — самый современный аппарат в данной сборке. 23 в его названии — это размер диагонали в сантиметрах. Согласно документации, выпускались мониторы с диагональю 23, 40, 50 и 61см.

❯ Визуализация эпохи

И вот, после обзора всех компонентов по отдельности собираем всё воедино, пытаясь понять что чувствовали пользователи этой уникальной системы.

Мне очень повезло, что все собранные вместе компоненты системы видеонаблюдения оказались живыми! Каждый из показанных блоков пролежал без дела от 10 до 20 лет. Немыслимые сроки — как правило за это время наглухо высыхают электролитические конденсаторы, прибор перестает работать и не всегда помогает простой рекапинг. Конечно, качество изображения оставляет желать лучшего. Есть надежда что замена видикона ЛИ441 на заведомо новый улучшит ситуацию. Но это не точно.

Источники

1. Бялик Г. И., Богатов Г. Б. Прикладные телевизионные установки, 1959 г.

2. Богданов Г.М. Прикладные телевизионные установки, 1979 г.

Автор текста: radiolok

Написано при поддержке Timeweb Cloud ↩

Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре.

📚 Вам может быть интересно:

• Поднимаем сеть на коаксиальном кабеле в 2026 году

• Как передать сигнал по кабелю правильно

• Винтажная видеокамера SONY

После моего первого двигателя в голове стали роиться мысли о создании масштабной модели транспортного средства с настоящим функциональным мотором внутреннего сгорания. Сначала я не мог определиться, что это будет: грузовик, автобус или легковушка. А может быть, даже танк? Но реальность поставила всё на свои места. Нельзя делать модель бесконечно большой (а то жена выгонит из дому), а значит, что размер её будет определяться минимальным размером двигателя, который я смогу сделать. Для модели примерно метровой длины лучше всего подходил именно легковой автомобиль, и я решился его собрать. По своей традиции — из всякого хлама. Эта статья начнёт рассказ о том, как я себе ретроавтомобиль делал. Пока не доделал, конечно, но верю, что скоро.

С чего начинается проектирование нового автомобиля? Если отбросить ненужную инженеру «шелуху» вроде исследования рынка, то начинать надо с дизайна кузова. Однако для меня этот вопрос уже был решённым. Я всегда любил ретротехнику и, в особенности, машины годов 30–40-х. За основу своей машины я решил взять наш родной ГАЗ М-1. Почему её? Всё равно найти сколько-нибудь подробных чертежей на зарубежную технику я не надеялся, а у нас была практически она одна. И да, я знаю, что это переосмысленный Форд, но не в этом суть. Просто красивая машина. В Севастополе её можно найти в двух местах — в музее 35-й Береговой батареи на мысе Херсонес (не путать с одноимённым древнегреческим полисом, расположенным у нас же, но совсем в другом месте) и в экспозиции музея на Сапун-горе.

❯ Изготовление двигателя

Итак, концепт был выбран и следующими пунктами обычно идут двигатель и трансмиссия. Так было и у меня. Признаться, у меня не сохранилось много фотографий процесса постройки именно мотора, но что-то есть. Начал я с того, что оценил оставшуюся от изготовления первого мотора часть успокоителя ремня, что послужила цилиндром. Она была короче, значит, и объём цилиндра получился меньше, только 7,6 см3. Я решил не заморачиваться с водяным охлаждением, так как первый двигатель не очень сильно грелся и там эта система была избыточной. Поэтому я стал делать воздушное охлаждение и первым делом выбрал подходящую заготовку из нашего мусора, благо было несколько. Далее я начал прикидывать общую конструкцию двигателя, параллельно подбирая нужные заготовки. Я как-то опустил в прошлый раз описание этого этапа, но чертежи (хотя, скорее, правильнее называть это эскизами) я всё-таки делал.

Ведь надо было определить размеры поршня (Ø22×25 мм), его ход (20 мм), длину шатуна (43 мм), место расположения распределительного вала и прочие параметры. Кстати, о распредвале. На первом моторе я делал настраиваемые кулачки отдельно от самого вала, который был гладким. В ходе его эксплуатации я определил наилучшие углы расположения кулачков и теперь для второго двигателя я задумал делать вал цельным. К тому моменту у меня уже была изготовлена самодельная делительная головка. Она, я думаю, заслуживает отдельной истории, но в целом состоит она из цангового патрона, червячного редуктора, шагового двигателя и различных частей основания. Всё, кроме патрона – универовский мусор (!). Так вот, вал было решено изготавливать на этой головке, что было весьма удобно, учитывая её привод.

Также при помощи этого устройства я сделал шестерни привода распределительного вала. Для этого я использовал модульные фрезы М0.5 из соответствующего набора. Набор включает обычно 8 фрез, каждая может нарезать шестерни с определённым диапазоном зубьев. Почему так? Зубья ведь не квадратные и не треугольные, как в мультиках и рекламах рисуют, их профиль отличается в зависимости от количества, поэтому фрез надо много. Хорошо бы иметь по фрезе на каждое количество зубов, но больно жирно, поэтому мы работаем с аппроксимациями. Количество зубьев шестерён 24 для коленвала и 48 для распредвала, что даёт передаточное отношение 1:2.

Коленчатый вал в этом моторе было решено делать не консольным, как раньше, а полноценным. Таким образом, вал выходит из двигателя с двух сторон, на одной из которых можно установить маховик и далее трансмиссию, а на другой закрепить храповую муфту для «кривого» стартера. Ах, «кривой» стартер! Запуск «Волги» в мороз со сдохшей батареей вызывает воспоминания... Даже приятные, как ни странно, но я ушёл куда-то в сторону. В любом случае, этот вид запуска аутентичен для выбранного автомобиля.

Итак, вал задумывался весьма похожим на мотоциклетный — шатун с подшипником качения, две массивные щеки и два выхода вала. Я не сразу определился, как его делать. Сначала я пробовал экспериментировать со сваркой, но вышло плохо (варил, правда, не я, в нашей лаборатории этого делать нельзя). После этой неудачи я решил просто запрессовать все в щеки — и шатунную шейку, и выходные валы. Честно, не помню, штифтовал ли я вал после запрессовки, чтобы гарантированно фиксировать от проворота. Помню, что сомнения у меня на этот счёт были, но думаю, что там далеко не те моменты, чтобы вал действительно провернуло в щеке.

Картер вала разборной, при этом разбирается он на 6 частей, если считать фланцы с подшипниками коленчатого вала. Основная часть сделана из П-образного профиля (дно картера), её закрывает крышка около 12 мм толщиной, к которой крепится цилиндр. По бокам тоже стоят прямоугольные крышечки. Всё это алюминиевое и стянуто винтами М4. Сейчас я уже не считаю, что это хорошая конструкция и скорее всего я переделаю картер.

Также есть вероятность, что я переделаю и коленчатый вал, так как в данный момент там стоит разборной шатун. При этом разбирается он не как на настоящем авто, само тело шатуна состоит из двух частей, одна из которых не снимается с коленвала. Это было обусловлено тем, что по-другому не влазило.

Головка цилиндра тоже имеет оребрение. Конструкция свечи и клапанов принципиально не отличается от первого мотора – свеча из тефлона с центральным стальным электродом, клапана составные из направляющих от DVD привода и напрессованной на них тарелки. Седла клапанов также сделаны из чего-то жёлтого (бронза/латунь) и совмещены с клапанными же втулками. Единственное отличие от предыдущей модели — некоторые элементы сделаны аккуратнее и меньше. Меньшими по размеру сделаны и коромысла, в остальном их конструкция особо не поменялась.

Маховик опять пришлось делать из двух частей, так как в заготовке не было «мяса» под ступицу. В этот раз ступицу делал из алюминия.

Я очень хотел сделать для этого мотора распылительный карбюратор, но с ним меня снова постигла неудача с абсолютно теми же симптомами — после пары вспышек компрессия падала в ноль.

Поэтому для первых тестов я использовал карбюратор от старого мотора.

Должен признать, что хорошо работающий двигатель вызывает истинное удовлетворение! Как можно видеть, я использовал настоящую катушку зажигания и классическую контактную систему, работающую на размыкание. Эта катушка всегда работает великолепно, вне зависимости от напряжения питания (я питал в диапазоне от 4 до 14 вольт, напряжение ниже 4 вольт с хорошим током было просто негде взять).

Потом я изготовил барботажный карбюратор по типу того же от старого движка, но поменьше и целиком из металла. Сперва я планировал использовать для образования пузырьков аквариумный распылитель (тёмносиний «камень» на фото снизу), но он себя не оправдал, и я в итоге сделал просто алюминиевое «сито». Фото окончательного узла у меня, к сожалению нет, но главное, что он оказался вполне работоспособен.

В целом, мотор со всеми экспериментами занял у меня месяца два. Разумеется, занимался я им не каждый день и всего по часу, а то и меньше, но по ощущениям это было довольно долго.

❯ Изготовление трансмиссии

Коробка переключения передач

Мотор прекрасно работал, и я решил сделать следующий шаг — приступить к трансмиссии. У трансмиссии особая миссия — трансформировать обороты движка в крутящий момент колёс, да простят мне столь грубое упрощение! Крутящий момент — это важно! Именно он превозмогает, ведь он создаёт силу на колесе, которая толкает авто вперёд и пересиливает все остальные силы, направленные противоположно, такие как сопротивление качению, и самое главное — аэродинамическое сопротивление.

Для работы по проектированию коробки передач мне опять пригодилась методичка с моей родной кафедры «Автомобильный транспорт», в которой приведены формулы расчёта передаточных чисел коробки. Передаточное число — это по сути значение, указывающее, во сколько раз выходной вал крутится медленнее входного и во сколько раз пропорционально растёт выходной крутящий момент. Однако числа рассчитать было мало, надо было ещё принимать во внимание возможности производства, то есть меня. А именно то, что у меня есть только три набора модульных фрез — М0.5, М0.9 и М1. Небольшое лирическое отступление о фрезах. Модулем по сути определяется размер зуба. Делительная окружность считается по формуле D = M×Z, где M — модуль, а Z — количество зубьев. Сам зуб будет размером 2,25×М. Из них 1,25×М лежит ниже делительной окружности, а 1×М — выше. Это определяет наружный диаметр шестерни и диаметр впадин, который нам тоже важен при фрезеровке.

Зубчатые колёса надо было как-то зацеплять с ведомым валом, а это значит, что их надо было делать не менее определённого диаметра (в данном случае 24 мм — таким я выбрал диаметр втулок, включающих передачу). С ведущим валом было проще — там должны сидеть относительно маленькие шестерни, но и у них должно быть достаточно «мяса», чтобы пропустить через них восьмимиллиметровый вал и посадить штифт. И вот учитывая это всё и надо было подобрать фрезы и рассчитать передаточные числа для определённого межосевого расстояния. Для этого было написано несколько простеньких скриптов на Python. Сначала с их помощью я оценивал размеры и возможные передаточные числа, после чего написал один финальный, который уже просчитывал все необходимые мне данные.

Результат работы скрипта (не очень важно, можно и не смотреть):

Скрипт выдавал уже все параметры, нужные мне для отрисовки чертежа и изготовления самих шестерён и зубчатых колёс («Go deep to  1.125» – это заглубление фрезы в заготовку).

Получилось следующее:

1. Первая передача: Z1 = 25, Z2 = 83; U = 3.32

2. Вторая передача: Z1 = 33, Z2 = 75; U = 2.27

3. Третья передача: Z1 = 43, Z2 = 65; U = 1.51

4. Четвёртая передача: Z1 = 54, Z2 = 54; U = 1

5. Задняя: Z1 = 25, Z2 = 83; U = 3.32

Да, коробка должна быть полноценной и иметь, в частности, и заднюю передачу, которую, чтобы особо не мудрствовать, я сделал аналогичной первой. Как видно из результата, передаточные числа, шестерни для которых я реально могу изготовить, близки к желаемым, полученным по формулам из методички (R1 = 3.32, R2 = 2.23, R3 = 1.49, R4 = 1). Также они близки к числам коробки «Волги» ГАЗ 24-10, которую, образно говоря, можно считать правнучкой «Эмки». У неё это: 1-я 3.5, 2-я 2.26, 3-я 1.45, 4-я 1, и задняя 3.54.

Насколько такой расчет адекватен для моей машины? Думаю, что не очень адекватен, т.к. в методичке отталкиваются от наиболее типичных чисел, которые справедливы для настоящих автомобилей, а не для моделей, вроде моей. По-хорошему, надо бы считать исходя из массы машины, мощности двигателя, характеристик колёс и прочих параметров, но… их нет. Поэтому если эта коробка не будет удовлетворять динамическим требованиям конечного варианта машины, я буду играться с передаточным числом главной передачи и увеличением степени сжатия мотора. Как итог, на данный момент я остался доволен результатом.

Коробка по конструкции планировалась двухвальной: один входной, один выходной вал. На входном валу сидят ведущие шестерни, они вращают зубчатые колеса, которые свободно вращаются на подшипниках качения вокруг ведомого вала. Для включения передач предусмотрены скользящие муфты, коих 3 штуки. Порядок включения передач как на «Волге».

Как же я планировал включать передачи, ведь синхронизатор — это довольно сложное в изготовлении устройство? Ну, если это сложно, значит оно нам не нужно? Сделаем без него. Я решил, что просто вырежу пару выступов на каждом зубчатом колесе и такую же пару на каждой подвижной муфте. Когда такая муфта будет сдвинута к колесу, эти выступы войдут в зацепление и передача включится. А потом, уже когда я это сделал, то узнал, что это называется кулачковая коробка передач и используется в автоспорте. Так я изобрёл велосипед. Кстати, в универе нас не знакомили с такой конструкцией, ай-ай-ай, дорогие преподаватели!

Чтобы обеспечить зацепление этих муфт с валом, я использовал шпоночное соединение. Я использовал шпонки толщиной 3 мм, которые для этого вала явно слишком велики, но это лучшее, что у меня тогда было. Пазы во втулках просто фрезеровал той же пальчиковой фрезой, что и пазы на валу. Верх такого паза, разумеется, был полукруглой формы, поэтому, а также в целом во избежании перекосов и прочих проблем я просто прикрутил (изврат!) шпонки к валам при помощи винтиков М2. Головки этих винтиков отлично помещались в полуокружность, оставшуюся от профиля фрезы в пазах втулок.

Как можно понять из расчёта, мне предстояло много монотонной работы в виде нарезки несметного числа зубьев. Делать мне это самому не хотелось, поэтому я спихнул эту тягомотину на свой самодельный станок с ЧПУ и уже упомянутую ранее делительную головку. Объединив их работу простеньким скриптом, я получил вполне работоспособную систему и знатно сэкономил себе время. Правда, были и неудачи, ведь я использую мусор в качестве заготовок и иногда вместо дюраля попадался чистый алюминий, который при обработке ведёт себя как пластилин (фу-фу-фу!). Некоторые шестерни как следствие пришлось переделывать.

Параллельно я делал остальные части коробки — её валы и стенки, втулки и втулочки, устанавливал шпонки и ещё кучу других мелких работ. В результате, коробка начала выглядеть очень даже похоже на приведённый выше эскиз.

По окончании перечисленных работ я сконструировал механизм переключения. Он, в целом, довольно прост и практически целиком копирует аналогичный узел с настоящих авто. Это будет хорошо видно на фото, приведённых чуть ниже.

Немного позже по хронологии, я сделал для коробки днище, ведь её надо защищать от пыли, а окружающее пространство от смазки (которая будет консистентной). Я распечатал пуансон и матрицу из PLA и попробовал выдавить профиль дна. Для этого я зажал между этими деталями лист алюминия толщиной 0.5 мм и сдавил всё это в тисках. Но этого оказалось недостаточно. Видимо, от того, что я, как всегда, пожлобился поставить 100% заполнение, пуансон с матрицей просто пружинили. Это было досадно, но выход был прост — пришлось выколачивать днище на матрице вручную, поэтому получилась такая грубая поверхность.

На фото выше, кстати, весьма неплохо видно и узел сцепления. Ведь закончив с коробкой, я занялся её присоединением к мотору. И для того, чтобы скрестить ежа и ужа, надо было определиться с конструкцией и размерами сцепления. Я не стал копировать устройство этого узла с полноразмерных машин так как не был уверен, что смогу его повторить. Как следствие, появилась эта конструкция.

Суть её работы такова — в маховик вкручены три цилиндрические направляющие, на которых установлена скользящая поджимающая втулка с диском и выжимным подшипником. На этих же направляющих размещены пружины, которые и прижимают втулку к маховику. Между втулкой и маховиком стоит диск сцепления на ступице, которая нужна, чтобы увеличить площадь контакта с валом, на котором он расположен, и шпонкой на этом валу. На диск наклеены фрикционные накладки из резины. Работает эта система наоборот относительно обычного сцепления — здесь вместо нажатия мы тянем — тем самым освобождаем диск. Если честно, я не проверял этот узел в работе, и у меня есть сомнения в его устройстве. Возможно, в финальной версии я изменю его конструкцию. В целом же, для этой машины сцепление необходимо только для трогания с места в силу устройства коробки передач.

Карданный вал и задний мост

После нескольких месяцев возни с коробкой возник вопрос, а что дальше? Правильно — карданный вал и задний мост. В последнем обычно установлены главная передача и дифференциал. Первая дополнительно понижает обороты и увеличивает крутящий момент на колесах, второй же помогает проходить повороты, меньше изнашивая резину, улучшая управляемость и снижая нагрузку на трансмиссию за счёт устранения проскальзывания колёс.

Вот только у меня немного не так. Я сначала думал, что мне придётся изготавливать дифференциал самому и конические шестерни резать тоже и я не был уверен, а хватит ли мне места в заднем мосте под главную передачу с подходящим передаточным отношением. Поэтому её я разместил на выходе из коробки.

Как видно, выходная шестерня имеет достаточно странные «рога». Это должно было стать самодельным карданным шарниром. Однако, мне в голову пришла запоздалая светлая мысль прошерстить АлиЭкспресс и я нашёл там обе вещи: и дифференциал для автомоделей и красивые карданные шарниры. Поэтому решено было просто использовать выходной вал коробки без уже готовой главной передачи. Но тем не менее я её использовал поначалу и в том числе как было задумано — в роли кардана.

Кардан, как и на «взрослых» машинах — полый внутри, т.е. это труба. Она, разумеется, ведёт к заднему мосту, который я сделал разрезным, наподобие того, как он выполнен на оригинальной ГАЗ М-1.

Мост выполнен из довольно большого количества деталей, запрессованных друг в друга, так как литьё на тот момент мне было недоступно. К сожалению, процесс изготовления этих частей я не фиксировал, однако, был один важный момент, который я таки снимал. Дело в том, что на полуосях должны быть закреплены тормозные барабаны-ступицы, к которым, в свою очередь, крепятся колёса. Но как фиксировать барабаны от проворачивания? Напрессовывать на полуоси не хотелось, ведь может понадобиться их снять на доработку. Ставить штифт неудобно — остаётся шпоночное соединение.

Как обычно делают шпонпаз? На заводе это делается при помощи прошивки или протяжки. Оба инструмента — круглые оправки с множеством мелких зубов по ширине шпонки, которые, проходя, вырезают материал заготовки. Отличие между ними в том, тянут инструмент или толкают. Протяжки (их тянут на спец. станках) — более длинные и их в основном используют для массового производства. Прошивки толкают — обычно на прессе, и их использование ограничено мелкими сериями.

Инструмент для каждого диаметра вала — свой, и он довольно дорог. Самодельщики, вроде меня, выбирают универсальность и дешевизну, таков путь. Кроме того, вряд ли существует такой инструмент для вала диаметром 8 мм со шпонкой толщиной 2 мм (хотя... почему нет?).

Поэтому, мне значительно ближе долбление. И нет, я не тот сосед с перфоратором. Долбежный станок осуществляет возвратно-поступательные движения резца, который потихоньку выбирает металл. Постепенно заглубляя резец, можно получить нужный по форме паз и не только шпоночный. Процесс напоминает снятие стружки рубанком и практически аналогичен строганию в «железном» понимании, но делают это разные станки.

В принципе, если токарный станок не жалко, можно строгать и так, ведь станок имеет всю нужную кинематику. Но елозить суппортом туда-сюда прибавляет износа, а зачем нам это? Как следствие, специально для этой операции я сделал долбёжную приспособу (головку) из какой-то дырчатой плиты, куска профиля, мотора от дворников, линейной направляющей и ещё пары деталей. Не скажу, что всё это из мусора, мотор и направляйку пришлось купить, но много денег я не потратил.

Думаю, из видео понятен принцип работы устройства. Резец делал из быстрорежущей стали, кусок которой я впаял в вал, зажимаемый в ползун. Из того же материала, алмазным кругом на дремеле я отрезал шпонки, которые идеально встали в прорезанные пазы. Также в ролике видно, что тормозные барабаны на момент долбления пазов я уже просверлил в шести местах, нарезал там резьбу М6 и посадил на локтайт шпильки для крепления колес. Про сами колеса, я пожалуй, расскажу в следующий раз, чтобы не перегружать статью.

На этом моя эпопея с изготовлением мотора и трансмиссии моего авто завершилась. Впереди меня ждало ещё много интересных вызовов моему инженерному опыту, о которых я расскажу в следующий раз. Надеюсь, вам было интересно.

Вы же, дорогие читатели, расскажите, случалось ли вам начинать проект с «белого листа», не имея точных чертежей? Как вы справлялись с нехваткой информации?

Автор текста: dio_eraclea

Написано при поддержкеTimeweb Cloud ↩

Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре.

Приветствую всех!
Замечали ли вы, что в некоторых лифтах, стоит только попасть постороннему предмету в проём, как двери немедленно открываются? Такая система, делающая поездки намного более комфортными и безопасными, есть практически в каждом современном лифте.

Что же это за устройство, не дающее нам быть зажатыми дверями? Сейчас и узнаем. Заодно посмотрим на начинку одного из таких девайсов и попробуем его запустить.

❯ Суть такова

Наверное, каждый из нас хоть раз, да боялся, что при входе в лифт створки начнут закрываться и больно прижмут. Понятное дело, поехать с кем-то, зажатым в дверях, при исправных цепях безопасности лифт не сможет (что бы ни говорили различные городские легенды), однако в любом случае в такой ситуации мало приятного.

Именно поэтому ещё с незапамятных времён (по сути с самого начала эпохи автоматических дверей) лифты оборудуют реверсом, позволяющим раздвинуть створки, если что-то будет мешать их закрытию, дабы предотвратить зажатие пассажира или его вещей или поломку привода дверей.

❯ Механический реверс

И перед тем, как перейти к электронному реверсу, посмотрим на конструкцию механического, имеющегося во всех лифтах.

Вообще, в разных конструкциях лифтов этот узел выполнен по-разному. Но в большинстве случаев принцип его основан на том, что при появлении препятствия на пути закрывающихся дверей рычаг растягивает пружину и отпускает концевик, запускающий мотор на реверс. Такая конструкция обеспечивает высокую безопасность: привод дверей при закрытии не давит на створки, а возвращается в исходное положение, тогда как усилие для закрытие создаётся не мотором, а пружиной (хорошо видной на фото механизма привода дверей), мотор при этом работает по сути вхолостую.

Чертёжи этого механизма

❯ Фотореверс

Теперь перейдём к электронному реверсу.

По конструкции разные модели заметно отличаются, однако принцип действия везде один: в дверном проёме стоят какие-то датчики, срабатывающие на перекрытие испускаемого их подсветкой луча света (обычно в ИК-диапазоне, чтобы не срабатывать от освещения и не мешать пассажиру). Ставятся они обычно слева и справа от дверного проёма, как на картинке выше. Если посмотреть через камеру, можно увидеть и работу подсветки (на КДПВ).

Вот, к примеру, выглядят датчики от лифта KONE.

Во многих лифтах используются световые завесы, состоящие из двух линеек с расположенными на них светодиодами и датчиками. На передающей линейке находится ряд ИК-диодов, на приёмной — последовательно соединённые группы фототранзисторов.

Сигнал с этих датчиков считывается контрольным блоком, который при срабатывании отдаёт команду станции управления лифтом или приводу дверей.

Электронный реверс всего лишь дополняет механический, а не заменяет его. Поэтому даже при его выходе из строя ничего страшного не произойдёт, пострадает разве что комфорт пассажира, замешкавшегося при входе в лифт.

А вот пример его подключения: на станции УКЛ одна из ячеек матрицы выделена именно под него.

❯ Обзор оборудования

Ну что же, посмотрим на то, что за девайс мы сейчас будем пробовать запустить.

Это УСППЛ-2-17 — устройство сигнализации прохода пассажира лифта. Выглядит оно как небольшая коробочка, на которой расположились разъёмы питания (220 В, как и для большинства подобной лифтовой электроники) и подключения датчиков, клеммник выходного сигнала (типа «сухой контакт»), два светодиода и какой-то переключатель. Больше ничего интересного снаружи нет.

Полный его комплект некогда выглядел так. Самих линеек со светодиодами и датчиками у меня, увы, нет, есть только сам прибор. Забавно, что разъём подключения питания в 24-вольтовой версии выглядит намного надёжнее, чем в имеющейся у меня сетевой.

❯ Внутренности

Какой-то распиновки разъёмов я не нашёл, поэтому, чтобы разобраться, как работает этот девайс, его придётся разобрать.

Сняв крышку, видим внутри единственную плату. В глаза сразу бросается сетевой трансформатор.

Вытаскиваем её. На ней реле, пищалка, стабилизатор напряжения, фильтрующий конденсатор.

Обратная сторона. Тут предохранитель, диодный мост, ещё несколько конденсаторов, низковольтный стабилизатор, транзистор, управляющий реле.

Управляющий микроконтроллер — простенький ATTiny25. Рядом с ним два разъёма неизвестного предназначения (вероятно, для прошивки МК).

❯ Подключение датчиков

Плата оказалась очень простая, поэтому распиновка нашлась довольно быстро. Она тут оказалась вот такая:

Распиновки этих разъёмов абсолютно одинаковы, на второй приходят те же самые сигналы. При этом один из контактов просто соединён с таким же в другом гнезде и больше не звонится ни с чем.

❯ Запуск

Изначально, увидев надписи RX и TX, я полагал, что на контакты передающей части подаётся какой-то сигнал, который ожидает увидеть приёмная часть. Такое решение позволило бы побороть помехи от освещения и прочих устройств в лифте, что повысило бы стабильность работы.

Тем не менее, всё оказалось максимально просто: передающая линейка питается от 9 В со стабилизатора, а приёмная имеет выход с открытым коллектором. При появлении какого-то объекта в её области видимости вход на контрольном блоке притягивается к земле. Внутри коробочки тоже нет ничего особенного. Контакт от приёмной линейки подключён через резистор в 330 Ом напрямую к ножке микроконтроллера и дополнительно притянут к его питанию.

Подаём питание. Девайс зажёг светодиод питания и коротко пискнул.

Пробуем сымитировать срабатывание датчика замыканием контактов. При попадании чего-то постороннего в дверной проём девайс пищит и включает реле. Если препятствие не убирается в течение долгого времени, звучит трёхтональный сигнал.

Вот так эта штука работает.

❯ Ещё немного про подключение

Фотореверс не относится к устройствам безопасности лифта, поэтому подключается аналогично любому другому оборудованию вроде кнопок и индикаторов — к матрице или (в современных лифтах) к плате управления на общей шине.
Интересно, что блок датчиков выдаёт сигнал при обнаружении препятствия, а не при его отсутствии. Зачем так сделано, мне неведомо, предположительно, нужно это для того, чтобы не блокировать работу лифта при выходе данного устройства из строя.

❯ Что же в итоге?

Изначально я думал, что эта штука будет достаточно сложной, но всё оказалось совершенно иначе. Тем не менее, её установка сильно повышает надёжность, комфорт и безопасность лифта. Даже некоторые старые лифты сейчас оснащают подобными устройствами.

Аналогичные системы используются и за пределами лифтовой сферы.

В частности, очень похожие по принципу действия световые завесы используются на производствах для контроля опасных участков.
Такие дела.

Автор текста: MaFrance351

Написано при поддержке Timeweb Cloud

Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале

• Аккумуляторы заряжаются и разряжаются достаточно медленно, поэтому, чтобы проверить поведение устройства при крайних значениях уровня заряда батареи, приходится долго ждать и при этом необходимо находиться рядом с испытуемым устройством чтобы не упустить нужный момент.

• Реальные аккумуляторы являются накопителями энергии и при их существенной емкости представляют серьезную опасность при нештатных ситуациях, например, при коротком замыкании их клемм. Литиевые аккумуляторы, например, могут воспламениться и устроить серьезный пожар.

• Тяговые аккумуляторные батареи, помимо вышеперечисленных пунктов, также имеют существенные габариты и вес, из-за чего их можно перемещать только с применением специальной техники. Что не очень удобно, поскольку обычно место ремонта аппаратуры находится далеко от места эксплуатации такой техники.

Имитаторы аккумуляторных батарей вполне себе производятся промышленно. Но это не самые ходовые приборы, потому они стоят существенно и достаточно редки. Поэтому изготовим такой прибор самостоятельно из доступных деталей.

В моем случае необходим эквивалент тяговой свинцовой аккумуляторной батареи напряжением 24 В для ремонта ее зарядного устройства, которое выдает зарядный ток до 30 А. Нетрудно подсчитать, что при максимальном напряжении на батарее 30 В и максимальном зарядном токе, устройство должно рассеивать мощность порядка 900 Вт.

В радиолюбительской практике  для изготовления различного рода нагрузок и эквивалентов издревле применяют обычные резисторы. Если включать резисторы последовательно и параллельно, комбинируя их в различные схемы, можно относительно легко подобрать нужное сопротивление под определенную рассеиваемую мощность. Мной когда-то давно были изготовлены подобные нагрузки (на фото ниже) для испытания самодельных усилителей мощности. Нагрузка состоит из четырех секций по 10 двухваттных резисторов в каждой. Резисторы сопротивлением 10 Ом, соответственно, сопротивление одной секции – 1 Ом. Секции соединены последовательно, поэтому сопротивление всей сборки – 4 Ом (это одно из самых часто встречающихся сопротивлений акустических систем). Поскольку, ко всем резисторам есть свободный доступ, подпаиваясь проводами к разным точкам нагрузки можно получить сопротивления как 4, так и 3, 2 и 1 Ом. А если соединить концы нагрузки вместе и подключиться в середине, можно получить 0,5 Ом и даже 0,25 Ом (когда все секции включены параллельно). Очень удобная получилась штука, пользуюсь ими постоянно вот уже пару десятков лет.

Нагрузка обдувается вентилятором. Вентилятор может питаться от самой нагрузки, для этого стоит мостовой выпрямитель на ультрабыстрых диодах. Единственный момент – при измерении КНИ усилителя с такой нагрузкой, выпрямитель вентилятора необходимо отключать, так как нелинейность диодов вносит существенную погрешность в этом виде измерений. Номинальная мощность такой нагрузки – 40 х 2 Вт = 80 Вт, но благодаря принудительному обдуву она вполне может рассеивать и больше. Я полагаю, что даже мощность 100 – 120 Вт для нее будет вполне терпимой.

Однако, для рассеивания мощности в 1 кВт даже двух таких нагрузок будет совершенно недостаточно. Необходимо, как минимум, десять. Для десяти нагрузок придется приобрести 400 двухваттных резисторов, при цене за штуку 10-15 рублей, выглядит не очень бюджетно. И это не считая еще покупки вентиляторов и затрат на сборку всего этого. Если использовать мощные керамические резисторы, у них цена порядка 20-30 р за 10 Вт, их потребуется только 100, что уже выглядит выгоднее. Использовать мощные резисторы с ушками для крепления к радиатору вообще невыгодно, у них цена в разы больше, порядка 200 р за 25 Вт и порядка 800 за 100 Вт (примерные цены взяты с сайта чип-дип на текущий момент).

Да и вообще, использовать резисторы не очень удобно, поскольку аккумуляторная батарея, в отличие от простой нагрузки, обладает собственной ЭДС и чтобы ее сымитировать, необходимо подавать на резисторную сборку минимально необходимое напряжение для старта ЗУ, то есть, нужно иметь в наличии еще и источник питания, способный выдавать мощность, сравнимую с мощностью самого зарядного устройства. Такой источник питания не у каждого имеется под рукой.

Поскольку зарядные устройства по отношению к аккумуляторной батарее всегда являются источником тока (обеспечивают стабильный ток при зарядке), то имитатор батареи должен вести себя как стабилизатор напряжения. Грубо говоря – стабилитрон. Но стабилитронов на такую мощность я ни разу не встречал.

А на чем еще можно рассеять такую мощность, кроме резисторов? Например, на транзисторах. В интернете можно нагуглить такую схему имитатора мощного стабилитрона на биполярном транзисторе.

Схема проста, состоит из нескольких деталей и работает следующим образом: пороговым элементом является управляемый стабилитрон TL431. Делителем R1/R2 задается напряжение его открывания. Как только напряжение в точке их соединения превысит 2,5 В, стабилитрон откроется и свом током откроет мощный биполярный транзистор. Открытый транзистор, забирая на себя часть тока, будет стремиться уменьшить напряжение на делителе. Таким образом, напряжение стабилизируется.

Однако, в нашем случае необходимо рассеять мощность порядка одного киловатта, а биполярные транзисторы плохо с этим справляются. Типичный максимальный ток силового биполярного транзистора – 10…15 А, а типичная максимальная рассеиваемая мощность (в обычных корпусах типа ТО-220 и ТО-3) – 100…150 Вт. Иными словами, для рассеивания такой мощности нужно как минимум 10 штук таких транзисторов, огромного размера радиатор и обязательно надо заморочиться с тем, чтобы ток поделился между всеми транзисторами поровну, вне зависимости от разброса их параметров и особенно, температуры. Хорошо хоть такие транзисторы стоят недорого. Например, очень популярный 2N3055 (NPN, 60 В, 15 А, 115 Вт) стоит всего около 70 р. Правда, его корпус ТО-3 не очень удобный, но если есть большое количество радиаторов от старой советской техники, этот вариант можно и рассмотреть.

Гораздо лучше ситуация с рассеиваемой мощностью у полевых транзисторов. У многих экземпляров в корпусах ТО-3PN и To-247 заявляется мощность до 300…400 Вт и даже больше. Но тут необходимо смотреть даташит, а конкретно, на область безопасной работы при постоянном токе. Часто она очень мала и в нее даже не попадает наше относительно низкое напряжение 30 В. Если выбирать высоковольтные экземпляры, то там уже лучше. Например, транзистор SPW47N60CFD (600 В, 46 А, 417 Вт) как раз имеет подходящую для нас область безопасной работы (см. график). Если, к примеру, взять 3…4 таких транзистора, вполне можно попробовать рассеять киловатт. Но, опять же, для транзисторов необходим радиатор циклопических размеров и к нему в придачу такого же размера вентиляторы, чтобы удержать температуру в пределах 100 градусов на кристалле.

Вот схема, похожая на предыдущую, но с использованием полевого транзистора. Работает аналогично, только открывшийся биполярный транзистор открывает за собой еще и полевой, который и рассеивает на себе основную мощность.

Поигравшись немного с полевиками, этот путь был признан бесперспективным. Вообще, рассеивание тепла на активных электронных полупроводниковых компонентах, работающих в линейном режиме – бесперспективный путь. Во-первых, потому что надо очень серьезно заморачиваться с отводом тепла, иначе полупроводник перегреется и выйдет из строя. Затем необходимо заморачиваться с режимом работы прибора. Не допускать самовозбуждения и неравномерного распределения тока между отдельными компонентами, работающими параллельно. А это очень сильно усложняет схемотехнику. Ну и в третьих, это все хозяйство занимает очень много места, а хотелось бы иметь небольшое приспособление, которое можно было бы расположить на рабочем столе рядом с ремонтируемым устройством. Полупроводники в линейном режиме подойдут для совсем уж маломощных устройств.

Поэтому я начал искать, на чем еще можно рассеять такую мощность. Прежде всего, можно использовать различные нагревательные устройства – лампы накаливания, электрокомфорки, ТЭНы, обогреватели. Если лампы накаливания на мощность более 100 Вт сейчас найти проблематично, то остальные приборы – вполне реально и часто даже бесплатно, в составе неисправной бытовой техники. Электрокомфорка, у которой перегорела одна спираль, в быту уже бесполезна, а как нагрузка вполне сгодится. Единственный момент, который все портит – все эти нагреватели рассчитаны на питание от сети 230 В и имеют соответствующее этому напряжению довольно высокое активное сопротивление. Поскольку мощность пропорциональна квадрату напряжения, то при нашем напряжении батареи 24 В, рассеиваемая мощность получается крошечной. Необходимо как-то или коммутировать различные нагревательные элементы в параллель, чтобы получить сопротивление пониже или повышать напряжение каким-либо преобразователем. Мне показался перспективным второй вариант.

А в качестве нагревателя я применил нагревательный элемент от малогабаритной стиральной машинки, когда-то выпускавшейся горьковским автозаводом (!!!). Эта машинка, помимо сложной механики и хитрой автоматики, имела еще и встроенную сушку. И этот нагревательный элемент как раз от нее. Он имеет мощность 900 Вт и размеры всего 110х55х35 мм. Разумеется, при такой мощности в таком объеме этот нагреватель необходимо интенсивно продувать воздухом, но это не составляет проблемы. С этим справляется обычный 24-вольтовый вентилятор 120х120мм. Аналогично, можно было бы применить нагреватель от сломанного бытового или промышленного фена. В них нагреватель также весьма компактный, достаточно мощный, и идет уже в сборе с вентилятором.

Осталась одна проблема – как преобразовать киловатт мощности напряжением 24…30 В в 220 В. По сути, не сказать что это задача со звездочкой. Такие преобразователи широко распространены в виде источников бесперебойного питания (ИБП) и походных инверторов. Последние не используют тяжелых и громоздких железных трансформаторов, а используют более легкие и компактные ферритовые трансформаторы. И преобразование происходит не на частоте сети 50 Гц, а значительно выше. Это напряжение потом выпрямляется в постоянное ~310 В и из него транзисторными ключами уже формируют переменное с частотой 50 Гц. Сейчас часто встречаются модели, даже формирующие чистый синус на выходе.

Но нам чистый синус не нужен. И переменный ток 50 Гц тоже. Даже выпрямлять высокочастотное напряжение не обязательно. Нагрузку можно подключить напрямую к повышающему трансформатору. Благодаря этому схему можно сильно упростить. В результате получилась такая схема:

Повышающий преобразователь собран на широко распространенной микросхеме TL494 (DA3) по прямоходовой схеме. Микросхема управляет силовыми ключами VT2 – VT5 через драйверы DA3, DA4. Ключи коммутируют обмотки трансформатора TV1. Трансформатор взят готовый из неисправного зарядного устройства и включен наоборот. Поскольку в исходной схеме трансформатор был включен в полумост, его коэффициент трансформации все равно получился меньше необходимого. Из-за чего нагрузку (R28) пришлось немного доработать. Исходно, ее сопротивление составляло 50 Ом. Я соединил концы спирали вместе к одному выводу, а вторым выводом подключился в середине. Результирующее сопротивление теперь составило 12,5 Ом. Теперь нагреватель может работать при напряжении 115 В, а именно такое напряжение получается снять с трансформатора. Демпферная цепочка С36R26 гасит выбросы самоиндукции трансформатора. Но даже при ее наличии, необходимо выбирать транзисторы VT2 – VT5 с допустимым напряжением на стоке не менее 100…150 В. Я взял транзисторы FTP23N10A из неисправного 24-вольтового компьютерного ИБП. Их параметры не впечатляют, 100 В, 57А и 23 мОм сопротивление открытого канала, поэтому поставил их по 2 шт в каждое плечо. До этого я пробовал IRFP4110, но с ними мне не повезло - попались контрафактные, с сопротивлением канала даже бОльшим, чем у FTP23N10A. При коэффициенте трансформации К=5, сопротивление нагрузки 12,5 Ом превращается в 0,5 Ом для транзистора. Поэтому коммутирующие транзисторы необходимо выбирать с сопротивлением открытого канала не более 5…10 мОм и с максимальным током не менее 100…120 А. Разумеется, эти транзисторы необходимо установить на приличного размера радиатор, а сам радиатор расположить так, чтобы его обдувало потоком воздуха от вентилятора.

Преобразуемое напряжение подается на среднюю точку трансформатора через фильтр. Фильтр необходим для сглаживания потребления тока преобразователем. Поскольку преобразователь работает на высокой частоте и нагружаемое им устройство также работает на высокой частоте, они не должны никак влиять друг на друга. Фильтр из индуктивности L1 с конденсаторами С19, C23, C26, С33 фильтруют высокочастотные помехи, а батарея электролитических конденсаторов C17, C18, C24, C25, C31, C32, C34, C35 фильтрует низкочастотные флуктуации. Мощный дроссель L1 и конденсаторы также взяты готовые из неисправного ЗУ. Мотать различные катушки и трансформаторы – к этому у меня давняя нелюбовь.

Логика работы обратной связи преобразователя как нагрузки отличается от таковой у обычного преобразователя. У обычного преобразователя обратная связь заводится с выхода и настраивается так, чтобы поддерживать на выходе стабильное напряжение или ток. Здесь же необходимо реализовать функцию ограничения напряжения на входе. При напряжении меньше некоторого порогового преобразователь должен быть выключен. При повышении напряжения выше порогового, преобразователь должен включаться и увеличивать скважность импульсов, нагружая вход так, чтобы напряжение на нем больше не росло. Для этого на плюсовой вход второго компаратора микросхемы TL494 подается опорное напряжение 5 В, а на минусовой вход – напряжение с делителя входного напряжения. Делитель образован резисторами R5, R6, R11, R14 и R1. R11 и R14 – переменные для грубой и точной установки напряжения. R1 подключается дополнительно тумблером. Если он подключен, то диапазон регулировки напряжения примерно 19…33 В, то есть, для имитации 24-вольтовых батарей. Если резистор отключен, то диапазон становится 10…15 В для имитации 12-вольтовых батарей. Второй режим мне как бы не нужен был, но поскольку он реализуется лишь одним дополнительным резистором и тумблером, то почему бы его и не сделать.

Имитацию внутреннего сопротивления батареи можно регулировать резистором обратной связи R7. Чем меньше его сопротивление, тем батарея «мягче», ее «сопротивление» больше. Это важно для тех зарядных устройств, которые заряжают пульсирующим током сетевой частоты.

А что будет, если на преобразователь будет подана мощность больше той, что он может преобразовать? В этом случае стабилизация перестанет работать, напряжение будет расти до тех пор, пока не сработает защита, о которой подробнее будет рассказано далее.

Микросхема TL494 питается от 12 В стабилизатора на DA1. От этого же стабилизатора питается узел защиты на микроконтроллере. На стабилизатор подается напряжение 15В от DC/DC преобразователя на стандартном модуле на основе LM2596. Напряжение 15 В также питает 24-вольтовый вентилятор. При этом напряжении вентилятор уже достаточно сильно дует и пока еще не так громко шумит. Это напряжение можно регулировать в небольших пределах DC/DC модулем, это никак не скажется на остальной схеме. DC/DC модуль питается от напряжения около 40 В.

Напряжение для имитации ЭДС батареи создается вторым DC/DC преобразователем. Этот преобразователь с помощью простой схемки на одном транзисторе превращен в источник тока порядка 0,5 А. Такого тока вполне достаточно чтобы зарядные устройства «почуяли» батарею. Напряжение питания 40 В берется от готового блока питания из какого-то вышедшего из строя лазерного МФУ.

Блок защиты, помимо самой защиты еще осуществляет индикацию текущих тока, напряжения, вычисляет мощность и считает ампер-часы. Напряжение измеряется обычным резистивным делителем. Ток – с помощью специальной микросхемы-усилителя напряжения шунта INA240. Напряжение и ток после простейших RC-фильтров оцифровываются встроенным АЦП. Поскольку и напряжение и ток не всегда могут быть постоянными, оцифрованные значения прогоняются через вычислитель RMS (средне-квадратичное значение). Если один из параметров – напряжение, ток или мощность выйдут за уставку, микроконтроллер на выход 10 выдаст логический 0, который заглушит преобразователь. При этом на экране зафиксируются последние измеренные цифры, а тот параметр, по которому произошло срабатывание защиты, начнет мигать. Выйти из этого состояния можно по нажатию кнопки «Сброс» на плате микроконтроллера. ПО доступно на гитхабе.

Поскольку устройство разрабатывается как приспособление, в единственном экземпляре, оно собрано из подручных деталей на нескольких небольших макетных платах.

Вопросы и замечания прошу писать в комментариях.

Автор текста: zatim

Написано при поддержке Timeweb Cloud ↩

Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале