Разработка первичного преобразователя_Для системы контроля вибрации технологического оборудования / Зписка / 8 в 1

Рисунок Рисунок

Рисунок  Виброзащитная рукавица эластичнотрубчатыми элементами.

Рисунок  Рукавица с накладным карманом.

Необходимо учитывать также, что полезность применения виброзащитных рукавиц состоит не только в снижении уровней воспринимаемой рукой вибрации, но и в тепловом эффекте. Утепле­ние рук обусловливает расширение кровеносных сосудов и улучше­ние их кровоснабжения, что предупреждает развитие вибро­болезни.

Производственные испытания виброзащитных рукавиц с ре­зиновыми трубчатыми и пластинчатыми упругими элементами проводились на участке очистки отливок в литейном цехе. Обруб­щики литья применили их для защиты от вибрации рубильных молотков. Оценка качества виброзащиты проводилась по субъек­тивным ощущениям в сравнении с другими моделями виброзащитных рукавиц, выпускаемых серийно. Испытатели отмечали удобство в применении предлагаемых рукавиц и повышенную эффективность виброзащиты.

Виброзащитная обувь изготовляется в виде сапог, полу сапог и полуботинок как мужских, так и женских, которые от обычной рабочей обуви отличаются наличием подошвы или вкладыша из упругодемпфирующего материала.

Среди основных требований, предъявляемых к виброзащит­ной обуви, следует выделить такие, как комплексность защиты, тоесть обеспечение защиты не только от вибрации, но и от других вредных факторов, например пыли, холода, механических воз­действий, исключение скольжения ходовой части подошвы и маслостойкость и бензостойкость ее материалов, гибкость не более 28 Н/см, не токсичность материалов обуви по отношению к организму че­ловека; срок носкости не менее шести месяцев и другие.

Применяемость виброзащитной обуви определяется характе­ром выполняемой работы и спецификой условий труда рабочих виброопасных профессий.

Как показывает опыт, стационарные и подвижные рабочие места с общей вибрацией лучше оснащать виброзащитными подставками или сиденьями, чем рекомендовать ношение рабочим виброзащитной обуви.

Тем не менее, в условиях машиностроительного предприятия имеются и такие виды работ, которые связаны с перемещением операторов по вибрирующим поверхностям значительных размеров, где применение виб­розащитных подставок не пред­ставляется целесообразным. Ношение виброзащит­ной обуви в этих условиях может служить не только достаточно эффективной, но и экономически целесообразной мерой.

Сложности при использовании виброзащитной обуви возни­кают двойного рода. Первые из них связаны со снабжением соот­ветствующих категорий работников спецобувью нужных типо­размеров. К сожалению, ассортимент и количество такой обуви, серийно выпускаемой обувной промышленностью, пока еще не достаточны для полного удовлетворения спроса на нее.

Вторые связаны с возникающим в ряде случаев нежеланием работников пользоваться такой обувью. Мотивировка одна: неудобство. В та­кой обуви ходить труднее, так как создается ощущение «плавания» опоры и возникает желание сменить обувь при выходе с вибро­опасной зоны.

Рисунок . Виброзащитная обувь: а — на упругой подошве; б — со съемными упругими каблуками и подметкой; в — с упругой стель­кой

На рисунке , показана виброзащитная обувь различного конструктивного исполнения

Из других средств индивидуальной виброзащиты, примени­мых в условиях машиностроительного предприятия следует назвать нагрудники и наколенники. Выполняются они в виде прокладок из упругодемпфирующих материалов и крепятся к соответствующим участкам спецодежды. Во время работы про­кладки размещаются между поверхностями контакта и участками тела работающего, соприкасающихся с этими поверхностями.

.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

.2.1 У к р ы т и е н а с е л е н и я в з а щ и т н ы х с о о р у ж е н и я х.

Развитие и совершенствование ракетно-ядерного оружия и стратегической авиации, как известно, значительно повысили возможность внезапного нападения противника. В этих условиях сроки проведения защитных мероприятий могут оказаться крайне ограниченными.

Защита населения от оружия массового поражения и других современных средств нападения противника достигается максимальным осуществлением всех защитных мероприятий гражданской обороны, наилучшим использованием всех способов и средств защиты. Основными способами защиты населения от оружия массового поражения являются:

- укрытие населения в защитных сооружениях;

- рассредоточение в загородной зоне рабочих и служащих предприятий, учреждений и организаций, продолжающих свою деятельность в городах, а также эвакуация из этих городов всего остального населения;

использование населением средств индивидуальной защиты.

В современных условиях, на первое место должно быть поставлено укрытие населения в защитных сооружениях по месту его пребывания - на работе или учебе, в местах постоянного жительства. Укрытие населения в защитных сооружениях является наиболее надежным способом защиты от оружия массового поражения и других современных средств нападения.

Защитные сооружения - это инженерные сооружения, специально предназначенные для защиты населения от ядерного, химического и бактериологического оружия, а также, от возможных вторичных поражающих факторов при ядерных взрывах и применении обычных средств поражения. В зависимости от защитных свойств эти сооружения подразделяются на убежища и противорадиационные укрытия. Кроме того, для защиты людей могут применяться простейшие укрытия.

Разумеется, что надежная защита может быть обеспечена лишь в том случае, если имеется достаточное количество этих сооружений и при необходимости они могут быть использованы людьми по соответствующему сигналу в считанные минуты. Убежища противорадиационного укрытия обычно строятся заблаговременно, еще в мирное время.

Убежища должны располагаться в местах наибольшего сосредоточения людей, для укрытия которых они предназначены. Люди могут находиться в убежищах длительное время, даже в заваленных убежищах безопасность их обеспечивается в течение нескольких суток. Надежность защиты в убежищах достигается за счет прочности ограждающих конструкций и перекрытий их, а также за счет создания санитарно-гиенических условий, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность людей в убежищах

Наиболее распространены встроенные убежища. Под них обычно используют подвальные или полуподвальные этажи производственных, общественных и жилых зданий.

Убежище состоит из основного помещения, предназначенного для размещения укрываемых людей, и вспомогательных помещений-входов, фильтровентиляционной камеры, санитарного узла, помещение отопительного устройства, а в ряде случаев и помещений для защищенной дизельной установки и артезианской скважины. В убежище большой вместимости могут быть выделены помещения под кладовую для продуктов питания и под медицинскую комнату.

Помещение, предназначенное для размещения укрываемых, рассчитывается из определенное количество людей: на одного человека предусматривается не менее 0,5 м² площади пола и 1,5 м² внутреннего объема.

Убежище обычно имеет не менее двух входов, расположенных в противоположных сторонах.

Время пребывания населения в защитных сооружениях определяют штабы гражданской обороны. Они устанавливают, кроме того, порядок действий и правила поведения населения при выходе из убежищ и укрытий.

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ

.1 Предварительная разработка конструкции устройства

При разработке конструкции устройства были учтены требования, приведенные в пункте “Техническое задание”. Конструкция должна обладать достаточной механической прочностью, иметь защиту от дестабилизирующих факторов. Устройство измерения вибрации также должна быть ремонтопригодной и обеспечивать удобства эксплуатации. Для обеспечения поставленных требований рассмотрим на данном этапе два варианта компоновки проектируемого устройства. Первый вариант компоновки приведен на рисунке а. Второй вариант компоновки приведен на рисунке б. Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства приведен в пункте .1. Из расчета видно, что второй вариант компоновки имеет меньший объем блока и больший коэффициент заполнения объема, чем первый вариант. Следовательно, целесообразно остановить выбор на втором варианте компоновки блока.

.2 Выбор типа электрического монтажа

В разрабатываемой конструкции используется два типа монтажа: печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов, входящих в функционально законченный узел. Объемный монтаж применяется для соединения друг с другом функционально законченных узлов схемы.

.3 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий

Устройство измерения вибрации для технологического оборудования необходимо предохранять от пыли, воды и механических воздействий. Для этого применяется частичная герметизация устройства с помощью пластмассового корпуса.

.4 Окончательная разработка конструкции устройства

Разрабатываемое устройство является блоком и относится ко второму уровню конструктивной сложности.

Устройство имеет форму прямоугольного параллелепипеда размером 508050 мм, внутри которого расположен печатная плата усилителя размером 305017 мм и модуль коммутации (состоящего из трех разъемов) размером 15х7х60 мм.

Корпус устройства имеет форму прямоугольного параллелепипеда и изготовлен из ударопрочного полистирола методом литья под давлением. Корпус состоит из двух частей: основания (дна), выполненного за одно целое с боковыми панелями, и крышки, выполненной как единое целое с лицевой и задней панелями. Основание и крышка устройства соединяются с помощью винтов, которые ввинчиваются в резьбовые стойки, выполненные как одно целое с основанием. Ножки выполнены как одно целое с дном. На основании корпуса устанавливается печатная плата основного модуля на стойках, являющихся частью корпуса, с резьбовыми отверстиями под винты. Кнопка крепится к внутренней стороне крышки винтами и гайками. Фиксация кнопки на расстоянии от крышки производится с помощью втулок. На лицевой панели просверлено одно прямоугольное окошко для кнопки и два отверстия для крепления этих кнопок. На боковых и лицевой панелях корпуса, просверлено по два отверстия под винты для крепления разъема подключения с датчиком вибрации, питанием усилителя и измерительным прибором.

Основной модуль выполнен в виде ячейки, несущей конструкцией которой является двухсторонняя печатная плата размером 3050 мм, и относится к первому уровню конструктивной сложности. Печатная плата изготовлена комбинированным позитивным методом, материал для изготовления – стеклотекстолит.

Связь между радиоэлементами осуществляется печатным монтажом, электрические соединения выполняются с помощью пайки. Соединение выводов печатной платы с модулем коммутации осуществляется объемным монтажом (проводом с полихлорвиниловой изоляцией). Жгут вязать капроновой крученой нитью. Места пайки изолировать полихлорвиниловой трубкой.

Корпус устройства должен быть светлого цвета. Окраска производится путем добавления к массе полистирола соответствующего красителя при литье корпуса. Для защиты от атмосферных воздействий печатные платы покрываются бесцветным лаком.

КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

.1 Объемно – компоновочный расчет

Первым этапом объемно-компоновочного расчета определим размеры печатной платы устройства. Площадь печатной платы рассчитаем исходя из площадей поверхностей элементов. Площади установочных поверхностей приведены в таблице .

Таблица – Площади установочной поверхности элементов

Элементы	Площадь одного элемента,мм2	Количество элементов	Общая площадь,мм2
Резисторы R1-R4 Резисторы R5 Конденсаторы С1, С2 Диоды VD1,VD2 Микросхемы DА1, DA2	22 40 16 30 67.5	4 1 2 2 2	88 40 32 60 135

Общую площадь печатной платы найдем, используя следующую формулу:

S = S_R+S_C+ S_VD + S_MC,

где: S_R – площадь, необходимая для установки резисторов на ПП;

S_C - площадь, необходимая для установки конденсаторов на ПП;

S_VD - площадь, необходимая для установки диодов на ПП;

S_MC - площадь, необходимая для установки микросхем на ПП;

Общая площадь, занимаемая электронными радиоэлементами на печатной плате S = 355 мм². Учитывая коэффициент заполнения печатной платы, получим ее площадь:

S_пл = S/0.6 = 591.66 (мм²)

Рассмотрено несколько вариантов соотношения сторон печатной платы, но учитывая площадь проводников и монтажной зоны, по конструктивным параметрам устройства было выбрано следующее соотношение сторон: 3050 мм по ГОСТ 10317-79.

Для выбора рациональной компоновки блока используем три параметра:

 приведенная площадь наружной поверхности;

 коэффициент приведенных площадей;

 коэффициент заполнения объема.

Рассмотрим два варианта компоновки устройства (рисунок а, б). Посчитаем объемы модулей, входящих в устройство.

Объем основного модуля:

V₁₀ = 30x50x17 = 25500 (мм³)

Объем модуля коммутации:

V₂₀ = 15x7x60 = 63000 (мм³)

Полный объем первого варианта:

V₁=3010070 = 210000 (мм³)

Площадь поверхности корпуса:

S₁ = 2(hb+hl+lb) = 2(3000+7000+2100) = 24200 (мм²)

Площадь поверхности шара:

(мм²)

Полный объем второго варианта:

V₂= 508050 = 200000 (мм³)

Площадь поверхности корпуса:

S₂ = 2(hb+hl+lb) = 2(4000+2500+4000) = 21000 (мм²)

Площадь поверхности шара:

(мм²)

Приведенные площади наружных поверхностей корпусов:

S_пр1=S₁/V₁=24200/210000 = 0.115 (мм ^-1); S_пр2=S₂/V₂=21000/200000 = 0.105 (мм ^-1) .

Приведенные площади наружных поверхностей шаров:

S_{пр1шара} = S_1шара/V₁=17090/210000 = 0.081 (мм ^-1);

S_{пр2шара} = S_2шара/V₂=16540/200000 = 0.083 (мм ^-1).

Коэффициенты приведенных площадей корпусов:

К_пр1 = S_пр1/S_{пр1шара} = 0.115/0.081 = 1.416;

К_пр2 = S_пр2/S_{пр2шара} = 0.105/0.083 = 1.27.

Так как коэффициент приведенных площадей для второго корпуса меньше, то из двух вариантов второй вариант компоновки наиболее оптимален по площади наружной поверхности.

Коэффициент заполнения объема находим по формуле:

К_з.о.=V_п / V

-для первого варианта:

K_З1 = (V₁₀+V₂₀) / V₁ = 88500 / 210000 = 0.421;

-для второго варианта:

K_З2 = (V₁₀+V₂₀) / V₂ = 88500 /200000 = 0.442;

Коэффициент заполнения объема больше у второго варианта компоновки, значит, у него объем используется более эффективно.

В качестве исходной компоновки блока выбираем второй вариант, так как у него элементы более доступны (легче осуществлять ремонт) и коэффициент заполнения объема больше.

.2 Расчет печатного монтажа

Двухсторонняя печатная плата размером 3050 выполнена комбинированным позитивным методом из стеклотекстолита фольгированного

СФ-2Н-50Г-1.5 (ГОСТ 10316-78) по четвертому классу точности.

Основные технические параметры разрабатываемой печатной платы:

 толщина платы, мм 1.5;

максимальный ток, протекающий по проводникам

питания, I_maxп, мА 100;

 толщина фольги h, мм 0.05;

 допустимая плотность тока i_доп, А/мм² 38;

 допустимое падение напряжения на проводнике U_доп, В 0.05;

 удельное сопротивление печатного проводника , Оммм²/м 0.0175;

 максимальная длина печатного проводника l, м 0.06;

 шаг координатной сетки, мм 1.25.

Основные конструктивные параметры печатных плат для четвертого класса точности (ГОСТ 23751-86):

 минимальное значение номинально ширины проводника t_1min, мм 0.15;

 номинальное расстояние между проводниками S, мм 0.15;

 допуск на ширину проводника без покрытия t, мм ±0.03;

 допуск на расположение отверстий d, мм 0.05;

 допуск на расположение контактных площадок p, мм 0.15;

допуск на отверстие d, мм 0.1  +0.05 ;

 допуск на расположение проводников на ДПП l, мм 0.03;

 гарантийный поясок b_м, мм 0.05.

.3 Расчет ширины проводника по постоянному и переменному току

Расчет ведется для определения стабильности работы печатных проводников, а следовательно и печатной платы.

Минимальная ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

где I_maxп - максимальный постоянный ток

i_доп - допустимая плотность тока, А/мм²;

h - толщина проводника, мм.

Минимальная ширина проводника питания, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

,

где  - удельное сопротивление, Оммм²/м;

l - длина проводника, м;

U_доп - допустимое падение напряжения, В.

.

Для того, чтобы определить стабильности работы печатных проводников, а следовательно и всей печатной платы, необходимо, чтобы ширина печатных проводников была больше рассчитанных минимальных значений ширины печатного проводника по постоянному току b_min1 и ширины печатного проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем b_min2.

Исходя из технических возможностей производства плат по четвертому классу точности, ширина сигнального проводника равна 0.15 мм. Это значение больше чем b_minс1 и b_minс2. Выбираем ширину питающих проводников b = 2 мм. Это значение больше, чем b_minп1 и b_minп2.

Расчет по переменному току не проводится из-за низкой частоты работы схемы, тоесть влиянием паразитных емкостей и индуктивностей проводников можно пренебречь.

.4 Конструктивно-технологический расчет

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

Д = Д_выв+d_н.о.+з,

где Д _выв - диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;

d_н.о.- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм;

з - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах 0.1...0.4 мм.

Диаметр переходного отверстия:

Д_Мmin = Н_рас ν = 1.50.33 = 0,5 мм.

Отверстия для выводов микросхем, диодов, конденсаторов, Д_выв=0.6 мм:

Д₁ = 0.6 + 0.1 + 0.1 = 8 мм.

Отверстия для выводов резисторов, Д_выв= 1.0 мм:

Д₂ = 1.0 + 0.15 + 0.1 = 1.25 мм.

Максимальный диаметр просверленного отверстия:

Д _0max = Д + d + (0.1...0.15),

где d - допуск на отверстие, мм.

Д _0max1 = 0.8 + 0.05 + 0.1 = 0.95 мм;

Д _0max2 = 1.25 + 0.1 + 0.1 = 1.45 мм;

Минимальный диаметр контактной площадки для оплавляемого покрытия олово-свинец:

,

где b_м - гарантийный поясок, мм;

d и p - допуски на расположение отверстий контактных площадок, мм.

;

.

Максимальный диаметр контактной площадки:

Д_max = Д_min + (0.02 ... 0.06);

Д_max1 = 1.53 + 0.02 = 1.55  1.6 мм;

Д_max2 = 2.03 + 0.02 = 2.05  2.1 мм.

Минимальная ширина проводника:

t_min = t_{1 min} + 1.5h_ч + t,

где t_1min - минимальное значение номинальной ширины проводника, мм;

t - допуск на ширину проводника, мм;

t_min = 0.15 + 1.50.05 + 0.03 = 0.255 мм.

Максимальная ширина проводника:

t_max = t_min + (0.02...0.06);

t_max = 0.255 + 0.04 = 0.295  0.3 мм.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

,

где L_э - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;

l - допуск на расположение проводника, мм.

;

.

Результаты расчета показывают, что расстояния между элементами проводящего рисунка больше минимально допустимых.

Минимальное расстояние между проводниками:

S_min1 = L_З – (t_max + 2 l) = 1.25 – (0.3 +20.03) = 0.94 мм;

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

;

.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками металлизированных отверстий, необходимое для проведения между ними проводника:

;

где N_п – число проводников в магистральном канале, равное единице.

S – номинальное расстояние между проводниками, 0.15 мм

.

Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником:

.

Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам четвертого класса точности.

.5 Расчет электрических параметров печатной платы

Емкость между проводниками при их параллельном взаимном расположении:

,

где E_r = 8.85 пФ/м – диэлектрическая проницаемость среды;

l = 7 мм – длина близко расположенных проводников;

а = 1.25 мм – расстояние между проводниками;

b = 0,3 мм – ширина проводника;

h = 0.05 мм – толщина фольги.

.

При других вариантах значение емкости меньше полученного.

Собственная индуктивность параллельных проводников:

;

. Взаимоиндуктивность проводников рассчитывается при условии

,

где b₁ = 0.3 мм – ширина первого проводника;

b₂ = 0.3 мм – ширина второго проводника;

а = 1.25 мм – расстояние между проводниками.

Так как l не намного больше рассчитанного значения (18,5 мм), тоесть. условие не выполняется, то взаимоиндуктивность на проводники влияет незначительно.

ВЫБОР СПОСОБА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО

РЕЖИМА УСТРОЙСТВА

Тепловой режим блока характеризуется совокупностью температур отдельных его точек.

Определим условную поверхность нагретой зоны S_з, м² для воздушного охлаждения:

S_з = 2(ab + (a + b)hK_з.о),

где a,b,h – геометрические размеры блока, м;

К_з.о – коэффициент заполнения объема;

a = 5010^-3 м;

b = 8010^-3 м;

h = 5010^-3 м.

S_з = 2(11010^-322010^-3+(11010^-3+22010^-3) 5010^-30.442) = 1410^-3 м².

Определим удельную мощность нагретой зоны q₃, Вт/м², как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади:

q₃ = Q/S₃,

Максимально-возможный потребляемый устройством ток, как видно из схемы электрической принципиальной, не превысит 100 мА.

Q = IU = 10010^-39 = 0.9 Вт,

где Q = 0,9 Вт – мощность, рассеиваемая блоком.

q_з = 0.9 / 1410^-3 =64.2 Вт/м².

Определим температуру зоны. Примем температуру зоны Т_з = 55⁰С. Она не достигает максимального значения рабочей температуры элементов приведенного в пункте .2. Нормальная температура окружающей среды, при которой работает устройство Т_с = 20 ⁰С. Тогда разность температур t будет определяться по формуле: