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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Elettrocoltello Pasechny. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Casa, casa, hobby L'articolo descrive un coltello da apiario elettrico, esente dagli svantaggi di prodotti simili prodotti dall'industria. La semplicità del design, l'uso di basi elementari e materiali accessibili rendono possibile la sua ripetizione a casa. Il modo più diffuso per aprire i favi durante il pompaggio del miele è tagliare i cappucci di cera che sigillano le celle con uno speciale coltello da apiario. La tecnologia tradizionale è la seguente: un set di coltelli per api viene immerso in un contenitore con acqua bollente, di solito almeno quattro o cinque pezzi. Tirano fuori un coltello, si scrollano di dosso l'acqua (se entra nel miele, diventa acida) e velocemente, finché il coltello non si è raffreddato, aprono i favi con movimenti di sega. L'apertura avviene sciogliendo la cera. Le forze meccaniche dovrebbero essere minime per evitare la sgualcitura delle cellule. Dopo alcuni secondi il coltello si raffredda (la sua temperatura scende al di sotto del punto di fusione della cera), quindi viene nuovamente immerso in un contenitore con acqua bollente, si estrae il coltello successivo e quindi si ripete il processo. Per evitare incursioni di api, l'apertura dei favi e il pompaggio del miele si effettuano in un locale chiuso: in campo è una tenda, in condizioni stazionarie è un qualsiasi locale adatto. Le condizioni di lavoro sono piuttosto difficili: temperatura elevata dovuta ad una stufa in continuo funzionamento, elevata umidità dovuta alla presenza di un contenitore di acqua bollente. La presenza di acqua sul coltello e l'elevata umidità dell'aria dovuta all'elevata igroscopicità del miele ne peggiorano la qualità. Tuttavia, nonostante gli svantaggi associati all’uso di coltelli da apiario riscaldati in acqua bollente, la maggior parte degli apicoltori preferisce il metodo tradizionale di apertura dei favi, rifiutandosi di utilizzare i coltelli da apiario elettrici apparentemente più convenienti prodotti dall’industria. Sfortunatamente, i coltelli elettrici industriali non sono infatti esenti da svantaggi “intrinseci”. Pertanto, il riscaldamento della lama del coltello durante le inevitabili pause del lavoro supera il punto di ebollizione dell'acqua, motivo per cui, quando si riprende il lavoro, gli zuccheri del miele si caramellano e bruciano. La potenza del riscaldatore insufficiente e la conduttività termica relativamente bassa del materiale della lama del coltello fanno sì che durante il funzionamento la temperatura del tagliente scenda al di sotto del punto di fusione della cera. E il riscaldatore del filo di nicromo non è la parte più affidabile di un coltello elettrico. Come risultato di molti anni di esperimenti, ho sviluppato il design di un coltello elettrico per api, che utilizzo da oltre 10 anni. Nello svilupparlo, ho proceduto dalle seguenti considerazioni. 1. L'apertura del nido d'ape avviene per azione termica sulla guarnizione del nido d'ape. Le forze meccaniche dovrebbero essere minime per evitare la sgualcitura delle cellule. La temperatura del bordo tagliente della lama del coltello deve essere superiore alla temperatura di fusione della cera (64 оC) tenendo conto dell'intensità di dissipazione del calore di almeno 10 °C, ovvero circa 75 °C. La temperatura massima della lama del coltello in qualsiasi modalità deve essere inferiore al punto di ebollizione dell'acqua, ovvero non deve superare i 95 °C. Non dovresti aver paura del surriscaldamento del miele: a causa della bassa conduttività termica del miele e della cera, solo un sottile strato di miele a diretto contatto con la lama del coltello viene riscaldato a temperature superiori a 45 ° C, alla quale gli enzimi del miele vengono distrutti, e si tratta di centesimi e millesimi di percentuale del volume totale del miele, che non avrà praticamente alcun effetto sulla sua qualità. 2. Per aumentare la produttività, la potenza del riscaldatore deve essere sufficientemente elevata e la resistenza termica del circuito riscaldatore-lama deve essere minima. Il coltello deve poter essere alimentato sia da fonti AC che DC (batteria, impianto elettrico dell'auto, ecc.). Dovrebbe consumare la massima energia dalla rete; il consumo di energia da fonti autonome dovrebbe essere ridotto. Il coltello funziona in un ampio intervallo di temperature di riscaldamento, quindi la sua potenza può essere regolata in modo discreto. Il requisito di resistenza termica minima può essere soddisfatto realizzando la lama del coltello con un materiale ad alta conduttività termica. L'argento ha il coefficiente di conduttività termica più alto: 418,7 W/m-K, ma un coltello realizzato con questo metallo sarà troppo costoso. Il parametro indicato per il rame è leggermente peggiore: 389,6 W/m-K. L'acciaio, il cui coefficiente di conduttività termica è 8,5 volte inferiore a quello del rame, è completamente inadatto per un coltello elettrico. Realizzando un coltello in lamiera di rame spessa 3 mm, otteniamo una resistenza termica paragonabile a quella di un coltello d'argento con lama spessa 2 mm. Non c'è bisogno di aver paura delle reazioni chimiche del rame con gli acidi organici del miele: anche le nostre bisnonne consideravano le bacinelle di rame i migliori utensili per fare la marmellata. 3. La temperatura del riscaldatore non deve superare 100 оC, e per migliorare il trasferimento di calore dal riscaldatore alla lama del coltello, deve essere garantita la massima area di contatto tra il riscaldatore e la lama del coltello. Sulla base di quanto sopra, è stato sviluppato un coltello elettrico per l'apicoltura, la cui descrizione è offerta all'attenzione dei lettori. Lo schema della parte elettronica del coltello è mostrato in Fig. 1, e il disegno è in Fig. 2. Il dispositivo contiene un riscaldatore costituito da potenti transistor VT1-VT5 funzionanti in modalità attiva, un relè termico sigillato KK1 che spegne il riscaldatore quando la temperatura raggiunge i 95 °C e un insieme di diodi Schottky VD1, che serve a rettificare l'alternanza corrente durante il funzionamento in condizioni stazionarie.
La base del design del coltello elettrico è la lama 6, realizzata in lamiera di rame spessa 3 mm. Ad esso viene saldato con lega per saldatura dura un tubo di rame 3 con un diametro di 8...10 mm, piegato a forma di lettera latina Z. Al tubo è fissata una maniglia 2 in materiale isolante. La spina del connettore 1 (XP1) è fissata all'estremità. Esso e la corrispondente presa XS1 (sul cavo di collegamento) sono costituiti da un connettore staccabile ШР con spinotti con un diametro di 0,8...1 mm, per il quale i frammenti necessari vengono tagliati dalle parti spinotto e presa del connettore con un seghetto. I transistor 7 (VT1-VT5) sono fissati alla lama con 6 viti M3 a testa svasata, avvitate nei fori filettati della lama. La stessa vite viene utilizzata per fissare (tramite un distanziale in mica) il gruppo diodo 9 (VD1). Il relè termico 8 (KK1) è premuto sulla lama con una staffa e viti M2 (non mostrate in Fig. 2). Per migliorare il trasferimento di calore, le superfici di contatto della lama e le parti denominate sono lubrificate con pasta termoconduttiva KPT-8. Poiché il coefficiente di trasferimento di corrente statico della base dei transistor compositi della serie KT829 ha una diffusione significativa (solo il suo valore minimo è normalizzato, pari a 750), i resistori R1-R5, prima dell'installazione sul posto, vengono selezionati separatamente per ciascun transistor fino a quando si ottiene una corrente di collettore pari a 1,5 A (Fig. 3,a). La rimozione del calore da questi resistori è difficile, quindi è auspicabile che su di essi venga dissipata la minor potenza possibile. Ciò è ovviamente possibile con un'elevata resistenza resistiva, cioè quando si utilizzano transistor con il coefficiente di trasferimento di corrente statico più alto possibile.
Tutti i collegamenti elettrici vengono realizzati mediante saldatura con lega stagno-piombo. Per il collegamento alla spina 1 viene utilizzato un filo con una sezione di 1 mm2 nell'isolamento resistente al calore. Al termine dell'installazione, le parti ed i fili vengono abbondantemente ricoperti con autosigillante 10 e chiusi con un coperchio 4. È realizzato in lamiera di rame di spessore 0,6...0,8 mm mediante martellatura mediante tecnologia utilizzata nella coniatura artistica con due ricotture intermedie. All'incrocio con il coperchio 4, il tubo 3 è appiattito e il coperchio viene segato per garantire collegamenti fluidi. Quando si ripete il disegno, si consiglia di fissare temporaneamente il coperchio alla lama del coltello con viti e dadi M2. Il giorno dopo, dopo che il sigillante si è indurito, le viti possono essere sostituite con rivetti in rame con testa svasata (non possono essere installati immediatamente - a causa delle vibrazioni create durante la rivettatura, il sigillante fuoriuscirà). Il sigillante in eccesso viene rimosso, la lama viene affilata, come mostrato in Fig. 2 e lucidato. Un coltello realizzato in questo modo garantisce la temperatura di esercizio del tagliente, indipendentemente dall'intensità del lavoro, e impedisce al miele di bruciarsi. Coprendo l'installazione con uno strato di sigillante e utilizzando un coperchio aderente si elimina il contatto del miele con la saldatura contenente metalli pesanti. Come notato, la corrente di collettore dei transistor VT1-VT5 viene scelta pari a 1,5 A. Pertanto, con una tensione di alimentazione di 12 V, ciascun transistor consuma (e dissipa) potenza 121·5 = 18 W. In condizioni stazionarie, il coltello è alimentato da un trasformatore step-down T1 con una potenza di 150 W. I suoi avvolgimenti secondari II.1 e II.2 con una tensione di 12 V ciascuno sono collegati in serie. La presa XS1 è collegata agli avvolgimenti secondari del trasformatore con un cavo PVS 3x1,5. Quando si collega la presa XS1 alla spina XP1, sul gruppo diodi VD1 si forma un raddrizzatore a onda intera. Il ponticello tra i contatti 2 e 3 della presa assicura che tutti i transistor siano accesi contemporaneamente, la potenza consumata dal coltello è 5·18 = 90 W. Quando si opera da una fonte autonoma, l'alimentazione viene fornita ai contatti 1 e 2 (il consumo energetico è 3·18 = 54 W) o 3 e 4 (il consumo energetico è 2·18 = 36 W). Il gruppo diodi VD1 in questo caso serve a proteggere dalla tensione di alimentazione nella polarità sbagliata. In assenza di transistor della serie KT829, è possibile utilizzare transistor compositi da due convenzionali (Fig. 3,b). È conveniente utilizzare i transistor della serie KT1 come VT315, poiché hanno un involucro piatto e sono più convenienti da installare; come VT2 - transistor npn a bassa o media frequenza in un pacchetto TO-220 con la massima dissipazione di potenza sul collettore di almeno 25 W, una tensione consentita tra collettore ed emettitore di almeno 25 V e una corrente massima di collettore di almeno 3 A (KT805AM, KT805BM, KT819 con qualsiasi indice di lettere, ecc.). La resistenza del resistore nel circuito di base deve essere di almeno 5 kOhm, altrimenti il transistor VT1 dovrebbe essere sostituito con un altro con un coefficiente di trasferimento di corrente più elevato. I diodi del gruppo VD1 devono consentire una corrente diretta di almeno 10 A e una tensione inversa di almeno 25 V. Questi possono essere gruppi domestici KD271AS, KD271VS, KD272AS, KD272VS, KD273AS, KD273VS o singoli diodi con gli stessi parametri nel Pacchetto TO-220. Relè termico ermetico TLRS-9700 con una temperatura operativa di +85...95 оC e una corrente di commutazione di 10 A, è possibile sostituire due relè termici YC9700 o KSD9700 con una corrente di commutazione di 5 A, collegandoli all'interruzione dei fili che collegano gli emettitori dei gruppi di transistor ai pin 2 e 3 della spina XP1 . Il coltello è disponibile per essere realizzato in casa. Possono sorgere difficoltà con la saldatura forte, ma questa operazione può essere eseguita in un'officina di riparazione metalli o Rembytkhekhnika; in casi estremi, il tubo del manico può essere fissato alla lama del coltello con rivetti. Il coltello è facile da usare, affidabile e durevole. Autore: K. Moroz
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