--PAGE_BREAK-- ,
де - потужність яку споживає навантаження ().
2. Задамося габаритною потужністю, щоб підібрати магнітне осердя для трансформатору. Магнітне осердя підбираємо виходячи з умови що .
,
де - площа перетину магнітного осердя;
- площа вікна магнітного осердя;
- мінімальна робоча частота();
- магнітна індукція в магнітному осерді();
- коефіцієнт заповнення вікна дротом ();
Вибираємо із довідника осердя М2000 НН.
3. Визначимо напругу на первинній обмотці, яка для схеми з полумостовим інвертором складає 310В.
4. Визначимо кількість витків первинної обмотки.
5. Знайдемо максимальний струм первинної обмотки і діаметр проводу.
6. Визначимо кількість витків вихідної обмотки і діаметр проводу.
4.Розробка конструкції приладу.
Для розробки моделей можливих конструкцій БЖ треба об’єктивно проаналізувати всі вихідні данні, виділити серед них найбільш важливі яки мають найбільший вплив на надійність та стабільність роботи блоку і виходячи з цих міркувань розробити конструкції які в максимальній мірі задовольняють цім вимогам.
При розробці конструкції БЖ на його форму певні обмеження накладає стандарт розроблений фірмою IBM і яки є наступними:
висота: 86мм;
ширина: 140мм;
довжина: 150мм;
місце для виводу провідників;
місце для розмикача мережі;
місце для вимикача.
Тому зменшення габаритів, або зміна місця розміщення органів керування, входу/виходу блоку є неможливим. Це в свою чергу накладає певні обмеження на оформлення друкованої плати (ДП).
Відомо що ККД радіоелементів не великий тому частина енергії виділяється в якості тепла яке необхідно відводити з корпусу. Також варто відмітити що БЖ працює в складі системного модулю і він мусить відводити нагріте повітря від центрального процесору та інших елементів яки знаходяться в середині корпусу модуля. Ця умова ставить важливу задачу по забезпеченню надійної роботи БЖ – забезпеченню теплового режиму РЕЗ.
Враховуючи те що ІБЖ є джерелом імпульсних завад, необхідно забезпечити електромагнітне екранування схеми БЖ.
І самою головною задачею на етапі конструювання для забезпечення конкурентоспроможності виробу, є проблема досягнення низької собівартості розроблювальної конструкції, при одночасному зберіганні всіх показників.
Виходячи з вищевказаних вимог і міркувань можна скласти в порядку зменшення важливості принципів яких треба дотримуватись при конструюванні комп’ютерного ІБЖ:
забезпечення електричної безпеки при експлуатації;
забезпечення теплового режиму;
забезпечення електромагнітної сумісності;
забезпечення низького рівня шуму;
забезпечення технологічності;
забезпечення ремонтопридатності;
забезпечення низької собівартості.
Розробимо три варіанти конструкції.
Конструкція №1 уявляє собою блок в якому застосований один вентилятор розміром 80 мм який працю на видув повітря з корпусу блока живлення. Корпус блока живлення має перфорації. Ця конструкція має наступні особливості. По перше з метою достатнього охолодження елементів яки сильно нагріваються, з розрахунку на масу повітря яку повинен вентилятор прокачати крізь корпус, необхідно використати вентилятор з великою кількістю оборотів, в якого лопати зігнуті під великим кутом. По друге треба застосувати перфоровані отвори.
До позитивних якостей такої конструкції можна віднести:
— простоту виконання;
— технологічність;
— забезпечення низької вартості;
— менший коефіцієнт заповнення корпусу.
До негативних якостей такої конструкції можна віднести:
— менша надійність (в разі виходу з ладу вентилятору, можливий вихід з ладу значної частини блоку живлення);
— забезпечення теплового режиму гірше ніж в системах з вдуванням повітря, дуже низька така складова передавання енергії як кондуктивна;
— поганий електромагнітний захист схеми комп’ютеру, який є дуже чутливим до впливу електромагнітних полів, причиною є використання перфорованих отворів;
— високий рівень шуму (вентилятор на високих оборотах створює значний шум).
Конструкція №2 уявляє собою блок в якому застосований один вентилятор розміром 120 мм який працю на вдув повітря в корпусу блока живлення. Корпус блока живлення має перфорацію, на тильній стороні корпусу.
Ця конструкція має наступні особливості. По перше з метою достатнього охолодження елементів яки сильно нагріваються, з розрахунку на масу повітря яку повинен вентилятор прокачати крізь корпус, застосований вентилятор великих габаритів з малою кількістю оборотів, в якого лопати зігнуті під маленьким кутом. По друге треба застосувати перфоровані отвори для відводу повітря.
До позитивних якостей такої конструкції можна віднести:
— простоту виконання;
— технологічність;
— дуже низький рівень шуму (мала кількість оборотів вентилятору);
— забезпечення високого рівня теплового режиму за рахунок направлення потоку повітря на всі елементи схеми;
— менший коефіцієнт заповнення корпусу.
— хороший рівень електромагнітного захисту;
До негативних якостей такої конструкції можна віднести:
— менша надійність (в разі виходу з ладу вентилятору, можливий вихід з ладу значної частини блоку живлення);
— велика вартість (вентилятор розміром 120мм коштує більше вентилятора розміром в 80мм).
Конструкція №3 уявляє собою блок в якому застосований два вентилятор розміром 80 мм один з яких працю на вдув повітря, а другий на видув повітря з корпусу блока живлення. Корпус блока живлення не має перфорованих отворів.
Ця конструкція має наступні особливості. З метою достатнього охолодження елементів яки сильно нагріваються, з розрахунку на масу повітря яку необхідно прокачати крізь корпус, застосовано два вентилятори розміром в 80мм з малою кількістю оборотів, один з яких спрямовує холодне повітря на елементи що сильно нагріваються, а другій відводить нагріте повітря. За рахунок використання двох вентиляторів немає потреби в застосувати перфорованих отвори для відводу нагрітого повітря.
До позитивних якостей такої конструкції можна віднести:
— дуже низький рівень шуму (мала кількість оборотів двох вентиляторів при однаковій кількості повітря яке проводиться);
— забезпечення високого рівня теплового режиму за рахунок направлення потоку повітря на елементи схеми яки сильно нагріваються;
— високий рівень електромагнітного захисту за рахунок відсутності перфорованих отворів;
— велика надійність (в разі виходу з ладу одного вентилятору, другий буде продовжувати охолоджувати);
— низька собівартість (два вентилятори з малою кількістю оборотів розміром 80мм коштують дешевше одного розміром 120мм, або одного високо оборотного розміром 80мм);
До негативних якостей такої конструкції можна віднести:
— більший коефіцієнт заповнення корпусу.
— меншу технологічність.
Висновок: Враховуючи всі переваги і недоліки представлених конструкцій, найбільшу оптимальною і надійною є конструкція №3, тому обираємо варіант №3.
5. Обґрунтування вибору елементної бази і матеріалів конструкції.
5.1 Обґрунтування вибору елементної бази.
Вибір елементної бази проводиться на основі схеми електричної принципової з урахуванням викладених у ТЗ умов і вимог. Експлуатаційна надійність елементної бази в основному визначається правильним вибором типу елементів при проектуванні і при використанні в режимах яки не перевищують гранично допустимі.
Для правильного вибору типу елементів необхідно на основі вимог по установці в часті кліматичних, механічних і ін. впливів проаналізувати умови роботи кожного елементу і визначити:
експлуатаційні фактори (інтервал робочих температур, відносну вологість оточуючого середовища, атмосферний тиск, механічні навантаження і ін.);
значення параметрів і їх дозволені зміни в процесі експлуатації (номінальне значення, допуск, опір ізоляції, шуми, вид функціональної характеристики і ін.);
дозволені режими і робочі електричні навантаження(потужність, напруга, частота, параметри імпульсного режиму і ін.);
показники надійності, довговічності і терміну зберігання.
Критерієм вибору в пристрої ЕРЕ є відповідність технологічних і експлуатаційних характеристик ЕРЕ заданих умовами роботи і експлуатації.
Основними параметрами при виборі ЕРЕ є:
технічні параметри:
номінальне значення параметрів ЕРЕ згідно принципової електричної схеми приладу;
допустимі відхилення величини ЕРЕ від їх номінального значення;
допустима робоча напруга ЕРЕ;
допустима потужність розсіювання ЕРЕ;
діапазон робочих частот ЕРЕ;
коефіцієнт електричного навантаження ЕРЕ.
експлуатаційні параметри:
діапазон робочих температур;
відносна вологість повітря;
атмосферний тиск;
вібраційні навантаження;
інші показники.
Додатковими критеріями при виборі ЕРЕ є:
уніфікація ЕРЕ;
маса і габарити ЕРЕ;
найменша вартість.
Вибір елементної бази по вищеназваним критеріям дозволяє забезпечити надійну роботу виробу. Застосування принципів стандартизації і уніфікації при виборі ЕРЕ при конструювання виробу дозволяє отримати наступні переваги:
значно зменшити строки і вартість проектування;
скоротити на підприємстві – виробнику номенклатуру застосованих деталей і зборочних одиниць;
збільшити масштаби виробництва;
виключити розробку спеціальної оснастки і спеціального обладнання для кожного нового варіанту РЕЗ, тобто спростити підготовку виробництва;
створити спеціалізоване виробництво стандартних і уніфікованих зборочних одиниць для централізованого забезпечення підприємства;
покращити експлуатаційну і виробничу технологічність;
знизити собівартість випускає мого виробу.
Враховуючи сказане, зробимо вибір елементної бази для розроблювального просторою.
В пристрою застосовані:
— мікросхеми TL494, LM393N, L7805, TL431;
— резистори;
— терморезистор NTC;
— конденсатори;
— транзистори 2SC4242, 2SA1015, 2SC945, A733, C3457;
— діоди 1N414B, FR155;
— стабілітрон 9V;
— діодні зборки CTX128, D89-004, F10P048;
— трансформатори;
— дроселі;
— плавкий запобіжник 5A.
Проведемо порівняльний аналіз, вищевказаних елементів з їх аналогами, діапазон експлуатаційні характеристики яких відповідає вимогам ТЗ. За мету ставимо вибір ЕРЕ найбільш дешевих, розповсюджених і яки постачаються багатьма організаціями – поставниками електронних компонентів в Україні, при умові дотримання принципу найменших габаритів і установчих розмірів.
5.1.1 Вибір мікросхем.
5.1.1.1 Вибір керуючої мікросхеми.
В схемі в якості керуючої мікросхеми застосована мікросхема TL494, яку випускає фірма TEXAS INSTRUMENT (США). Її повним аналогом як по електричним параметрам так и по експлуатаційним є мікросхеми:
IR3M02 SHARP (Японія);
uA494 FAIRCHILD (США);
KA7500 SAMSUNG (Корея);
MB3759 FUJITSU (Японія).
Середпредставленихмікросхемнайменшувартість, широкурозповсюдженістьінедефіцитністюмаєKA7500 SAMSUNG (Корея). ТомувякостікеруючоїмікросхемивибираємоKA7500. Приремонтіабозамініможливевикористаннябудьякоїмікросхемизвищеперерахованих.
5.1.1.2 Вибір мікросхеми — компаратору напруг.
В схемі компаратором напруг є мікросхема LM393. Її повним аналогом як по електричним параметрам так и по експлуатаційним є мікросхеми: HA17393, BA10393, C393C, К1401СА1.
Серед вказаних мікросхем, LM393 виробництва фірми PHILIPS найбільш широко представлена на ринку України і має саму низьку вартість.
5.1.1.3 Вибір мікросхем стабілізаторів напруг.
В схемі в якості стабілізатора напруги на +5В застосована мікросхема L7805, її повним аналогом є КР142ЕН5А вітчизняного виробництва. Мікросхеми мають приблизно однакову вартість. Струм стабілізації в КР142ЕН5А більший ніж в L7805. По маса габаритному показнику L7805 менша ніж КР142ЕН5А. Враховуючи електричні параметри і габаритні вибираємо L7805.
5.1.1.4 Вибір мікросхем підсилювача помилки.
В схемі для підсилення помилки застосована мікросхема TL431C. Її повним аналогом є мікросхеми AN1431T, TA76431S. Серед аналогів TL431C має найнижчу вартість, тому вибираємо TL431C.
5.1.2 Вибір резисторів.
При виборі резисторів керуємось такими їх характеристиками як електричний опір і вартість.
Для здійснення вибору типу постійних резисторів скористуємося порівняльною таблицею, в який винесені декілька основних параметрів.
Характеристика
Вуглецеві
Металоплівкові
Металокисні
Rном
10 Ом 1 МОм
1 Ом 10 МОм
1 Ом 5,1 МОм
Межі Рн, Вт
0,125 2,0
0,125 2,0
0,25 2,0
ΔR, %
5; 10; 20
5; 10
5; 10; 20
Максимальна робоча напруга, В
100 3000
200 700
7 1000
Залежність опору від напруги
низька
середня
середня
Залежність опору від частоти
низька
низька
середня
Рівень власних шумів, мкВ/В
низька
Не більше 1
Не більше 5
ТКС(αR∙104) 1/°С
0,012 0,025
Не більше 0,02
Не більше 0,02
Стабільність
висока
висока
висока
Надійність
середня
висока
висока
Інтервал робочих температур, °С
-60 +125
-60 +200
-60 +155
Діапазон частот вібрації, Гц
10 600
10 600
10 600
Вартість
дорогі
дешеві
дешеві
Виходячи з вище вказаних вимог вибираємо метало плівкові резистори типу С2-22 вони мають параметри яки нам найбільш підходять за показниками.
5.1.3Вибір конденсаторів.
При виборі електролітичних конденсаторів головним чином керуємося такими характеристиками як габарити і собівартість.
Враховуючи те що електролітичні конденсатори в електричній схемі є одніми з найвідповідальнішими елементами, при конструюванні будуть засновані конденсатори фірми PHILIPS – лідера в виробництві високо надійних конденсаторів, яки мають самі менші габарити і низьку вартість.
Не полярні конденсатори в схемі не є критичними елементами і до них не пред’являються особливі вимоги. Тому при виборі не полярних конденсаторів керуємось критерієм низької вартості, установочного місця і габаритами.
5. 1.4 Вибір транзисторів.
5.1.4.1 Вибір силових транзисторів.
Тип транзистора
Параметри транзистора
Ik макс, А
Uке макс, В
h21е мин
Fгр, МГц
Iкбо макс, А
tвкл. макс., с
tвикл. макс., с
Pрас. макс., Вт
2SC2625
10.0
400
10
20
100 мк
1 мк
1 мк
100
2SC3042
12.0
400
15
20
10 мк
0.5 мк
0.5 мк
25
2SC3277
10.0
400
8
20
10 мк
0.5 мк
0.5 мк
25
2SC3306
10.0
400
10
20
100 мк
1.5 мк
1.5 мк
100
Серед представлених транзисторів вибираємо транзистор за мінімальною потужністю розсіювання і максимальним струмом колектора. За вартісною характеристикою, транзистори мають однакову ціну, тому оптимальним є вибір 2SC3042.
5.1.4.2 Вибір малопотужних транзисторів.
Тип транзистора
Параметри транзистора
Ik макс, А
Uке макс, В
h21е мин
Fгр, МГц
Iкбо макс, А
Pрас. макс., Вт
2SC945
100 мл
40
205
180
100 н
250 мл
A733
100 мл
50
270
200
100 н
250 мл
2SA733Q
100 мл
50
600
250
100 н
250 мл
2SA733R
100 мл
50
400
250
100 н
250 мл
Серед розглянутих малопотужних транзисторів виберемо 2SC945 і A733, як такі що найбільше підходять за параметрами і є найдешевшими.
5.1.5 Вибір діодів.
В схемі в сигнальних колах використані низьковольтні діоди 1N4148, аналогом яких є діоди вітчизняного виробництва КД521, КД522. За показником вартості, розповсюдженості і постачаємості 1N4148 є кращім вибором.
В якості силових низькочастотних випрямляючих діодів використан мережевий діодний міст PBL405, аналогами якого є RS405L, PO4051, 1N5408, FL406, КЦ405. Всі діодні мости є розповсюдженими і мають приблизно однакову вартість, перші три серед них мають перевагу в критерії посадочного місця, тому вибираємо діодний міст PBL405.
В якості вихідних високочастотних випрямляючих діодів вторинної сторони використані FR153, в каналі -12В і -5В. Аналогами є діоди PXPR1002, RS102R, КД208, КД226. За маса габаритними показниками, показниками вартості і установчими розмірами перевагу відаємо RS102R.
В каналі +5В використано напівміст з двох діодів Шоттки СТВ-34М (аналог D89-004), в каналі +12В і +3.3В використані напівмости з двох кремнієвих діодів CTX128(аналоги CTL22S, C2504, ESAC25-020). Враховуючи показники потужності розсіювання і час відновлення параметрів вибираємо діодний напівміст для каналу +5В — D89-004, а в каналах +12В і +3.3В CTX128.
5.2 Вибір матеріалів конструкції.
Вибір матеріалів конструкції провидимо згідно вимогам, яки викладені в ТЗ.
Матеріали конструкції повинні володіти наступними властивостями:
мати малу вартість;
легко оброблюватись;
мати малу вагу;
володіти достатньою масністю і легкістю;
зберігати свої фізико-хімічні властивості.
Застосування уніфікованих матеріалів конструкції, обмеження номенклатури деталей яки застосовуються, дозволяє зменшити собівартість розроблювального пристрою, покращити виробничу і експлуатаційну технологічність.
Зберігання фізико-хімічних властивостей матеріалів в процесі їх експлуатації досягається вибором для них необхідного покриття. При виборі покриття для матеріалів конструкції необхідно керуватись рекомендаціями і вимогами яки викладені в ГОСТ9.303‑84.
Для розроблювального пристрою враховуючи особливості конструкції і тип випуску доцільно використовувати матеріали які піддаються штамповці.
Холодна штамповка відноситься до к найбільш прогресивним способам виготовлення деталей з листа є вирубка, проколювання, згинання і ін. Доцільність її застосування визначається рядом умов в першу чергу серійністю випуску, конфігурацією деталей, механічними властивостями матеріалу, точністю яка вимагається при виготовленні деталі.
Так як для отримання необхідної об’ємної форми деталі треба застосовувати операцію згинання і вирубки, то треба вибирати матеріал який піддається пластичній деформації, з малою границею текучості, низькою твердістю і більшою відносною подовженістю.
Враховуючи спеціальні вимоги до міцності приладу, рекомендується виготовлювати кожух і основу приладу зі сталі товщиною 1.5…2 мм. Виходячи з висунутих вимог до матеріалу корпусу вибираємо сталь.
Для виготовлення ДП в радіотехніці широкого застосовують набули такі матеріали як гетинакс і склотекстоліт. Матеріал для виготовлення ДП повинен мати наступні показники:
велику електричну міцність;
малі діелектричні втрати;
дозволяти штамповку;
витримувати короткочасні впливи температури до +240 С0 в процесі пайки;
мати високу вологостійкість;
бути дешевим;
володіти здатністю стійкості до впливу хімічних речовин, яки застосовуються при виготовленні ДП.
Для виготовлення плат загального призначення в РЕЗ найбільш широко застосовується фольгований склотекстоліт. Для виготовлення ДП для ІБЖ може бути застосований фольгований склотекстоліт марки СФ-2-50-2.
В таблиці зведені матеріали яки використовуються при виготовлені ІБЖ.
Найменування деталі
Марка матеріалу
Покриття
Дно кожуху
Кришка кожуху
Друкована плата
СФ-2-50-2
Сплав «Розе»
6. Розрахунок конструкції друкованої плати.
Вихідні дані до розрахунку:
— друкована плата виготовляється хімічним методом;
— розмір плати 145Х110;
— четвертий клас точності з кроком координатної сітки 1.25;
— друкована плата однобічна;
— матеріал друкованої плати – СФ-2-50;
— максимальний постійний струм, що протікає в провіднику продолжение
--PAGE_BREAK--;
Параметри склотекстоліту:
товщина фольги ;
товщина матеріалу з фольгою ;
допустима щільність струму ;
питомий опір ;
максимальна довжина провідника
Розрахунок проводиться за методикою.
Мінімальна ширина друкованого монтажу по постійному струму:
Мінімальна ширина провідника, виходячи з припустимого спадання напруги на ньому:
Електрорадіоелементи (ЕРЕ) розміщені на платі мають три типорозміри діаметрів виводів:
;
;
.
Номінальні значення діаметрів монтажних отворів визначимо за формулою:
,
де — нижнє граничне відхилення від номінального діаметра монтажного отвору, ,
- різниця між мінімальним діаметром отвору і максимальним діаметром виводу, .
;
;
.
Розрахуємо діаметр контактної площадки.
Мінімальний діаметр контактної площадки навколо монтажного отвору визначимо за формулою:
— мінімальний ефективний діаметр площадки;
- товщина фольги, ;
,
де - відстань від краю висвердленого отвору до краю контактної площадки, ;
- допуск на розташування отворів, ;
— допуск на розташування на контактних площадок, ;
- максимальний діаметр просвердленого отвору:
;
де - допуск на отвір, ;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Визначимо максимальний діаметр контактних площадок за формулою:
;
;
.
Визначимо мінімальну ширину провідників:
,
де — мінімальна ефективна ширина провідника;
для плат 4-го класу точності
Визначимо максимальну ширину провідників:
;
.
Визначимо мінімальну відстань між провідником і контактною площадкою:
;
.
;
Визначимо мінімальну відстань між двома контактними площадками:
;
.
Визначимо мінімальну відстань між двома провідниками:
;
.
7. Розрахунок надійності.
В основу розрахунку на надійність покладено принцип визначення показника надійності системи по характеристикам надійності комплектуючих елементів.
При розрахунку робиться два припущення. Перше це те що відмови елементів є статистично незалежними, що дає відносно реально існуючу систему оцінки і друге це те що систему розглядаємо як послідовну тобто відмова одного елементу схеми веде до відмови всієї системи.
Розрахунок надійності виконаний за методикою викладеною в [1].
Вихідними даними для розрахунку є значення інтенсивності відмови всіх ЕРЕ і елементів конструкції.
Середній час напрацювання на відмову визначимо за формулою:
,
де
- кількість найменування радіоелементів і елементів конструкції приладу;
- величина інтенсивності відмови j-го радіоелементу, елементу конструкції з урахуванням заданих для нього умов експлуатації: коефіцієнт електричного навантаження, температури, вологості, технічних навантажень і т. ін.
- кількість радіоелементів, елементів конструкції j-го найменування.
- сумарне значення інтенсивності відмов.
х
Тип елементу
1
Інтегральна мікросхема
0.01-2.5
0.35
1.04
1.0
1.2
0.5
2
Напівпровідникові імпульсні діоди
0.2-1.0
1.04
1.04
1.0
1.2
0.7
3
Напівпровідникові випрямляючи діоди
0.35-0.9
1.04
1.04
1.0
1.2
0.7
4
Транзистори середньої потужності високочастотні
1.3-2.5
0.4
1.04
1.0
1.2
0.5
5
Транзистори низької потужності низькочастотні
0.5-1.2
0.4
1.04
1.0
1.2
0.5
6
Резистори постоялого опору – метало плівкові
0.004-0.4
0.6
1.04
1.0
1.2
0.5
7
Конденсатори постійної ємності — керамічні
0.04-0.7
1.10
1.04
1.0
1.2
0.7
8
Конденсатори постійної ємності – метало паперові
0.003-0.37
1.10
1.04
1.0
1.2
0.7
9
Конденсатори постійної ємності – метало плівкові
0.003-1.7
1.10
1.04
1.0
1.2
0.7
10
Трансформатори живлення
0.5-7
1.20
1.04
1.0
1.2
0.7
11
Дроселі
0.05-1.0
1.20
1.04
1.0
1.2
0.8
12
Друкована плата
0.1
-
1.04
1.0
1.2
-
13
Монтажні елементи
0.02-0.4
-
1.04
1.0
1.2
-
14
Пайка з’єднуюча
0.0002-0.04
-
1.04
1.0
1.2
-
15
Дроти з’єднуючи
0.01-0.12
1.04
1.0
1.2
-
16
Плавкий запобіжник
0.3-0.8
-
1.04
1.0
1.2
-
17
Корпус
0.03-2.0
-
1.04
1.0
1.2
-
18
Двигун постійного струму
8-10
-
1.07
1.0
1.2
-
з урахуванням поправочних коефіцієнтів визначимо середній час напрацювання на відмову
Визначимо вірогідність безвідмовної роботи за формулою:
.
Отримане значення напрацювання на відмову більше часу яке було задане, 27000 годин, що гарантує надійну роботу розроблювального пристрою.
8. Розрахунок віброміцності плати.
Всі РЕЗ піддаються впливу зовнішніх механічних навантажень, яки передаються до кожної деталі, яка входить в конструкцію. Механічний вплив на розроблювальний пристрій має місце при його транспортуванні в неробочому стані. Тому важливим є визначити чи достатньою є міцність розроблювального пристрою і чи може конструкція витримати механічний вплив при транспортуванні.
Так як розроблювальний пристрій відноситься до наземної РЕЗ, то при транспортуванні, випадкових падіннях і т. ін. він може піддаватись динамічним впливам. Зміна загальних параметрів механічних впливів яким піддається наземна РЕЗ є наступні:
вібрації: (10…70)Гц.;
віброперевантаження: ;
вдари, струси:, тривалість ;
лінійні перевантаження .
Розрахунок на вібромісність несучої конструкцій зводиться до визначення найбільшої напруги виходячи з виду деформації, яка викликана дією вібрації в певному діапазоні частот, і порівнянням отриманого значення з припустимим.
Розрахунок частоти коливань зробимо за методикою викладеною в [2]
Власна частота коливань рівномірно навантаженої пластини(друкованої плати) визначається за формулою:
, де
- поправочний коефіцієнт для матеріалу;
- поправочний коефіцієнт для ЕРЕ рівномірно розподілених на ДП;
- довжина друкованої плати.
, де
- вага елементів рівномірно розміщених на друкованій платі;
- вага друкованої плати.
Визначимо вагу друкованої плати:
, де
— щільність склотекстоліту,
— довжина друкованої плати;
— ширина друкованої плати;
— висота друкованої плати.
Розрахуємо поправочний коефіцієнт :
, де
— модулі пружності та щільності матеріалу який застосовується;
— модулі пружності та щільності сталі.
;
.
З розрахунку можна зробити висновок, що плата ІБЖ не потребує використання демпферів та частотного налагоджування і вона повинна витримати зовнішній механічний вплив при транспортуванні.
9 Розрахунок теплового режиму ІБЖ.
Розрахунок теплового режиму приладу з примусовим охолодженням повітрям, виконаний за методикою приведеної в [3]
Вихідні дані:
Потужність розсіювань в блоці, ;
Розміри корпусу блоку перпендикулярні до напрямку продуву, , ;
Розміри корпусу блоку в напрямку продуву, продолжение
--PAGE_BREAK--;
Коефіцієнт заповнення блоку ;
Температура охолоджуючого повітря на вході ;()
Масо витрати повітря ;
1. Визначимо середній перегрів повітря в блоці за формулою:
;
2. Визначимо площу поперечного в направленні продуву перетину корпусу блока за формулою:
;
3. Визначимо коефіцієнт за графіком [3; мал. 4.15; стор. 174];
4. Визначимо коефіцієнт за графіком [3; мал. 4.16; стор. 174];
5. Визначимо коефіцієнт за графіком [3; мал. 4.17; стор. 174];
6. Визначимо коефіцієнт за графіком [3; мал. 4.18; стор. 175];
7. Розрахуємо перегрів нагрітої зони за формулою:
;
8. Розрахуємо умовну поверхню нагрітої зони за формулою:
;
9. Розрахуємо питому потужність нагрітої зони за формулою:
;
10. Визначимо температуру нагрітої зони за формулою:
;()
11. Визначимо середню температуру в блоці за формулою:
;()
12. Визначимо температуру повітря на виході з блоку за формулою:
()
З аналізу отриманих результатів робимо висновок, що при завданих умовах експлуатації розроблювального пристрій забезпечується нормальний тепловий режим радіоелементів які в ньому застосовуються при експлуатації, тобто робочі температури не перевищують гранично допустимі величини.
Таким чином, конструкція корпусу з примусовим охолодженням повітрям не потребує зміни конструкції.
10 Охорона праці і навколишнього середовища.
Метою цього розділу дипломної роботи є визначення шкідливих та небезпечних виробничих факторів при розробці, налагоджуванні та експлуатації пристрою, а також розробка на цій підставі заходів, яки спрямовані на створення умов праці, яки відповідають вимогам норм і стандартів по охороні праці і техніки безпеки.
Особливу увагу буде спрямовано на фактори, яки можуть подіяти на працездатність і безпеку монтажника і налагоджувача окремих блоків та всього апарату разом. Це пов’язано з тим що при виконанні цих робіт необхідно виконувати пайку, вимірювання режиму роботи схеми, налагоджування, контроль і т. ін.
10.1 Аналіз небезпечних і шкідливих виробничих факторів.
До основних шкідливих і небезпечних факторів, що впливають на працівників яки задіяні на виробництві РЕА, відносять:
Підвищені рівні електромагнітного поля (рівні випромінювань і полів повинні відповідати ГОСТ 12.1.006-84);
Недостатня освітленість робочої зони (умови освітленості виробничих приміщень повинні відповідати нормам, зазначеним у СНиП ІІ-4-79/85);
Небезпека поразки електричним струмом;
Незадовільні параметри мікроклімату робочої зони (величини показників мікроклімату у виробничих приміщеннях повинні відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.005-88 і ДСН 3.3.6.042-99);
Вміст у повітрі робочої зони шкідливих речовин різного характеру впливу в концентраціях, що перевищують гранично припустимі (ГДК шкідливих речовин у повітрі робочої зони повинна відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.005-88 і ГОСТ 12.1.007-80, для аерозолю свинцю див. п. 1.1.2);
Підвищений рівень шуму на робочому місці (припустимі рівні звукового тиску в октавних смугах частот, рівні звуку й еквівалентні рівні звуку на робочих місцях варто приймати відповідно до Санітарних норм припустимих рівнів шуму на робочих місцях ДСН 3.3.6.037-99);
Підвищена напруженість електричного поля промислової частоти на робочому місці (напруженість електричних полів промислової частоти на робочих місцях повинна відповідати нормам, зазначеним у ГОСТ 12.1.002-88).
10.2 Умови праці на робочому місці.
Приміщення в якому відбувається технологічні операції по виготовленню і налагоджуванню виробу знаходиться в панельному будинку. Вібрації і шкідливі речовини відсутні. Покриття підлоги керамічна плитка.
Геометричні розміри приміщення:
довжина a = 10.0 м;
ширина b = 5 м;
висота h = 3.4 м;
Кількість осіб що працюють в приміщенні 6 чоловік.
Визначимо значення площі і обсягу приміщення:
S1=a×b=5×10=50 м2 – площа приміщення;
SП=8,5 м2 – загальна площа столів і шафи;
S= S1 -Sп=41,5 м2;
V=S×h=141,1 м3;
Розрахуємо значення площі і обсягу приміщення на одну особу, результати внесемо до таблиці №10.1.
Таблиця №10.1.
Параметр
Норматив,
Існуючі
Площа, S
Не менш 4,5 м2
6,9 м2
Об’єм, V
Не менш 15 м3
23,5 м3
Висота
Не менш 3 м.
3,4 м.
Обсяг приміщення, що приходиться на одну людину і корисна площа більше нормативного значення у відповідності зі СН245-82 і ОНТП-24-86.
10.3 Мікроклімат.
Скористаємося ГОСТ 12.1.005-88 і ДСН 3.3.6.042-99, що встановлюють такі параметри мікроклімату як температура, вологість і рухливість повітря в залежності від виду виконуваних робіт, періоду року.
Роботу, яка виконується в розглянутому приміщенні можна віднести до категорії 1а, тому що вона виконується сидячи і не вимагає фізичних зусиль. Енерговитрати організму людини при такому виді робіт складають до 120 ккал/год.
Джерелом теплового випромінювання є радіатор центрального опалення, що складається із семи секцій.
Нормовані значення параметрів мікроклімату відповідно до ДСН 3.3.6.042-99 представленні в табл.2.
Оптимальні і припустимі норми температури, відносній вологості і швидкості руху повітря в робочій зоні виробничих приміщень наведені у таблиці №10.2:
Таблиця №10.2.
Період року
Температура повітря, 0С
Відносна вологість повітря, %
Швидкість руху повітря, м/с
Оптимальна
Допустима
Оптимальна
Допустима
Оптимальна
Допустима
Холодний
22-24
21-25
40-60
Не більше 75
0.1
не більше 0.1
Теплий
22-24
22-28
40-60
55 при 28 0С
0.1
0.1-0.2
Існуючий
22-24
55
0.1
Параметри мікроклімату підтримуються за допомогою систем кондиціонування і обігріву.
10.4 Оцінка санітарних норм умов праці при пайці елементів.
При збиранні використовується ручна пайка, виконувана електричним паяльником потужністю 20 40 Вт. Питоме утворення аерозолю свинцю при цьому складає 0,02 0,04мг/100 пайок.
Згідно складального креслення в якості припою використовується олов'яно-свинцевий припій марки ПОС-61 ГОСТ 21931-76, а як флюс використовується без кислотний флюс КЕ ГОСТ 1797-64. Для видалення залишків флюсу застосовується етиловий спирт або ацетон. До складу припою входить олово Sn у кількості 60-62% і свинець Pb у кількості 38-40%.
Флюс складається із соснової каніфолі у кількості 15-28%, і етилового спирту у кількості 72-85%.
Свинець є надзвичайно небезпечною речовиною (клас 1), ГДК у повітрі робочої зони 0,01мг/м. Олово є речовиною помірковано небезпечною (клас 3) ГДК 10мг/м. Спирт етиловий є безпечною речовиною (клас 4) ГДК у повітрі робочої зони 1000мг/м.
Визначимо концентрацію аерозолю свинцю:
Сфакт.=0,6×y×n×N×t/V = 0,6×0,03×2×4×8/141=0,00817 мг/м, де
у — питоме утворення аерозолю свинцю (y=0,03мг/100 пайок);
n — кількість пайок у хвилину (n=2);
N — кількість робочих місць(N=4);
V — обсяг приміщення, м.( V=141 м);
t — тривалість зборки виробу, год. (t=8годин);
Отже, за даних умов технологічного процесу концентрація аерозолю свинцю в повітрі робочої зони не буде перевищувати гранично припустиму концентрацію 0,01мг/м. Так, як пари свинцю не перевищують ГДК, то немає необхідності у додатковій вентиляції ділянок пайки.
10.5 Освітлення.
10.5.1 Розрахунок природного освітлення.
При монтажі друкованих плат рівень освітленості повинен бути оптимальним. При дуже яскравому освітленні виникає швидке стомлення робітника, що може привести до втрати працездатності і травмі.
Природне освітлення приміщення здійснюється боковим світлом крізь світлові прорізи в зовнішніх стінах чи через прозорі частини стін.
Основною для розрахунку природного освітлення є коефіцієнт природної освітленості (КПО), що залежить від широти місцевості, пори року, а також погоди, і по який приводиться нормування природного освітлення.
При однобічному боковому освітленні нормується мінімальне значення КПО в точці, яка розташована на відстані 1 м від стіни, яка найбільш віддалена від світлових прорізів, на перетинанні вертикальної площини характерного розміру приміщення й умовної робочої поверхні.
Згідно СНиП ІІ-4-79/85 нормоване значення КПО для робіт високої точності дорівнює для третього поясу ен III = 2 % вибираємо для природного освітлення в районах з малим сніжним покривом.
Тому що Київ розташований у IV поясу світлового клімату, то значення КПО визначимо за формулою:
ен IV = ен III∙ m∙ з,
де ен III — значення КПО для III пояса;
m =0,9 — коефіцієнт світлового клімату для Києва;
c =0,75 — коефіцієнт сонячності клімату.
е н IV = 2,0×0,9×0,75 = 1,35
Фактичне значення еф при бічному висвітленні визначимо за формулою:
еф=еб×q×r1×T0/Kз,
де q=0,75- коефіцієнт враховуючий нерівномірну яскравість неба і залежить від кутової висоти α середини світлового прорізу над робочою поверхнею;
Кз = 1,3- коефіцієнт запасу (виробниче приміщення з повітряним середовищем, що містить менш 1мг/м3 пилу);
r1 — коефіцієнт, що враховує відображення світла від внутрішніх поверхонь приміщення. Даний коефіцієнт залежить від ряду факторів:
відношення глибини приміщення b = 5 м до висоти верха вікна від рівня робочої поверхні до верха краю вікна h = 2,9 м;
відношення відстані l = 1 м розрахункової точки від зовнішньої стіни до глибини приміщення;
відношення довжини приміщення lп =10 м до його глибини;
середньозваженого коефіцієнта приміщення, що розраховується за формулою:
,
де r1,r2,r3 — коефіцієнт відображення відповідно стелі, стін і підлоги знайдений по таблиці і рівний ρ1= 0,7; ρ2= 0,6; ρ3= 0,1;
S1,S2, S3 — площістелі, стін, підлоги.
Для розглянутого приміщення: S1=50 м2, S2=84 м2, S3=50 м2.
При відношенні
b/h=5/2,9=1,7;
l/b=1/5=0,2;
lп/b=10/5=2;
rпорівн=0,4;
Одержимо r1=2,1.
еб- геометричний КПО в розрахунковій точці при бічному освітленні.
еб=0,01×(n1×n2),
де n1=6 — кількість променів за графіком Данилюка I, що проходять від неба через світлові прорізи в розрахункову точці на поперечному розрізі приміщення;
n2=42 — кількість променів за графіком Данилюка II, що проходять від неба через світлові прорізи в розрахунковій точці.
еб=0,01×6×42=2,52
T0 — загальний коефіцієнт світло пропускання, який визначається за формулою:
T0=T1 ×T2 ×T3 ×T4 ×T5,
Де T1 — коефіцієнт світло пропускання матеріалу скла (подвійна шибка Т1=0,8);
T2 – коефіцієнт, що враховує втрати світла в плетіннях світло прийому (плетіння дерев'яні спарені Т2=0,7);
T3 — коефіцієнт враховуючий утрати світла в несучих конструкціях (при бічному висвітленні Т3=1);
T4- коефіцієнт враховуючий утрати світла в сонцезахисних пристроях ( при регульованих жалюзі Т4=1);
T5- коефіцієнт враховуючий утрати світла в захисній сітці (при бічному висвітленні Т5=1 );
Т0=0,8×0,7×1×1×1=0,56
Підставимо отримані результати в формулу:
еф=еб×q×r1×T0/Kз=2,52×0,75×2,1×0,56/1,3=1,71
З проведеного розрахунку видно, що значення необхідне по природному освітленню виконується цілком, тому що розрахункове значення КПО для робочої точки більше нормованого значення КПО.
10.5.2 Розрахунок штучного освітлення.
У розглянутому приміщенні, використовується система загального рівномірного освітлення. Як джерело світла використовуються люмінесцентні лампи низького тиску ЛБ 40 у кількості 32 штук, розміщені в шістнадцяти світильниках, розташовані на стелі в чотири ряди.
Перевіримо освітленість, забезпечувану загальним рівномірним штучним освітленням. Для визначення освітленості застосуємо метод коефіцієнта використання світлового потоку:
,
де N — кількість світильників у приміщенні;
n — кількість ламп в одному світильнику (n = 4);
Фл- світловий потік лампи, лм Фл = 3120лк. по для світильників ЛБ-40;
m — коефіцієнт, що враховує збільшення освітленості за рахунок відображення (m = 1.2);
m — кількість напіврядів світильників (m = 4);
ei — відносна освітленість за рахунок i-го напівряду світильників у розглянутій точці;
y — коефіцієнт переходу від горизонтального освітлення, створюваного i-м напіврядом у розглянутій точці до освітлення в похилій площині;
K3 — коефіцієнт запасу (При використанні люмінесцентних ламп у приміщеннях з повітряним середовищем, що містить менш 1мг/м3 пилу, Кз = 1.5);
h — висота підвісу світильників відносно поверхні робочого місця (h=2.6м);
lp — довжина ряду світильників, м (lp = 10 м);
Для визначення табличного значення функції e знаходимо відношення p і l:
p = p / n,
де p — відстань розрахункової точки до проекції ряду світильників на
горизонтальну площину;
p = 1/4 = 0.25;
l = l2 / n, де
l2 — відстань розрахункової точки від стіни (2.5 м).
l = 2.5 / 4 = 0.62.
Для кута a = 25° падіння світла Ia = 162 Лм… по Ia для світильників 9-ї групи визначимо f(p l) =0.55
e = f(p l) ×Ia = 0.55×162 = 89;
Норма загального освітлення робочих місць (контраст об'єкта розрізнення середній, розряд зорової роботи 3у; робота високої точності) складає 300 Лк. Тому, що Е фактичне > Е необхідне, то СНиП 11-4-79/85 виконуються.
Також кожне робоче місце обладнане джерелом місцевого освітлення, для виконання можливих робіт пов’язаних з виконанням операцій високої точності.
10.5.3 Оцінка інтенсивності інфрачервоного випромінювання (ІЧВ).
ІЧВ має на організм людини тепловий вплив, ефект якого залежить від довжини хвилі, що є умовою для глибини проникнення. Дія ІЧВ при поглинанні в різних шарах шкіри зводиться до її нагрівання, що обумовлює переповнення кровоносних судин кров'ю і посиленню обміну речовин. Збільшується зміст фосфору і натрію в крові, відбувається поляризація шкіри людини. ІЧВ впливає на функціональний стан центральної нервової системи, викликаючи зміни в серцево-судинній системі. Довгохвильове ІЧВ, проникаючи в очні середовища, викликає ряд патологічних змін: коньюктиви, помутніння роговиці, депігментація райдужної оболонки, спазм зіниць і інші.
Джерелами ІЧВ в розглянутому випадку є паяльники. Температуру паяльників знайдемо з наступних розумінь — припій ПОС-61 має температуру плавлення + 190 С. Температура паяльника повинна бути вище на 50-70 С. Тому паяльник нагрівається до температури + 260 С. Для оцінки відповідності рівня ІЧВ припустимим значенням санітарних норм необхідно визначити довжину хвилі цього випромінювання:
l=2.88/T;
l- довжина хвилі, мм;
Т — температура випромінюючої поверхні.
l = 2.88/503= 5.73 мкм;
Згідно норм ГОСТ12.1.005-88 та ДСН 3.3.в.042 — 99 при опроміненні Sдоп
S=p(d1×l1+d2×l2+d3×l3),
де S — випромінювана поверхня паяльника. Знайдемо випромінювану поверхню паяльника, як суму поверхонь трьох циліндрів:
d1=0,004 м; l1=0,03 м;
d2=0,01 м; l2=0,03 м;
d3=0,005 м; l3=0,05 м;
S=3,14×(0,004×0,03+0,01×0,03+0,005×0,05)=0,0021 м2;
Визначимо інтенсивність опромінення. Тому що відстань від джерела випромінювання до людини r=0.2м > =0.046м, то застосуємо точковий метод:
q=0.91×S×((T/100)4-A)/r2;
А = 85 для шкірного покриву людини;
q=0.91×0.0021×((503/100)4-85)/0.22=26,5 Вт/м2;
При довжині хвилі l =5.76 мкм qдоп = 120 Вт/м2. Тому що q
10.6 Акустичний шум в робочому приміщені.
Шум шкідливо діє на здоров’я людині. Для організації оцінки шуму санітарними нормами допускається користатися загальним рівнем, вимірюваними шумо — вимірювачем по шкалі «А» названого рівнем звуку, що потім порівнюють із припустимим рівнем для даного типу приміщення, рівним 55 дбА, відповідно до ДСН 3.3.6.037-99
Максимальний рівень шуму в приміщенні 45дбА, тобто нижче припустимого. У приміщенні цеху ніяких видів вібрації немає.
10.7 Аналіз потенційних причин ураження електричним струмом. Електробезпека.
По способу захисту людини від ураження електричним струмом згідно ГОСТ12.2.007.0-75 основну i допоміжну апаратуру відносять до 01 класу.
Згідно ГОСТ 12.1.038-88, граничного допустимі напруги дотику i струми через людину при нормальному (неаварійному) режимі роботи виробу наведені в таблиці №10.3:
Таблиця №10.3.
Вид струму
Напруга, В
не більше
Струм, мА
не більше
Змінний 50 Гц
2
0.3
Постійний
8
1.0
Тривалість дії напруг вказаних в таблиці не більше 10 хвилин на добу, встановлено з реакції чутливості. Напруга дотику i струму для людей, працюючих в умовах високих температур (вище 25`С) i вологості (більш 75%) повинна бути зменшена в три рази.
Згідно технічного завдання експлуатація модуля передбачає в умовах виробництва при живленні від мережі змінного струму 220В, 50Гц. Оскільки в виробничих умовах є можливість одночасного дотику людини до з`єднаних з землею конструкціями, то це обумовлює категорію приміщень, як приміщення з підвищеною небезпекою.
Значення робочої напруги дотику i струму крізь людину не повинно перевищувати значень, вказаних в таблиці що приведена вище.
При аварійному режимі роботи напруга дотику i струму через людину не повинна перевищувати значення, вказані в таблиці №10.4:
Таблиця №10.4.
Вид струму
Величина
Гранично допустимі рiвнi при дії вище:
0,1 0,2 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 вище 1
Змінний
50Гц
U,B
I, мA
500 250 100 85 70 65 55 50 36
500 250 100 85 70 65 55 50 6
Постійний
U,B
I, мA
500 400 250 240 230 220 210 200 40
500 400 250 240 230 220 210 200 15
Гранично допустимі значення напруг дотику i струму, що проходять крізь людину, відповідають випускаючим (змінним) i не больовим (постійним) струмам, при аварійному режимі роботи електрообладнання.
Для захисту людини від ураження електричним струмом в виробничих приміщеннях використовується занулення устаткування. При наявності занулення замикання фази на корпус перетворюється в однофазне коротке замикання від струму, якого спрацьовує пристрій максимального стругового захисту i вимикає пошкоджене електрообладнання.
Розрахунок на виникаючу здатність, включає знаходження величини струму короткого замикання i перевірку кратності його по відношенню до номінального струму пристрою максимального струмового захисту.
Вхідні данні для розрахунку:
Uф = 220 В – фазна напруга;
кабель чотирьох жильний 3 ´ 150 мм2 плюс 1´70 мм2;
матеріал – алюміній (r = 0.028 Ом´мм2 / м );
відстань від трансформатора до споживача L = 250 м;
номінальний струм спрацювання автомата захисту Iном – 250 А.
Струм однофазного короткого замикання визначимо за формулою:
продолжение
--PAGE_BREAK--