Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Радиоэлектроника в результате повышения качества продукции, научных достижений прошла несколько этапов развития от объемного монтажа до печатного. При этом увеличивалось количество функций выполняемых устройством, сложность его исполнения, но при этом уменьшились массогабаритные параметры. Радиоэлектроника применяется практически во всех отраслях народного хозяйства. Поэтому без широкого применения радиоэлектронной аппаратуры прогресс в этих отраслях немыслим.

В научно-исследовательских учреждениях постоянно проводятся работы по уменьшению диаметра переходных отверстий и уменьшению расстояния между печатными проводниками вследствие этого уменьшаются размеры печатных плат. Эти платы имеют улучшенные конструкторские показатели и выполненные из более прочных материалов.

Основной задачей данной работы является разработка конструкции и технологии изготовления устройства управления блока управления горизонтированием (БУГ).

1. Назначение и применение изделия

Изделие БУГ предназначено для использования в системе горизонтирования пола подвесной люльки, расположенной на гидроподъемнике (пожарной машине), или для горизонтирования платформы пожарной машины и служит для защиты их от опрокидывания.

- изделие формирует аналоговый сигнал, пропорциональный углу наклона пола люльки (платформы) машины относительно горизонта [напряжение между цепями «ВЫХ 1» и «ВЫХ 2 (U_ОП)»]:

U = K · L,

где U - напряжение выходного сигнала,

В, L - угол наклона оси изделия относительно горизонта,°;

К - коэффициент, регулируемый от 0,42 до 2,5 В/.

- напряжение ограничения выходного сигнала не менее ± 4 В;

- сопротивление нагрузки R_Н составляет (100 20) Ом;

- изделие формирует дискретные сигналы:

- «ВЫХОД 1» (цепи «+L_ВХ», «+L_ВЫХ») - «сухой» контакт реле на ток 0,1 А (для изделия БУГ) или 3,0 А (для изделия БУГ-1). Замыкание контакта реле происходит при достижении угла наклона оси изделия порогового значения L +L_пор, размыкание - при L (+L_пор - 0,5) при положительных углах;

- «ВЫХОД 2» (цепи» - L_ВХ»,» - L_ВЫХ») - «сухой» контакт реле на ток 3,0 А.

Замыкание контакта реле происходит при достижении угла наклона оси изделия порогового значения L - L_пор, размыкание - при L (-L_пор - 0,5) при отрицательных углах. Пороговый угол L_пор регулируется в пределах от 1,0 до

5,0°. (Изделие поставляется потребителю настроенным на угол L_пор = 1,0°). Максимальное коммутируемое постоянное напряжение 36 В;

- изделие формирует сигнал АВАРИЯ (цепи «ЗАЩвх», «ЗАЩвых») - нормально замкнутый «сухой» контакт реле на напряжение 24 В и ток 0,1 А. Размыкание происходит при превышении угла наклона оси изделия значения (8,5 0,5) относительно горизонта;

- номинальное напряжение питания (бортовая сеть автомобиля U_БС): + 12 или 24 В;

- климатическое исполнение - VI ГОСТ 15150 - 69;

- механические нагрузки - группа условий эксплуатации М3 по

ГОСТ 17516 - 72 без многократных ударов;

- степень защиты корпуса - IP55 ГОСТ 14254 - 96.

Основные технические параметры изделия сведем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Основные технические параметры изделия

Параметр
Наименование	Значение
Аналоговый сигнал управления: - диапазон изменения тока выходного аналогового сигнала, пропорционального углу наклона L оси изделия относительно горизонта, в диапазоне изменения угла L от 0,5 до 5°, мА - зона нечувствительности изделия при токе по аналоговому выходу не более 2,5 мА, - коэффициент усиления К аналогового сигнала при выходном токе от 20 до 60 мА в положении максимального угла	от 2,5 до 60 0,5 регулируемый
Дискретный сигнал управления: - выходной ток дискретного сигнала изделия БУГ, A, не более - количество выходных дискретных сигналов управления - максимальное коммутируемое напряжение дискретного сигнала, В - диапазон регулировки порога срабатывания дискретного сигнала (порогового угла Lпор),	3,0 2 36,0 от 1,0 до 5,0
Аварийный сигнал управления: - выходной ток сигнала АВАРИЯ напряжением 24 В, А, не более - порог срабатывания (размыкания) аварийного сигнала,	0,1 L = (8,5 0,5)
Погрешность измерений угла наклона L в диапазоне рабочих температур изделия, , не более	0,5
Установка нуля горизонта (L 0)	регулируемая
Номинальное напряжение питания постоянного тока (UБС), В	+ 12,0 или + 24,0
Диапазон изменения напряжение питания постоянного тока, В	от 10,2 до 30,0
Ток, потребляемый от источника питания постоянного тока напряжением +30 В, А, не более	0,3
Диапазон рабочих температур, С	от минус 40 до плюс 55
Относительной влажности воздуха при температуре +25°C, %	не более 98
Габаритные размеры, мм, не более	126 · 110 · 95
Масса, кг, не более	0,75
Средняя наработка до отказа, ч, не менее	6250
Срок службы, лет, не менее	10

2. Анализ условий эксплуатации

Эксплуатационные требования к устройству управления БУГ:

- диапазон рабочих температур от минус 50 до плюс 60°С;

- относительная влажность при Т = 25 єС до 98%;

- вибрация от 10 до 100 Гц;

- ударные нагрузки до 3 g;

- пониженное давление 84 кПа;

- объект установки изделия - платформа пожарной машины.

Существует четыре вида механических воздействий на конструкцию РЭА: вибрации, удары, линейные и центробежные ускорения, шумы и акустические удары.

Механическим воздействиям подвергается практически любая конструкция, даже стационарная радиоэлектронная аппаратура испытывает механические воздействия во время транспортировки и монтажа в помещении, где ей предстоит работать.

Наиболее опасным фактором при вибрационных воздействиях является резонанс вынужденных и собственных колебаний механической систем конструкций, при котором разрушающее усилия могут возрастать в десятки раз.

Изделия взаимозаменяемы, но после замены изделия необходимо выполнить операции по его настройке и проверке согласно паспорта на изделие.

Условия эксплуатации и хранения изделия должны соответствовать условиям хранения 5 (ОЖ4) по ГОСТ 15150-69 для изделий исполнения группы VI.

Во время складирования и хранения ящики с изделиями не должны подвергаться резким ударам и воздействию атмосферных осадков.

В течение всего срока эксплуатации изделия потребитель должен сохранять пломбы завода-изготовителя изделия или машины, или организации, имеющей право на проведение пуско-наладочных и (или) ремонтных работ и договор на проведение указанных видов работ с заводом-изготовителем изделия.

При нарушении одной или нескольких пломб изделия в период его гарантийного срока эксплуатации изготовитель не несет ответственность за правильность функционирования изделия и вся ответственность за безопасную эксплуатацию машины лежит на потребителе изделия. При этом оплату работ изготовителю по восстановлению работоспособности изделия (ремонту) производит потребитель изделия.

Изделие не содержит источников опасности для обслуживающего персонала.

3. Анализ требований к электрическим параметрам

Блок управления горизонтированием (БУГ) предназначен для использования в системе горизонтирования пола подвесной люльки, расположенной на гидроподъемнике (пожарной машине) или для горизонтирования различных платформ.

Электрическое питание изделия осуществляется от бортовой сети автомобиля напряжением + (24 6) В, мощность, потребляемая изделием, не превышает 7 ВА.

Изделие поставляется в климатическом исполнении VI по ГОСТ 15150-69.

Диапазон рабочих температур изделия - от минус 40 до +55°C.

По стойкости к механическим внешним воздействующим факторам изделие соответствует группе механического исполнения М3 по ГОСТ 17516.1-90 без многократных ударов.

Степень защиты изделия - IP55 по ГОСТ 14254-80.

БУГ вырабатывает выходное напряжение аналогового канала на контакте 1 разъема от 0,5В до 9,5В (ток до 50 мА) при изменении угла наклона основания БУГа от минус 1 до плюс 1. Напряжение 5В соответствует нулю градусов относительно горизонта. На контакт 2 выдается опорное напряжение 5В для создания разнополярного сигнала 4,5 В относительно контакта 2.

БУГ выдает два дискретных (релейных сигнала током до 0,1А и напряжением до 30В) при отклонении основания БУГа на 0,2 -1,0 градусов от горизонта для большей стабилизации платформы введен гистерезис на срабатывание и отпускание реле.

Цепь дискретного канала 1 (контакты 5 и 6 вилки ХР1) должна замыкаться при изменении угла наклона L изделия не менее, чем на 1 относительно горизонта (0) и оставаться замкнутой при изменении угла L в диапазоне от 1 до 9, а также от 9 до 0,5. Регулировка срабатывания осуществляется подстроечным резистором и может меняться от 1 до 0,2.

Цепь дискретного канала 2 (контакты 7 и 8 вилки ХР1) должна замыкаться при изменении угла наклона L изделия не менее, чем на минус 1 относительно горизонта (0) и оставаться замкнутой при изменении угла L в диапазоне от минус 1 до минус 9, а также от минус 9 до минус 0,5. Регулировка срабатывания осуществляется подстроечным резистором и может меняться от 1 до 0,2.

БУГ имеет канал защиты. Аварийная защита должна срабатывать (размыкание цепи между контактами 3 и 4 вилки ХР1) при углах наклона L изделия относительно горизонта (0), превышающих 7,5 как при положительных, так и при отрицательных знаках угла наклона изделия, т.е. при L 7,5.

Масса изделия должна быть не более 0,75 кг.

Габариты изделия 126 · 110 · 95.

Выходной разъем РС10.

Основные технические данные:

- номинальное напряжение питания постоянного тока (U_БС):

+ 12,0 или + 24,0 В;

- диапазон изменения напряжение питания постоянного тока:

от 10,2 до 30,0 В;

- ток, потребляемый от источника питания постоянного тока напряжением +30 В, не более 0,3А;

- диапазон рабочих температур, от минус 40 до плюс 55С.

4. Описание принципа работы устройства управления по схеме электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная изделия БУГ содержит два функционально законченных узла: датчик угла и устройство управления.

Подаваемое на БУГ внешнее напряжение питания U_БС (ХР1:9, 10) поступает на вход (УУ:5, 6) LC-фильтра (L1, C9-C11) платы устройство управления. Диод VD1 обеспечивает защиту изделия от изменения полярности (переполюсовки) напряжения U_БС. С фильтра входное напряжение U_БС поступает на интегральный стабилизатор постоянного напряжения D1, обеспечивающий запитку напряжением 15 В (устройство управления: 8) всех элементов платы устройство управления и датчика угла.

Датчик угла представляет собой датчик маятникового типа, формирующий выходное напряжение U_вых.а = (- 1,5…+ 1,5) В, пропорциональное углу наклона оси датчика относительно горизонта L= (- 45… + 45).

Устройство управления блока содержит аналоговый канал и канал дискретных выходов.

Аналоговый канал, состоящий из предварительного (DA1.1) и масштабирующего (DA1.2, VT1, VT2) усилителей и формирователя опорного напряжения U_оп = (6 0,5) В (VT3, VT4, R14 - R17), усиливает сигнал с датчика А1, пропорциональный углу наклона изделия (платформы) относительно горизонта, до величины, обеспечивающей нормальную работу исполнительного элемента аналогового канала системы горизонтирования.

Сигнал с датчика угла, усиленный предварительным усилителем, поступает на входы компараторов каналов защиты и дискретных выходов и на вход масштабирующего усилителя аналогового канала.

Выходное напряжение U_вых1 масштабирующего усилителя, пропорциональное углу L, поступает на контакт 3 платы УУ. На контакт 4 этой же платы поступает напряжение U_оп= (6 0,5) В, вырабатываемое формирователем опорного напряжения аналогового канала. В результате напряжение между контактами 3 и 4 платы (U₃₄) также пропорционально углу L. Это напряжение U₃₄, положительной или отрицательной полярности в зависимости от знака угла наклона изделия (+L или - L) относительно горизонта, используется для управления исполнительными элементами аналогового канала системы горизонтирования платформы.

При нахождении изделия (платформы) в горизонтальном положении напряжение на выходе аналогового канала должно быть равно 0 В. Для установки U₃₄ = 0 используется подстроечный резистор R7 «Уст. 0».

Коэффициент пропорциональности масштабирующего усилителя (DA1.2) регулируется подстроечным резистором R6 «Усиление».

Канал дискретных выходов изделия, предназначенный для формирования релейных сигналов управления системой горизонтирования платформы, состоит из двух каналов, выполненных по одной и той же схеме (DA1.3, VT6, K2; DA1.4, VT7, K3). Делитель R18-R21 формирует опорные напряжения каналов.

При нахождении платформы в горизонтальном положении - исходное состояние изделия - компараторы каналов (DA1.3, DA1.4) выключены («0»), интеллектуальные ключи DA3 и DA4 разомкнуты.

При превышении угла L порогового значения L_ПОР = (10,35) напряжение на входе 10 компаратора DA1.3 превышает опорное (DA1.3:9), компаратор DA1.3 срабатывает, включает ключ DA3, контакты - размыкаются.

При углах L, меньших L_ПОР = (10,35), напряжение на входе 13 компаратора DA1.4 превышает опорное (DA1.4:12), компаратор DA1.4 срабатывает, включает ключ DA4, контакты - размыкаются.

Величины сопротивлений резисторов R30-R33, R23, R25, R27, R29 рассчитаны таким образом, чтобы при возврате компараторов каналов дискретных выходов и защиты ключей DA3 и DA4.

Схема электрическая принципиальная устройства управления представлена в графической части проекта на листе Д1903.15.03.0000Э3.

5. Выбор элементной базы

Выбор элементной базы должен определяться техническими требованиями, предъявляемые к аппаратуре, в которой они должны использоваться.

К общим требованиям, предъявляемым ко всем входящим в состав устройства управления относятся:

- температура окружающей среды от плюс 1 єС до плюс 40 єС;

- относительная влажность до 98%;

- ресурс не менее 10000 часов;

- срок службы не менее 10 лет.

Кроме того, при выборе элементов должен учитываться характер цепей, в которых используются элементы. При выборе дискретных навесных элементов нужно руководствоваться следующими принципами - элементы должны быть совместимы с выбранными микросхемами; должны просто и надежно монтироваться рядом с микросхемами.

В настоящее время выпускается много ЭРЭ различных типоразмеров. Для того чтобы разрабатываемая аппаратура работала надежно, имела удовлетворяющие малогабаритные показатели, была более технологична, отвечала требованиям микроминиатюризации, необходим рациональный выбор ЭРЭ.

Наиболее прогрессивными, технологичными и надёжными являются ЭРЭ таких фирм производителей как Microchip, Texas Instrument, Motorola, зарекомендовавшие себя во всём мире. Микросхемы, выполняемые вспомогательные функции, выбираем из условия их малого энергопотребления, соответствия условиям эксплуатации и условия их электрической совместимости. В этом случае используются микросхемы средней степени интеграции.

Из этих условий выбираем микросхемы следующих типов:

- PKV3325;

- IR6220;

- К1401УД2Б.

Микросхемы отличаются повышенной стойкостью к воздействию факторов внешней среды.

Транзисторы должны выбираться из соответствия ТЗ: требуемой мощности рассеивания, допустимых напряжений и токов. При повышении значения параметров происходит разрушение полупроводника. Согласно требованиям ТЗ выбираем транзисторы следующих марок:

- КТ816Б;

- КТ817Б.

Дискретные диоды и резисторы должны быть малогабаритными, тепло, влагоустойчивыми и достаточно стабильными. Этим требованиям отвечают резисторы типа С2-33Н, С2-29В, СП5-2-1 и КД209А, КД521А, они имеют широкий диапазон номинальных значений, небольшой ТКС и большой срок службы.

Параметры резистора

Тип Резистора	ГОСТ, ТУ	Диапазон сопротивлений	Ряд по ГОСТ 2825-67	ТКС, %/Сє	Долговечность [час]	Изменение, R%
С2-33Н	ОЖО467.093ТУ	1Ом-1МОм	Е192	±0,25·10-2	20000	± 5

Исследуя таблицу 2.1 видно, что наиболее полно всем требованиям ТЗ удовлетворяют резисторы С2-33Н. Они малогабаритны, имеют широкий диапазон номинальных сопротивлений, небольшой ТКС, долговечность. К точности преобразования предъявляются высокие требования в соответствии ТЗ.

Конденсаторы выбираем типа К10-17а, К50-25, К73-11а. Они наиболее соответствуют следующим параметрам: стабильность емкости, напряжение работы, большая емкость при небольших габаритах, малые допуска отклонений, небольшой ТКС. Для использования в качестве фильтров по цепи питания (сетевой фильтр), необходимо выбрать конденсаторы большой емкости типа

К50-25, К73-11а, имеющие небольшие размеры согласно требованиям ТЗ.

6. Анализ общих технических требований к конструкции изделия

Технические требования, предъявляемые к конструкции блока БУГ и устройству управления, должны учитывать, что данные устройства будет эксплуатироваться в жестких условиях эксплуатации.

Комплектующие элементы и материалы должны соответствовать требованиям ГОСТов и нормативной документации. Режим работы и условия применения элементов и материалов должны соответствовать собственным техническим условиям и стандарты на эти элементы и материалы.

Наружная поверхность деталей и сборочных единиц не должны иметь вмятин, трещин, царапин, следов коррозии и других дефектов, влияющих на качество работы блока или внешний вид;

Устройство управления и блок, упакованные в транспортную тару, а также в составе основного изделия, должен быть прочным при транспортировки всеми видами транспорта и на любые расстоянии.

Блок и устройство управления должны быть стойкими, прочными, то есть способным противостоять окружающей среде в течение срока службы, устойчивым к внешним воздействующим факторам таким как: вибрация, повышение температуры и понижение температуры окружающей среды от плюс 1 С⁰ до плюс 40 С⁰, повышенная влажность 98%.

Общие технические требования, предъявляемые к конструкции и надёжности:

- изделие должно сохранять работоспособность в течение срока службы;

- изделие должно быть ремонтопригодным, то есть иметь приспособленность конструкции к предупреждению и обнаружению отказов,  восстановление работоспособности путём проведения технического обслуживания и ремонтов;

- изделие должно быть технологичным, т.е. приспособленным к ограниченному расходованию трудовых и энергетических ресурсов при подготовки производства и промышленным выпуске при повышенной категорий качества;

- все ограничения на технологию и допуски на размеры, влияющие на будущую надёжность изделия, должны быть внесены в конструкторскую документацию. В процессе изготовления изделий необходимо обращать внимание на те операции, на которых может быть нанесен ущерб надёжности.

Расчет показателей надежности изделия

Надёжность-это свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в установленных пределах. Оценить качество конструкции - значит определить его уровень в сравнении с другим лучшим образцом среди иных. Качеством конструкции называется не одно, а совокупность свойств конструкции, обуславливающих её способность удовлетворять определенные потребности в соответствии с её назначением.

Рассмотрим исходные данные для расчёта:

- перечень элементов;

- количество элементов;

- фактические параметры, обеспечивающие надёжность изделия.

По данным, содержащихся в ТУ определяем номинальное значение параметров, обеспечивающих надёжность.

По формулам определяем коэффициент нагрузки:

,

где 1 - для резисторов, 2 - для диодов, 3 - для конденсаторов.

Определяем значение коэффициента влияния - находим из таблицы. Он зависит от коэффициента нагрузки, рабочей температуры, типа элемента и конструктивной характеристики.

Рассчитываем интенсивность отказов для каждой группы элементов.

_об = _in, (3.4)

где n - количество элементов данной группы.

Находим общую интенсивность отказов для каждой группы элементов.

_i = ₀+, (3.5)

где ₀ - интенсивность отказа при t = 70 С⁰ и К = 1.

Находим интенсивность отказов всего узла, как сумму интенсивности отказов всех элементов:

, (3.6)

где _об - интенсивность отказа группы ЭРЭ;

n - общее число типоразмеров ЭРЭ.

= 16,91 · 10^-6 1/ч.

Находим среднюю наработку на отказ:

Т_ср = 1/, (3.7)

Т_ср = 1 / 16,91 · 10^-6 = 59137 ч.

Находим период безотказной работы:

t_ч = Т_ср/2001, (3.8)

t_ч = 59137 / 2001 = 29,55 года.

Находим вероятность безотказной работы:

Р(t) = е^{- t}, (3.9)

где t = 5000 часов.

= 0,988.

Результаты вычислений заносятся в таблицу.

Расчёт надёжности изделия

Наименование	Тип	Кол-во	T,0C	Факт. Знач. п.о.н.	Номин Знач.	Конструкт. и хар-ка	К		10-6 1/ч	i = 010-6	об = in10-6
Конденсатор		7	700	7	14	Керамич.	0,5	0,75	0,05	0,4	2,8
Конденсатор		2	700	8	16	Полиэтил.	0,1	0,75	0,05	0,4	0,8
Конденсатор		1	700	3	30	Полиэтил.	0,1	0,30	0,05	0,15	0,15
Резистор	С2-33Н	15	700	0,075	0,25	Не провол. керамич.	0,3	0,75	0,04	0,3	4,5
Диод	КД209А	1	700	5mA	50 mA	Кремн.	0,1	0,15	0,1	0,15	0,15
Микросхема	D1	1	700	5mA	50 mA	Кремн	0,1	0,30	0,05	0,15	0,15
Микросхема	DA1, DA2	2	700	5mA	50 mA	Кремн	0,1	0,30	0,05	0,15	0,3
Микросхема	DA3, DA4	2	700	5mA	50 mA	Кремн	0,1	0,30	0,005	0,015	0,03
Транзистор	КТ817Б	2	700	5mA	50 mA	Кремн	0,3	0,35	0,005	0,05	0,1
Транзистор	КТ816Б	2	700	5mA	50 mA	Кремн	0,3	0,35	0,005	0,05	0,1
Пайка		156	700					1	0,0005	0,05	7,8

технический электрический схема управление

Вывод: интенсивность отказа данного узла составляет 16,9110^-6 1/ч, среднее время наработки на отказ 59137 час, это означает, что данное изделие при односменной работе должно работать 29,55 года. Вероятность безотказной работы данного узла составляет 0,988, что означает из 1000 изделий, за 5000 часов могут выйти строя 12 изделий.

Размещено на Allbest.ru