книги из ГПНТБ / Основы теории и конструкции контрольно-проверочной аппаратуры авиационных управляемых ракет учебник

Рис. 5.6. Факторы, действующие на аппаратуру средств контроля

0 5

Наряду с факторами, которые действуют извне, на аппаратуру средств контроля оказывают большое влияние конструктивные не­ доработки, скрытые производственные дефекты, некачественный ремонт и длительность эксплуатации. Эти Воздействия на состоя­ ние и рабочие режимы аппаратуры можно назвать внутренними факторами. Последние так же, как и внешние факторы, делятся на две группы: конструктивно-производственные и временные.

Рассмотрим внешние прямые факторы. Их можно разделить на две группы: климатические и биологические. К климатическим факторам относятся явления, которые обусловлены режимом по­ годы (температура, влажность, ветер, солнечная радиация, при­ меси 'воздуха). К биологическим факторам относится воздействие представителей животного мира: грызунов, насекомых и грибко­ вых микрообразований (плесени).

Внешние эксплуатационные факторы можно также подразделить на две подгруппы: одну, связанную с ошибками личного состава, и другую, обусловленную особенностями применения. Под фак­ тором «ошибки личного состава» понимают такие действия людей, эксплуатирующих аппаратуру, которые вызывают ухудшение усло­ вий ее работы, например недостаточный прогрев аппаратуры, не­ правильная ее регулировка, установка завышенного напряжения питания.

Что касается влияний, обусловленных особенностями примене­ ния, то это большая группа факторов, возникающая непосредст­ венно в момент использования аппаратуры. К этой группе относятся вибрации, удары, радиационное облучение, воздействие другой ап­ паратуры.

Перечисленные внешние факторы (каждый в отдельности, а также во .взаимодействии друг с другом в самых различных сочета­ ниях) влияют на надежность работы аппаратуры средств контроля.

Рассмотрим внутренние факторы. Как уже отмечалось, эти факторы подразделяются на конструктивно-производственные и временные. К конструктивным недоработкам относят факторы, в результате действия которых по вине конструктора возникают по­ вторяющиеся отказы, например электрические пробои одних и тех же плат из-за неправильного выбора материала или быстрый из­ нос трущихся элементов механизмов вследствие недостаточного запаса механической прочности.

Как показывает опыт эксплуатации, в разной аппаратуре встречаются различные конструктивные недоработки. Их можно свести в группы недоработок: схемных, конструктивного оформле­ ния и технологических. К схемным недоработкам, допущенным при проектировании и конструировании, относят:

—несоответствие принципа работы;

—повышенную сложность схемы;

—неправильный выбор режимов работы;

—недостаточный запас по удтойчивости к изменению условий работы и нагрузок.

162

Недоработки конструктивного оформления включают:

—повышенную сложность регулировок в условиях эксплуата­

ции;

—недостаточный запас механической прочности;

—выбор ненадежных комплектующих изделий;

—неправильный выбор материалов;

-— сложности конструкции;

—неправильное сопряжение элементов;

—неправильный выбор пропиток, заливок и отделок;

—неправильный выбор допусков.

К технологическим недоработкам относится выбор неудачных технологических приемов обработки, отсутствие автоматической сборки, сложность отделочных работ и т. д.

Разделение конструктивных недоработок на схемные, конструк­ тивного оформления и технологические условно. Действительно, неправильный выбор материалов, пропиток, допусков следовало бы отнести не только к недостаткам конструктивного оформления, но и к технологическим, а применение ненадежных комплектующих изделий является и схемным недостатком конструкции.

Под производственными недостатками понимают факторы, воз­ никающие из-за нарушения технологии изготовления аппара­ туры.

Особое положение среди внутренних факторов занимают вре­ менные, к которым относится старение и износ. Под старением понимают естественный процесс медленного изменения физико-хими­

Наиболее сильно процесс старения происходит под влиянием окис­ ления, увлажнения, теплового и ультрафиолетового облучения. Что касается износа, то его можно рассматривать как особый вид остаточной деформации материалов и деталей в результате их

нический износ различных коммутационных и управляющих устройств.

Рассмотрим действие внешних факторов на аппаратуру средств контроля. При хранении или в процессе эксплуатации аппаратура испытывает сильное воздействие прямых факторов. Это воздейст­ вие обусловлено наличием определенной внешней климатической среды. Как показывает опыт эксплуатации, из прямых факторов наиболее разрушительное действие оказывает влажность. Про­ никновение влаги в аппаратуру приводит к ее отказу.

Высокие температуры способствуют преждевременному отказу электровакуумных приборов, ухудшают изоляционные свойства материалов, изменяют параметры различных деталей. Низкие температуры увеличивают хрупкость материалов, делают резино­ вые изделия неэластичными. Перепады температуры нарушают

163

герметичность деталей, приводят к появлению в них течи заливоч­ ных и пропиточных компаундов.

Примеси воздуха в виде пыли и песка ухудшают работу эле­ ментов, имеющих подвижные части: переключателей, реле, элект­ родвигателей и др. Примеси воздуха в виде солей и кислот уси­ ливают коррозию металлических частей аппаратуры.

Наличие солнечной радиации, с одной стороны, производит до­ полнительный нагрев, а с другой, за счет ультрафиолетового излу­ чения ускоряет химическое разрушение изоляционных материалов, лаков, красок и других покрытий.

В работающей аппаратуре источниками тепла, имеющими прак­ тическое значение, являются электронные лампы, электродвига­ тели, преобразователи, трансформаторы, мощные резисторы и спе­ циальные системы обогрева. Мощная электронная лампа при ра­ боте рассеивает мощность примерно 16—18 Вт. Это значит, что блок с шестью лампами эквивалентен нагревательному элементу мощностью 100 Вт.

Сильным источником тепла является солнечное излучение. Для аппаратуры, находящейся под прямым воздействием солнечных лучей, возможно увеличение температуры внутри аппаратных от­ секов на 12—20° при серебристой окраске и на 25—35° при зеле­ ной окраске. Влияние прямых солнечных лучей приводит не только к повышению температуры внутри аппаратных отсеков, но и к из­ менению физических и механических свойств покрытий тех эле­ ментов аппаратуры, которые не защищены кожухами.

Для надежной работы элементов аппаратуры температура воз­ духа внутри блоков не должна достигать такого значения, при ко­ тором легкоплавкие материалы ухудшают свои свойства, размяг­ чаются или начинают течь. Теоретически считается, что допусти­ мая рабочая температура должна быть в два раза меньше, чем

Так как температура плавления некоторых материалов равна 100—120°С, допустимая температура воздуха в блоках аппара­ туры должна быть не более 50—60° С (температура размягчения эбонита 65—75°С, полистирола 70—85°С).

Высокие температуры оказывают сильное воздействие на де­ тали и лампы, состоящие из разных материалов. Различные коэф­ фициенты расширения этих материалов часто являются причиной разрыва мест крепления. Под воздействием высоких температур происходит ускоренное старение ряда материалов, растут утечки, создаются условия для электрического пробоя. В обмоточных изде­ лиях под действием высоких температур разрушается изоляция и происходит короткое замыкание витков. При перегреве гермети­ ческих деталей нарушается герметичность. В результате разжи­ жения смазок под влиянием высоких положительных температур повышается износ подвижных и трущихся деталей.

164

Низкие температуры приводят к уменьшению пластичности всех материалов, очень низкие температуры — к хрупкости, а сле­ довательно, и к снижению механической прочности. Изоляцион­ ные материалы при низких температурах растрескиваются, в ди­ электриках изменяется диэлектрическая проницаемость. Например, при температуре —40° С и ниже емкость электролитических кон­ денсаторов падает до нуля.

Много неудобств при эксплуатации аппаратуры возникает из-за влияния низких температур на вязкость смазки. Обычные смазки загустевают, что приводит к отказам различных элементов, имею­ щих подвижные части.

Колебания температуры обусловливают появление усталостных трещин, ослабление механических соединений, отпотевание аппа­

Надежность элементов снижается также в результате дефор­ мации элементов при изменении температуры. Для изготовления деталей применяется большое число разнообразных материалов. Различие в коэффициентах расширения отдельных материалов де­ талей при изменении температуры приводит к деформации дета­ лей. В результате нарушается герметичность в паяных кожухах деталей, в проходных изоляторах, припаянных к корпусу, и т. п.

Как уже отмечалось выше, из всех факторов, влияющих на ап­ паратуру средств контроля, наибольшее разрушительное действие оказывает влажность. Так как способность воздуха удерживать влагу зависит от температуры, наиболын-ая влажность наблюда­ ется в теплых краях, наименьшая — в холодных. На уровне земли среднее значение абсолютной влажности для полярных районов составляет около 0,1 г/м3, для тропических —27 г/м3.

Количество влаги в атмосфере зависит от испарения с поверх­ ности земли, поэтому при повышении температуры содержание влаги в атмосфере увеличивается. При понижении температуры воздуха влага конденсируется и превращается в туман, облака, дождь и снег. Большое изменение температуры приводит к тому, что содержание влаги в атмосфере очень непостоянно. Так, при изменении температуры от +20 до —10° С абсолютное содержание влаги, которая может удерживаться в атмосфере, уменьшается с

17,3 до 2,15 г/м3.

Содержание влаги в атмосфере принято характеризовать отно­ сительной влажностью, под которой понимают отношение, выра­ женное в процентах, действительного влагосодержания воздуха при данной температуре к предельному. Предельное влагосодержание — это выраженное в граммах количество водяных паров, со­ держащихся в одном кубическом метре воздуха при полном его насыщении. Относительная влажность воздуха у поверхности зем­ ли 65—85%.

165

Вода может проникать в материалы либо в виде жидкости, либо в виде пара. Если радиус отверстия больше 2 *10—3 см, вода проникает в материалы в виде жидкости, если размеры пор материа­ ла меньше 2 • 10—3 см, вода проникает в материалы в виде пара.

В парообразном состоянии влага обладает двумя электриче­ скими свойствами: проводит электрический ток и поглощает элект­ ромагнитную энергию. Оба эти свойства отрицательно сказыва­ ются на работе электронной аппаратуры средств контроля.

Практически влага действует на все элементы аппаратуры, но особенно сильное влияние она оказывает на изолирующие мате­ риалы. В материалы плотной однородной структуры проникнове­ ние влаги происходит вследствие диффузии водяных паров внутрь материала и частичного растворения в нем воды. К таким мате­ риалам можно отнести полимеры типа полиэтилен, полистирол и другие. В пористые материалы влага проникает по капиллярам.

О

Молекула воды имеет размер примерно ЗА (ангстрема), т. е. в не­ сколько раз меньше самых маленьких пор, поэтому она сравни­ тельно легко проникает во все изолирующие материалы, снижая их электрическую прочность и уменьшая пробивное напряжение. На­ пример, для текстолита это уменьшение достигает 25%. Пропитка изолирующих материалов уменьшает их гигроскопичность, но не может полностью предохранить от влаги. Ее назначение — увели­ чить время проникновения влаги.

Сильное воздействие оказывает влага на опрессованные кон­ денсаторы. Со временем влага диффузионно проникает через тол­ щу опрессовочной массы и снижает электрические свойства ди­ электрика.

При увлажнении изменяется не только электрическая прочность, но и габариты, и форма изолирующих материалов. Так, поглоще­ ние пластмассами 1% воды увеличивает их минимальный размер на 0,2%. Изменение под действием влаги габаритов и формы изолирующих материалов сильно сказывается на работе таких эле­ ментов, как реле, переключатели и кулачковые механизмы. Вслед­ ствие этих изменений появляются такие отказы, как несрабатыва­ ние или ложное срабатывание реле, заедание механизмов, нару­ шение контактов в переключателях и др.

Для предохранения аппаратуры от влаги широко применяется покрытие монтажа различными лаками. Однако при длитель­ ном пребывании во влажной среде лакированные изолирующие материалы также пропитываются влагой.

Поглощению влаги способствуют трещины и щели, которые по­ являются на изолирующем материале или на лаковой его поверх­ ности. Такие щели могут появиться при резких изменениях темпе­ ратуры или при механических повреждениях. Поэтому в процессе эксплуатации следует тщательно осматривать (лучше всего при помощи увеличительных стекол) изолирующие материалы, осо­ бенно находящиеся в местах высоких напряжений. Вредное воз­

166

действие влаги сказывается на работе почти всех деталей и элек­ тровакуумных приборов. Попадание влаги в герморазъемы, реле, переключатели, ключи и другие элементы приводит к замыканию через воду самых различных цепей.

резистора, как он выходит из строя. Исключительно чувстви­ тельны к влаге кварцы. Если внутрь корпуса кварцевого патрона просочится влага в количестве 0,004% его объема, нормальная ра­ бота кварца нарушается.

Наличие влаги является основным условием возникновения коррозии. Процесс возникновения. коррозии заключается в том, что на поверхности металла образуется тончайший слой влаги. Так как пленка воды почти всегда содержит определенное коли­ чество солей или кислот, возникает химическая реакция, нарушаю­ щая структуру металла.

Интенсивность коррозии зависит от состава и влажности ат­ мосферы. Как показывает опыт эксплуатации, в летнее время кор­ розия происходит медленно, а осенью и зимой, т. е. в более влаж­ ном воздухе, интенсивно. На возникновение коррозии влияет не только влажность, но и присутствие загрязнений на поверхности металла. Значительно ускоряют коррозию туманы, при наличии которых происходит осаждение на металл загрязнений. Особенно сильно подвержены коррозии места соприкосновения различных металлов. Объясняется это тем, что при соприкосновении разных металлов образуются электрохимические пары, где анодом и ка­ тодом служат два разных металла, а электролитом является влаж­ ная пленка. Такой вид коррозии носит название контактной. Чем дальше в электрохимическом ряду напряжений отстоят один от другого металлы, т. е. чем больше между ними разность потен­ циалов, тем больше интенсивность контактной коррозии. Особенно подвержены контактной коррозии зажимные контакты, так как в промежутках между контактными точками образуются зазоры, в которые проникают влага и примеси из атмосферы.

При эксплуатации в полевых условиях аппаратура средств конт­ роля подвергается воздействию ветра, солнечной радиации, пыли и песка, которые ухудшают электрические свойства изоляционных материалов. Непосредственное воздействие солнечной радиации на резину приводит к ее старению. Резина становится неэластичной и растрескивается.

Легко переносимая ветром пыль проникает в самые закрытые места аппаратуры. В песчаной местности загрязненность воздуха увеличивается из-за большого количества частичек песка. Наибо­ лее сильное воздействие пыль и песок оказывают на элементы ап­ паратуры, имеющие подвижные части (реле, переключатели, кол­ лекторно-щелочные узлы, подшипники, зубчатые передачи и др.). Это воздействие приводит к преждевременному износу указанных элементов.

167

В песке и пыли всегда содержится значительное количество водорастворимых солей. При оседании пыли и песка на аппара­ туру эти соли растворяются в поверхностной пленке влаги, стано­ вятся проводниками электрического тока, вследствие чего в элект­ ронном оборудовании возникают такие неисправности, как поверх­ ностные пробои, утечка токов и др.

Сильное воздействие пыль и песок оказывают на аппаратуру с печатным монтажом. Попадая непосредственно на плату, где рас­ положен печатный монтаж, они значительно снижают сопротивле­ ние изоляции между соседними проводниками. Вредное воздейст­ вие пыли и песка сказывается и в том, что они способствуют воз­ никновению коррозии и плесени.

Среди внешних факторов отдельную группу образуют биоло­ гические факторы, из которых наибольшее воздействие на аппа­ ратуру оказывают грызуны, насекомые и грибковые образования. Особенно большое количество повреждений происходит от дейст­ вия плесени (грибковых образований).

Интенсивному росту плесени .способствует сырой теплый кли­ мат. Поэтому при эксплуатации аппаратуры средств контроля в жарком и влажном климате воздействие плесени резко возрастает. Оно проявляется в виде удержания влаги на поверхности деталей, ускорения химических реакций вследствие выделения лимонной, угольной и щавелевой кислот. В результате этого в аппаратуре возникают пробой диэлектриков, утечка токов, увеличиваются пе­ реходные сопротивления контактов на клеммных колодках и пе­ реключателях, разрушается изоляционная оболочка проводов, на­ блюдается коррозия металлов и т. п.

Грызуны представляют наибольшую опасность для аппаратуры, находящейся на хранении. Если не принять специальных мер по защите ее от грызунов, они могут повредить кабели, фидеры и ряд других деталей. Из насекомых наибольшую опасность представ­ ляют термиты, выводящие из строя пластмассовые и органические материалы.

Рассматривая воздействие биологических факторов, необходимо подчеркнуть, что особенно сильно оно проявляется в условиях тро­ пического климата, а также при хранении аппаратуры в полевых условиях или в не приспособленных для этой цели помещениях. В этих случаях мероприятиям по уменьшению воздействия биоло­ гических факторов необходимо уделять большое внимание.

Среди эксплуатационных факторов наибольшее влияние на ап­ паратуру средств контроля оказывают удары и вибрации, которые вызывают колебания аппаратуры и ее элементов. При длительном действии ударов и вибраций возникают следующие неисправности

иотказы:

—ослабление крепления блоков;

—междуэлектродные замыкания в лампах;

—смещение монтажа;

—нарушение контакта в разъемных соединениях;

168

—разрушение амортизаторов;

—самоотворачивание предохранителей.

В сложных элементах, например в электронных лампах, реле, конденсаторах переменной емкости и т. п., вибрации вызывают из­ менение параметров этих элементов. Причиной этого является из­ менение расстояний между отдельными деталями. В результате в электронных лампах появляются виброшумы, в реле изменяется величина контактного сопротивления и т. п.

При ядерных взрывах аппаратура средств контроля может быть подвержена воздействию радиационного облучения. Это облучение представляет собой поток а-, (3-, у-лучей и нейтронов, интенсив­ ность действия которых зависит от их проникающей способности, концентрации и свойств материалов, на которые они воздействуют.

а- и (З-лучи имеют’малые проникающие свойства, вследствие чего их действием на радиоаппаратуру можно пренебречь. Что касается у-лучей и нейтронов, то их воздействие может значи­ тельно сказаться на работоспособности аппаратуры.

Абсолютно устойчивых против радиационного облучения мате­ риалов не существует. Все материалы в той или иной степени из­ меняют свои свойства под воздействием радиации. С физической точки зрения эти изменения связаны с ионизацией в материалах молекул и атомов.

Разные вещества — металлы, полупроводники, изоляторы, про­ водники второго ряда-по-разному реагируют на радиацию. Ме­ таллы под воздействием облучения незначительно изменяют свои свойства. Полупроводники больше, чем металлы, подвержены ра­ диации. В результате облучения изменяются кристаллическая структура полупроводников и их свойства. При облучении изолято­ ров наблюдается, увеличение их проводимости, т. е. ухудшение изо­ лирующих свойств. Особенно сильно подвержены радиационному облучению органические материалы. Образующиеся в них иони­ зированные молекулы становятся неустойчивыми, распадаются на составные части, ухудшают изоляционные свойства материалов.

Радиационное облучение не только приводит к отказам аппа­ ратуры, но и делает небезопасным ее обслуживание. Поэтому в случае эксплуатации аппаратуры, подвергавшейся радиационному облучению, необходимо применять средства дозиметрического конт­ роля и соблюдать необходимые меры предосторожности.

Характерным для аппаратуры средств контроля является рост ее сложности. При недостаточном практическом опыте эксплуата­ ции со стороны технического состава допускаются отдельные ошиб­ ки, которые как бы являются дополнительными факторами, сни­ жающими надежность аппаратуры контроля. Наиболее распрост­ раненными являются следующие ошибки:

—установка завышенного или заниженного напряжения;

—недостаточный прогрев аппаратуры;

—неправильная установка органов управления;

—несвоевременная или неправильная замена смазки;

169

—несвоевременное устранение мелких неисправностей;

—неплотное подсоединение разъемов кабелей и фидеров;

—некачественная пайка;

—установка в аппаратуру при ремонте некондиционных де­

талей;

—неправильное подсоединение фишек и проводов;

—плохая фиксация ручек настройки;

—порча штырей и резьбовых соединений разъемов;

—плохое закрепление блоков;

—установка в аппаратуру предохранителей, не соответствую­ щих номиналу.

Указанные ошибки приводят к эксплуатации аппаратуры не в номинальном режиме, а иногда даже полностью выводят ее из строя. Например, установка завышенного напряжения питания при­ водит к повышенному износу и пробою в отдельных узлах конст­ рукции, некачественная пайка — к обрыву монтажа.

При анализе ошибок большое внимание следует уделить выяв­ лению источников их появления. Внимательное изучение ошибок позволяет установить истинную их причину, найти слабые места в подготовке специалистов, определить недостатки в методике обу­ чения и обслуживания техники. В результате разбора и анализа ошибок личного состава можно наметить и принять необходимые меры по их предупреждению.

Наряду с внешними факторами на аппаратуру средств конт­ роля воздействуют различные внутренние факторы. Основной осо­ бенностью этих факторов является возникновение и развитие в ап­ паратуре процессов, приводящих к отказам. Эти процессы проис­ ходят вследствие внутренних, скрытых дефектов в элементах и схеме аппаратуры, являющихся результатом неудачного проекти­ рования, производственных недостатков, некачественного ремонта, старения и износа.

Отказы и неисправности, проявляющиеся в результате воздей­ ствия первых трех факторов, обычно возникают на первом этапе эксплуатации аппаратуры. Вследствие износа и старения проис­ ходит постепенное изменение свойств материалов и деталей, по­ этому отказы происходят в конце периода эксплуатации аппара­ туры.

Как показывает практика эксплуатации, основные недостатки проектирования и конструирования, снижающие надежность рабо­ ты аппаратуры средств контроля, могут быть сведены в следующие группы:

—повышенная сложность схемы и конструкции;

—неточность расчета, неправильный выбор размеров и допу­

сков;

—недостаточная механическая прочность отдельных узлов;

—применение малонадежных комплектующих изделий и мате­ риалов;

—неправильная оценка режима и условий работы;

170