Разработка конструкции пульта проверки азимутального блока

Аннотация азимутальный конструкция надежность В работе выполнено обоснование выбора конструкции азимутального блока и ее описание, сделан тепловой расчет с выбором способа охлаждения, расчет на вибропрочность, расчет размерной цепи, расчет надежности, расчет экономической целесообразности разрабатываемого устройства, произведена разработка чертежей в системе AutoCAD: схемы электрической принципиальной с перечнем элементов, сборочного со спецификацией, корпуса, передней панели, а также рассмотрены используемые в работе САПР.

Введение

С ростом производства и внедрения новых технологий растут проблемы по контролю надежности, работоспособности аппаратуры. Главным фактором успеха сегодня становится повышение качества и скорости проектирования с максимально быстрым доведением продукта до рынка. Существует большое число методов расчета качества продукции. На некоторых предприятиях, разрабатывающих комплексы, состоящие из огромного числа узлов сложной аппаратуры, применяются методы непосредственной проверки отдельных узлов перед сдачей заказчику. Одной из составляющих контроля является проверка узлов специально разработанными для них пультами проверки. Такие пульты обеспечивают проверку параметров работоспособности, правильности сборки узлов. В свою очередь пульты проверки имеют достаточно простую конструкцию, но обладающую всеми необходимыми параметрами для тестирования разработанного устройства.

В связи с развитием и распространением компьютерных технологий в современной сфере конструирования компьютеры используются повсеместно. Проектирование проводится на ЭВМ и только потом происходит реализации проекта в жизнь. Проектирование аппаратуры в настоящее время может производиться не целыми отделами, как это происходило раньше, а несколькими специалистами. Это стало возможно с появлением и внедрением мощных пакетов САПР. На сегодняшний день системы автоматизированного проектирования позволяют добиться отличных результатов с наименьшей трудоемкостью, уменьшают время и облегчают процесс разработки. При этом возникает проблема поиска специалистов в области САПР. Современные САПР — это многофункциональные программные пакеты, позволяющие выполнять все необходимые расчеты в процессе конструирования, в частности это расчеты на механические воздействия, расчеты по обеспечению тепловых режимов. По мнению подавляющего большинства специалистов в области рынка программного обеспечения, нынешние тенденции таковы, что основными критериями выбора базовой САПР являются такие показатели, как быстродействие, устойчивость в работе, повышенный комфорт и комплексность решаемых задач.

В наше время организации переходят к модели проектировщика-универсала, который сочетает в себе квалификацию одновременно и конструктора, и технолога. САПР обеспечивают такой подход к производству, обеспечивая конструкторскую, технологическую работу, процесс подготовки производства, что позволяет небольшим организациям снизить сроки проектирования, улучшить качество проектов за счет более точного учета различных факторов, согласованности различных частей проекта, сократить ошибки в конструкторской документации.

1. Техническое задание

1. Общие требования.

1.1. Пульт проверки должен соответствовать требованиям стандарта

ОСТ4 Г0.070.207−80 и требованиям общих технических условий (ОТУ).

1.2. Требования к конструкции.

1.2.1. Пульт проверки должен устанавливаться в блок по направляющим и закрепляться с помощью винтов.

1.2.2. Размеры крепёжных отверстий пульта проверки в блоке определяются конструктором, разъёмы и гнезда располагаются на передней панели пульта проверки.

1.2.3. Конструкция пульта проверки должна представлять собой шасси с закрепленными на нем платами

1.2.4. На передней панели расположены тумблер S1, переключатель S2, разъем Х3, гнезда Х8 (+10 В), Х1 (+27 В), «земля», резистор R4, световые индикаторы Н1… Н15 [приложение, принципиальная схема].

1.3. Требования к параметрам.

1.3.1. Пульт должен быть работоспособным после замены в нем сменных частей изделия на однотипные.

1.3.2. Пульт должен соответствовать требованиям при длительной непрерывной работе.

1.3.3. Рассеиваемая мощность в пульте не более 20 Вт.

1.3.4. Температура орпусов элементов не более 70 єС.

1.4. Требования по устойчивости к внешним воздействиям.

1.4.1. Пульт должен соответствовать требованиям после воздействия изменения температуры среды от минус 50 єС до 50 єС.

1.4.2. Пульт должен соответствовать требованиям в условиях воздействия среды относительной влажности 98% при температуре (30±5) єС.

1.4.3. Пульт должен соответствовать требованиям в условиях воздействия инея и росы.

1.4.4. Пульт должен соответствовать после испытаний на прочность при воздействии синусоидальной вибрации в диапазоне частот от

2. Обоснование выбора конструкции и ее описание Пульт проверки азимутального блока предназначен для проверки работоспособности азимутального блока:

— для проверки правильности сборки электромонтажа;

— для проверки выдачи сигналов кодов Грея.

Разрабатываемый пульт проверки будет иметь низкий коэффициент заполнения 0.2, тогда как обычно он равен (0.5 — 0.75). Это связано с тем, что данное устройство разрабатывается на стандартном шасси с известными размерами. Такое устройство пульта позволяет использовать его не только в лабораторных условиях, но и в полевых (имеется в виду эксплуатация на конечном изделии в «контейнере» устройства 01). Так же обеспечено необходимое пространство для установки других субблоков. Это могут быть как дополнительные схемы анализа сигналов, так и стандартный блок питания (используется исключительно редко при отсутствии питающей цепи с необходимыми параметрами).

Пульт проверки включает в себя две платы, укрепленные стандартным разъемом на 72 штыря с двумя направляющими на шасси, переднюю панель и корпус.

Передняя панель представляет собой пластину из сплава Д16Т с отверстиями для установки элементов и под крепежные винты. На передней панели расположены 15 световых индикаторов, отображающих работу проверяемого устройства — азимутального датчика, тумблер S1, который включает пульт проверки, и переключатель S2. На передней панели расположены гнезда для подключения питания +27 вольт, +10 вольт и гнездо для подключения «земли». Стандартное гнездо Х3 предназначено для подключения к проверяемому устройству для получения проверяемых сигналов. Потенциометр R4 служит для установки напряжения 10 вольт в электрическую систему пульта проверки. Передняя панель присоединяется к шасси при помощи четырех винтов М3. Для присоединения кожуха вверху панели два отверстия под винт М3. Так как материал, из которого изготовлена передняя панель это дюралюминий, то необходимо химическое оксидирование, затем покрытие краской ПФ115.

Шасси представляет собой литую конструкцию из алюминиевого сплава АЛ2 ГОСТ 26.85−75, состоящую из двух уголков, соединенных между собой с одной стороны. При этом со стороны соединения основания шасси расположены две вертикальные пластины с тремя отверстиями каждая, причем одно из них имеет резьбу (для крепления в «шкаф»). Пластины расположены на уголках перпендикулярно вверх. Шасси имеет габариты, которые соответствуют габаритам направляющих в конструкции «шкафа», поэтому легко обеспечивается установка и использование изделия, изготовленного на этом шасси. На каждом из уголков шасси есть отверстия для крепления корпуса и дна. Недостатком данного шасси является большая масса.

При изготовлении корпуса наиболее оптимальным является использование готового проката, так как это наиболее дешевое производство.

Дюралюминий Д16Т принадлежит к так называемым недеформируемым и термически упрочняемым сплавам. Он не обладает хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяется везде, где необходима прочность и легкость. Существенным недостатком дюраля является его низкая коррозионная стойкость, для устранения которой используется химическое оксидирование. Готовые корпуса из дюралюминия нуждаются в тщательном лакокрасочном покрытии.

Корпус изготавливается из листового материала толщиной 1.5 мм с внутренним радиусом сгибов на углах 3 мм. Представляет собой конструкцию, закрывающую шасси с платами сверху, сзади и по бокам. В задней части с двух сторон корпус сваривается по ГОСТ 14 771–76. вертикальными швами. В корпусе есть отверстия для крепления к шасси. В передней части корпуса находятся два загиба с отверстиями для крепления к передней панели в верхней ее части.

Снизу шасси закрывается пластиной из дюралюминия все требования к которой такие же как и у корпуса.

К шасси крепится плата, на которой расположены 3 разъема на 72 штыря. В разъемы вставляются две печатные платы (1 разъем предназначен для установки дополнительной платы). Таким образом платы ориентированы вертикально, параллельно плоскости передней панели. Соединение узлов и отдельных ЭРЭ на каркасе осуществляется жгутами из проводов МГШВ сечением от 1 мм² и проводами МГШВ.

Платы изготовлена из стеклотекстолита СТЭК1,5 ТУ16−503.201−80. Установка элементов проводится по ОСТ4.010.030−81. Все элементы паяются припоем ПОС 61 ГОСТ 21 930;76. Покрытие крепежа производится эмалью ПФ-115 серо-голубой УХЛ2 ГОСТ 6465–76. Под установку стабилитрона 2Д156А на плате вытравливается площадка, а в ней сверлится отверстие. Плата изготавливается электрохимическим (полуаддитивным) методом с классом точности 3. Шаг координатной сетки 1.25 мм.

Световые индикаторы Н1… Н15 устанавливаются на отдельной плате вместе с резисторами R6… R20. Плата клеится к передней панели клеем ВК-9, при этом световые индикаторы вставляются в соответствующие отверстия.

Для надежности крепления плат, установленных на шасси, и обеспечения устойчивости при вибрациях платы их дополнительно крепят на дюралевую пластину, имеющую вид, изображенный на рис. 1. Верхними рожками пластина крепится к предусмотренным на плате отверстиям, нижним загибом с двумя отверстиями — к шасси.

Для достижения требуемой в ТЗ устойчивости блока к климатическим воздействиям все металлические элементы конструкции корпуса и передней панели оксидируются и покрываются эмалью серо-голубой ПФ-115 IV УХЛ2 ГОСТ 6465–76.

Рис. 1.

Печатная плата и электромонтаж защищаются лаком УР 231 по РД107.9.4002−88.

При разработке конструкции пульта обеспечена ремонтопригодность. То есть при выходе из строя какой-то из плат есть возможность заменить ее простым способом — просто вставить новую плату в разъем взамен старой, правда понадобится перепайка некоторого количества проводов. Корпус крепится к основанию конструкции всего на восьми винтах, при необходимости его нетрудно снять.

3. Обеспечение тепловых режимов Обеспечение теплового режима работы изделий электронной техники является одной из важнейших проблем конструирования радиоэлектронной аппаратуры.

Основная задача обеспечения необходимого теплового режима заключается в создании таких условий, при которых количество тепла, рассеянного в окружающую среду, будет равным мощности тепловыделения аппаратуры. Тогда температура нагретой зоны в приборе перестанет нарастать, и тепловые параметры при всех прочих равных условиях стабилизируется.

Повышение температуры изделия электронной техники значительно снижает надежность их работы. Например, если уменьшить рабочую температуру полупроводникового прибора на 20%, то интенсивность отказов снизится в 3 раза. Повышенная температура эксплуатации изделий электронной техники является не только причиной отказов, но и значительно ухудшает их основные параметры.

Тепловой режим РЭА характеризуется двумя факторами:

Совокупность температур всех элементов, из которых собран радиоэлектронный аппарат, то есть его температурное поле, характеризует тепловой режим аппарата. Все элементы, из которых состоит аппарат, должны работать в нормальном тепловом режиме. Тепловой режим отдельного элемента считается нормальным, если выполняются два условия:

1 — температура элемента в условиях эксплуатации заключена в пределах, ограничивающих диапазон температур, допустимых для данного элемента;

2 — температура элемента такова, что будет обеспечена его работа с заданной надежностью (второе условие более общее).

Выполнение второго условия для конкретного элемента может быть связано с необходимостью обеспечения заданных количественных характеристик его надежности, постоянства температуры во времени, устойчивости работы схемы. Тепловой режим аппарата считается нормальным, если для всех элементов, смонтированных в аппарате, выполняются сформулированные выше условия.

Если первое условие, определяющее понятие «нормальный тепловой режим», применимо к аппаратуре различного функционального назначения, то второе условие необходимо формулировать для каждого вида аппаратуры, подчеркивая особенности режима его работы.

Обеспечение нормального теплового режима является одной из главных задач, решаемых при проектировании аппаратуры. Для решения этой задачи принимается ряд мер: выбирают определенные типы элементов в зависимости от условий эксплуатации аппаратуры; уменьшают мощности рассеяния элементов; вводят в аппаратуру специальные нагреватели, разогревающие ее при отрицательных температурах среды; применяют рациональное размещение элементов, узлов и блоков; выбирают форму и размеры отдельных конструктивных составляющих, термостатируют узлы и блоки, наконец, применяют специальные средства охлаждения отдельных элементов и аппаратуры в целом. Меры, применяемые для обеспечения нормального теплового режима элементов и аппаратуры, приводят к увеличению габаритных размеров, необходимости установки необходимого оборудования, перерасходу электроэнергии, увеличению веса и усложнению конструкции. Поэтому очень важно технически грамотно обосновать применяемые меры. Конструктор должен найти оптимальное решение, компромиссное между необходимостью обеспечить нормальный тепловой режим элементов и недопустимостью увеличения потребления энергии, веса, габаритов и т. д. Обоснование мер по охлаждению аппаратуры может быть получено путем расчета его тепловых режимов или экспериментирования на тепловых и реальных макетах РЭА.

3.1 Исходные данные и анализ задачи Используем коэффициентный метод расчета стационарных температурных полей в радиоэлектронных аппаратах с герметичным корпусом по методике учебного пособия «Тепловые режимы электронной аппаратуры» Г. Н. Дульнева.

Конструкция блока заменяется ее физической тепловой моделью с размерами — длина, — ширина, — высота, в которой нагретая зона представляет собой параллелепипед, имеющий размеры — длина, — ширина, — высота, — мощность рассеяния в блоке.

= 0.175 м,

= 0.185 м,

= 0.162 м,

= 0.17 м,

= 0.07 м,

= 0.048 м.

Вт Метод сводится к нахождению средней поверхностной температуры нагретой зоны. Нагретая зона представляет собой совокупность многих тел с дискретными источниками тепловой энергии. В тепловой модели нагретая зона — однородное тело с распределенным по объему источником энергии. Размеры нагретой зоны определяются (рис. 2). Причем величина определяется как расстояние между корпусами наиболее выступающих элементов на внешних сторонах плат.

Рис. 2.

Рассчитанную температуру необходимо сравнить с допустимой температурой корпуса наименее стабильного элемента (). То есть необходимо, чтобы <. Таким элементов является транзисторная матрица. В соответствии с ТЗ

3.2 Выбор способа охлаждения Выбор способа охлаждения РЭА можно выполнить с помощью графика, изображенного на рис. 3. [1], характеризующего области целесообразного применения различных способов охлаждения. Эти области строятся по результатам обработки статистических данных для реальных конструкций, тепловых расчетов и данных испытания макетов.

Рис. 3. Области целесообразного применения различных способов охлаждения.

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена .

1. Рассчитываем поверхность корпуса блока по формуле:

.

2. Определяем удельную мощность корпуса по формуле:

.

3. Необходимо рассчитать, т.к. график областей целесообразного применения различных способов охлаждения построен в координатах и. Имеется два типа областей. Области, в которых можно рекомендовать применение определенного способа охлаждения, и области в которых с примерно одинаковым успехом можно применять два или три способа охлаждения. Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам охлаждения:

1 — естественное воздушное;

3 — принудительное воздушное;

5 — принудительное жидкостное;

9 — принудительное испарительное.

Области второго типа заштрихованы:

2 — возможно применение естественного и принудительного воздушного;

4 — возможно применение принудительного воздушного и жидкостного;

6 — возможно применение принудительного жидкостного и естественного испарительного;

7 — возможно применение принудительного жидкостного, принудительного или естественного испарительного;

8 — возможно применение принудительного жидкостного и принудительного испарительного.

Находим, а затем определяем по графику область целесообразного применения способа охлаждения. Выбираем область 1 — естественное воздушное охлаждение, которое является наиболее простым и распространенным способом охлаждения аппаратуры (рис. 3).

При естественном воздушном охлаждении выделяющаяся в аппаратуре тепловая энергия конвекцией и излучением передается корпусу аппарата и таким же путем рассеивается в окружающую среду. Этот охлаждения характеризуется сравнительно низкой эффективностью, но в данном расчете достаточно и его использования (как показали расчеты области целесообразного применения способа охлаждения по графику).

3.3 Тепловой расчет

1 Этап. Расчет температуры корпуса .

Расчет по методике П2−2 пример П2−1 стр. 209 [2]

3.3.1 Расчет площади наружной поверхности корпуса

.

3.3.2 Определение удельного теплового потока с поверхности корпуса.

.

3.3.3 Определение перегрева корпуса аппарата

Т. к. атмосферное давление среды H=760 мм рт. ст. больше 300 мм. рт. ст., то при определении перегрева и коэффициентов, ,, необходимо воспользоваться графиками рис. 4. [рис. П2−1, 2] и формулой [П2−9 а, 2].

Рис. 4. Графики для расчета среднего перегрева корпуса аппарата.

По графикам находим: =0.97, =1, =0.98, =10C для H=3 001 500 =, где — температура окружающей среды, равная 50 C.

=7.6 C.

3.3.4 Определение температуры корпуса

=7.6 C+ 50 C= 57.6 C.

2 Этап. Расчет средней поверхностной температуры нагретой зоны .

Расчет по методике [П2−3, 2] пример [П2−2 стр. 218, 2]

3.3.5 Нахождение объемного коэффициента заполнения аппарата

[П2−18, 2],

где — объем пустого аппарата; - объем занимаемый монтажными платами, шасси, модулями.

.

Отсюда .

3.3.6 Нахождение толщин зазоров между корпусом аппарата и нагретой зоной

, , [П2−19, 2],

м, м, м.

3.3.7 Нахождение основания, высоты приведенной нагретой зоны

[П2−17, 2],

=0.18 м.

[П2−19, 2],

м.

3.3.8 Нахождение высоты зазора между приведенной нагретой зоной и корпусом аппарата

[П2−19, 2],

=0.065 м.

3.3.9 Нахождение площади приведенной нагретой зоны и удельного теплового потока с единицы поверхности приведенной нагретой зоны

[П2−20, 2],

.

[П2−20, 2],

.

3.3.10 Нахождение приведенной степени черноты по [П1−89, 2]

=0.81.

3.3.11 Нахождение среднего поверхностного перегрева нагретой зоны по отношению к корпусу

Т. к. давление в аппарате H=760 мм рт. ст. (нормальное атмосферное давление) больше 300 мм рт. ст. и h=0.075 м < 0.2 м, то при определении значений функций:, ,, [П2−14, 2];

, , [П2−15, 2];

, [П2−16, 2];

Воспользуемся формулой [П2−21а, 2], формулой h₁/l=0.33 и графиками рис. 5 [рис. П2−5, 2]:

Рис. 5. Графики для расчета среднего поверхностного перегрева нагретой зоны над корпусом.

Отсюда

3.3.12 Нахождение средней поверхностной температуры нагретой зоны

По формуле, [П2−12, 2], выражаем. Температура корпуса определена на первом этапе. Подставляем значения в формулу и находим :

Проведенный тепловой расчет позволяет сделать вывод о том, что ни каких дополнительных мер по охлаждению РЭА предпринимать не нужно. Все элементы будут работать в нормальном тепловом режиме, при естественном воздушном охлаждении, поскольку < 70? С.

4. Расчет на вибропрочность При проектировании, конструировании и эксплуатации аппаратуры необходимо учитывать влияние вибрации. И это в первую очередь обусловлено тем, что действие механических нагрузок может вызвать дефекты и неисправности РЭА. Под вибрацией РЭА будем понимать колебательные процессы в ее конструкции, которые снижают надежность работы аппаратуры. По требованиям, установленным в ОСТ по механическим и климатическим воздействиям на возимую аппаратуру, диапазон синусоидальных колебаний: 1 — 200Гц, собственная частота не должна попадать в этот диапазон. В противном случае печатная плата разрушится. То есть необходимо, чтобы:. Чтобы выполнялось это условие, необходимо, чтобы собственная частота колебаний платы .

Весь расчёт производится в программной системе ANSYS, что позволяет наглядно увидеть наиболее и наименее «напряжённые» места платы, посмотреть прогибы в этих местах. Данная программа работает совместно с программой SolidWorks, которая открывает огромные возможности для конструирования. В процессе создания радиоэлектронной аппаратура необходимо учитывать их размеры (а в каких-то случаях и упрощать их, то есть в случаях когда присутствует огромное количество элементов, что затруднит работу и последующий расчет в программе ANSYS), при этом не обязательно вычерчивать довольно маленькие элементы конструкции. Необходимо обеспечить достаточный объем виртуальной детали, соответствующий реальному объему. Поэтому вся необходимая работа в SolidWorks сводится к созданию 3-х мерной модели испытуемой платы с радиоаппаратурой, и правильному расположению радиоаппаратуры на плате.

Приступая к процессу расчета, определимся с его параметрами. В испытуемом изделии присутствуют две печатные платы, закрепленные на стандартном шасси. Крепление представляет собой стандартный разъем на 72 штыря и отверстия М3 под два винта. Одна из плат содержит большее количество радиоэлементов, при этом крупногабаритных, нежели на другой плате, нагруженной несколькими микросхемами, поэтому будем вести расчет на вибропрочность платы, которая вызывает большие опасения в прочности.

После моделирования объекта в SolidWorks открываем проект в программе ANSYS. Задаем места крепления (нижние грани платы и специальные отверстия). После чего необходимо удельную плотность материалов, из которых изготовлена конструкция. В нашем случае это стеклотекстолит для печатной платы и материал, созданный вручную, основной характеристикой будет являться удельная плотность, все остальные характеристики (модуль упругости, коэффициент Пуассона и прочие) будут примерно такими же, как у алюминия. После этого можно начинать расчет резонансной частоты конструкции. На рис. 4 показаны результаты расчета.

Рис. 4 Результат расчёта резонансной частоты печатной платы (плата крепится разъемом и двумя винтами М3 снизу).

Результаты показывают, что резонансная частота конструкции 180.4 Гц, что не соответствует требованиям ГОСТ. Максимальный прогиб (красная область сверху платы) составляет приблизительно 0.2 мм.

Так как результаты неудовлетворительные, то было принято решение разработать конструкцию, позволяющую обеспечить резонансную частоту испытуемого изделия более 300 Гц. Конструкция представляет собой металлическую пластину, закрепленную на шасси по бокам от плат двумя винтами М3, имеющую сверху проушины для крепления обеих печатных плат (отверстия для крепления на плате находятся сверху по бокам). Результаты расчета показаны на рис. 5.

Рис. 5 Результат расчёта резонансной частоты печатной платы (плата крепится разъемом, двумя винтами М3 снизу и двумя винтами М3 сверху).

Результат расчета показал, что резонансная частота платы при данном способе крепления составляет 344.77 Гц. Максимальный прогиб составляет

0.2 мм. Вторая плата будет крепиться к укрепляющей конструкцию пластине так же как и плата, по которой ведем расчет, поэтому в ее устойчивости нет сомнения. Т. к. рассчитанный параметр удовлетворяет требования ГОСТ, то расчет на вибропрочность можно считать оконченным.

В заключение данного раздела хочу сказать, что существует большое количество способов крепления и все они в какой-то мере обеспечивают требованиям ГОСТ, но условия эксплуатации весьма различаются, поэтому одни виды крепления можно использовать в одних условиях, когда в свою очередь в других они будут неприемлемы по различным условиям. Это могут быть и экономические вопросы, проблемы связанные с громоздкостью конструкции, недостаточной прочностью закрепления узлов для аппаратуры, использующейся в жестких условиях и прочие.

5. Расчет размерной цепи После выбора номинальных размеров изделия неизбежно возникает вопрос о возможности его изготовления и сборки с необходимой точностью, т. е. вопрос о назначении реальных допусков на размеры изделия. В свою очередь значения допусков накладывают определенные ограничения на технологическую оснастку и средства измерения изготовленного изделия, а в итоге — на его экономичность.

5.1 Основные определения Размерная цепь — совокупность размеров, образующих замкнутый контур и непосредственно участвующих в решении поставленной задачи. Замкнутость является обязательным условием размерной цепи.

Размерные цепи включают в себя звенья:

— замыкающее — звено, которое получается при обработке деталей или при сборке узла последним;

— увеличивающее — звено, при увеличении которого замыкающее звено увеличивается, — коэффициент влияния;

— уменьшающее — звено, при увеличении которого замыкающее звено уменьшается .

5.2 Методы расчета размерных цепей ГОСТ 16 320–80 устанавливает методы расчета конструкторских, технологических и измерительных плоских размерных цепей с постоянными передаточными отношениями с использованием различных методов достижения точности.

1. При расчетах размерных цепей могут решаться две задачи: прямая и обратная.

2. При решении прямой задачи, исходя из установленных требований к замыкающему звену (известны его номинальный размер, допуск, верхнее и нижнее отклонения), определяют номинальные размеры, допуски, координаты середин полей допусков или предельные отклонения всех остальных составляющих размерную цепь звеньев.

3. При проверочных расчетах размерных цепей решают обратную задачу, исходя из известных значений номинальных размеров, допусков, предельных отклонений или координат середин полей допусков составляющих звеньев, определяют номинальный размер, его допуск, предельные отклонения или координату середины поля допуска замыкающего звена.

4. В размерных цепях, в которых должна быть обеспечена полная взаимозаменяемость, допуски рассчитывают по методу максимума-минимума.

5. В ряде случаев возможны сочетания различных методов точности замыкающего звена данной размерной цепи.

6. При расчетах допускаются обозначения по ЕСДП СЭВ.

5.3 Расчет методом максимума-минимума

Проведем расчет размерной цепи для передней панели.

Определим, какие звенья увеличивающие, какие уменьшающие. Для этого построим схему размерной цепи.

Размерные звенья:

— увеличивающее А1;

— уменьшающие А2, А3, А4;

— замыкающее А.

А= (1).

А1=,

А2=6.35±0.2,

A3=172.68±0.5,

A4=.

Согласно формуле (1):

А=185-(6.35+172.68+1.5)=4.47,

А=185-(6.15+172.18+1.5)=5.17 — максимальное значение замыкающего звена,

А=185-(6.55+173.18+1.505)=3.765 — минимальное значение замыкающего звена.

Поле допуска замыкающего звена:

Т= АА=5.17−3.765=1.405,

Верхнее предельное отклонение А: 5.17−4.47=0.7,

Нижнее предельное отклонение А: 3.765−4.47=-0.705,

.

Координата середины поля допуска:

=(0.705+0.7)/2=0.7025 мм.

Расчет показал, что допуски на рассмотренные выше размеры назначены верно.

Метод учитывает только предельные отклонения звеньев размерной цепи и самые неблагополучные их сочетания, обеспечивает заданную точность сборки без подгонки деталей — полную взаимозаменяемость. Этот метод экономически целесообразен лишь для машин невысокой точности или для цепей, состоящих из малого числа звеньев.

6. Расчёт надёжности

Надежность — свойство изделия сохранять свои параметры в заданных пределах и в заданных условиях эксплуатации в течение определенного промежутка времени.

Общую надежность можно принимать как совокупность трех свойств: безотказность, восстанавливаемость, долговечность.

Безотказность — свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени в определенных условиях эксплуатации. Она характеризуется закономерностями возникновения отказов.

Восстанавливаемость — это приспособленность системы к обнаружению и устранению отказов с учетом качества технического обслуживания. Она характеризуется закономерностями устранения отказов.

Долговечность — свойство системы длительно сохранять работоспособность в определенных условиях. Количественно характеризуется продолжительностью периода практического использования системы от начала эксплуатации до момента технической и экономической целесообразности дальнейшей эксплуатации.

Методы повышения надежности в зависимости от области их применения можно разделить на три основные группы: производственная, схемно-конструкторская, эксплуатационная.

К производственным методам относятся: получение однородной продукции, стабилизация технологии, анализ дефектов и механизмов отказов, разработка методов испытаний, определение зависимости показаний надежности от интенсивности внешних воздействий.

К схемно-конструкторским методам относятся: выбор подходящих условий нагрузки, унификация узлов и элементов, разработка схем с допусками на отклонение параметров элементов, резервирование, контроль работы оборудования, введение запаса работы во времени.

К эксплуатационным методам относятся: сбор информации надежности, увеличение интенсивности восстановления, профилактические мероприятия, граничные испытания.

Наиболее ответственным этапом по удовлетворению требований эксплуатационной надежности является этап проектирования. Насколько всесторонне учтены при проектировании и изготовлении опытного образца условия производства и эксплуатации с точки зрения безопасности в работе, ремонтопригодности, долговечности аппаратуры, настолько последняя будет обладать эксплуатационной надежностью.

К критериям безопасности относятся: вероятность безотказной работы, частота отказов, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы, наработка на отказ.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Предсказать отказ заранее трудно, поэтому говорят, что отказ — случайное событие.

Пригодность любого изделия к использованию по назначению определяется качеством изделия, которое оценивается совокупностью свойств, присущих изделию. Одним их таких свойств является надёжность. Это — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надёжность изделия обуславливается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, а также долговечностью его частей.

Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации. Свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных простоев называется безотказностью.

Наработка — продолжительность или объём работы изделия, измеряемые в часах, циклах, кубометрах, или в других единицах.

Интенсивностью отказов называется отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, продолжавших исправно работать. Средним временем безотказной работы называется арифметическое время исправной работы каждого изделия. В теории вероятности применяются различные законы распределения. Наиболее простым и наиболее распространённым является метод оценки надёжности устройств основанный на двух предположениях: наработка до отказа всех комплектующих элементов устройства подчиняется экспоненциальному распределению, и имеющиеся табличные значения интенсивности отказов соответствуют применяемым элементам.

Количественно надёжность оценивается величинами, получившими название показателей надёжности: вероятность безотказной работы P (t), интенсивность отказов устройства л, средняя наработка на отказ Т_ср. Надёжность относится к числу свойств, которые проявляются при использовании изделий по назначению в течение некоторого времени. Являясь внутренним свойством каждого изделия, надёжность наиболее быстро проявляется в сложных изделиях.

Для повышения надёжности применяют следующие меры:

— Резервирование — применение дополнительных средств или возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких элементов;

— Простота конструкции. Важным свойством повышения долговечности ремонтируемой аппаратуры является ремонтопригодность. Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём проведения технического обслуживания и ремонтов [7];

— Надёжная защита несущих конструкций и комплектующих элементов от воздействия внешней среды и внутренних перегревов.

— Теоретические расчёты уровня надёжности разрабатываемой РЭА, которые должны быть подтверждены экспериментальными данными.

Расчёт надёжности блока ведётся на основании структурной схемы надёжности устройства и основывается на следующих допущениях:

— Все элементы данного типа равнонадежны, т. е. интенсивность отказов?

для этих элементов одинакова;

— Все элементы работают в нормальных технических условиях;

— Интенсивность отказов всех элементов не зависит от времени (срока службы);

— Отказы элементов являются событиями случайными и независимыми;

— Все элементы работают одновременно;

— Отказ любого элемента приводит к отказу всей системы.

Параметр потока отказов устройства и наработка на отказ:

,

где:

— л_i — интенсивность отказов;

— N_j — число элементов одного типа.

Рассчитать показатели структурной схемы надежности пульта проверки можно, зная интенсивности отказов элементов. Суммарная интенсивность отказов всех элементов данного типа:

Параметр потока отказов устройства:

где k — количество типов элементов, входящих

в данное устройство и имеющих различную интенсивность отказов.

Интенсивность отказов блока можно увидеть в таблице 1.

Таблица 1. Элементы структурной схемы надёжности блока и интенсивности отказов.

Наработка на отказ:

ч.

Зависимость безотказной работы изделия от времени t определим при помощи графика, при построении графика время изменяется до тех пор, пока вероятность безотказной работы системы не станет равной или меньшей 0.1.

Вероятность безотказной работы пульта проверки в течение восьмичасового рабочего дня:

=0.999

Вероятность безотказной работы пульта проверки в течение 1000 часов:

=0.921

8. Технологический раздел

8.1 Разработка техпроцесса сборки пульта проверки азимутального блока

В данном проекте разрабатывался технологический процесс сборки пульта проверки азимутального блока. При формировании технологического процесса необходимо обеспечить собираемость и ремонтопригодность изделия. Технологический процесс сборки пульта проверки азимутального блока содержит такие операции как: заготовительная, сборочная, установка жгутов, контрольная.

Первой операцией разрабатываемого технологического процесса является заготовительная. На этом этапе происходит подготовка изделия к сборке на столе НО-34 225, подготавливаются комплекты материалов, узлов, инструментов.

Следующей является сборочная операция. Сборка несущих конструкций не является сложной операцией. Сущность процесса сборки изделия заключается в соединении некоторых сборочных единиц и деталей. Эта операция разбита на две части. Сперва устанавливаются кронштейны (поз. 8) на шасси (поз. 10), для крепления плат (поз. 4, 6), затем на шасси (поз. 10) устанавливается плата (поз. 2) с разъемами. В плату с разъемами (поз.1) устанавливаются две платы (поз. 4, 6), которые затем крепятся к кронштейнам (поз. 8). Далее на переднюю панель (поз. 9) приклеивается плата (поз. 11), а так же устанавливаются радиоэлементы согласно сборочному чертежу.

Затем идет операция установки жгутов. Распайка жгутов и проводов производится в соответствии с электромонтажным чертежом на изделие НГТУ.430 431.08 МЭ. Для монтажа используется припой оловянно-свинцовый марки ПОС61, который применяется обычно для лужения и пайки электрои радиоаппаратуры, печатных схем, точных приборов с герметичными швами, это наиболее широко распространенный припой.

Далее блок закрывается крышкой (поз. 7).

Последней идет контрольная операция. Проведение контрольных операций в технологическом процессе позволяет уменьшить выпуск бракованных изделий, выявить ненормальный ход технологического процесса, обеспечить контроль качества. В данном техпроцессе на операции контроля проверяется устройства на соответствие чертежу и техпроцессу, проверяется качество паек и монтажа. При обнаружении дефектов пульт необходимо отправить на ремонт, если же он годный, то отправить его на лабораторные испытания.

Технологический процесс сборки пульта проверки азимутального блока разработан в системе TechnologiCS. Разработанный технологический процесс можно посмотреть в виде маршрутно-операционной карты в приложении.

Как и все программы, система TechnologiCS имеет свои преимущества. Следующие преимущества были выявлены в процессе работы: после окончания формирования технологического процесса его файл можно сохранить в формате электронной таблицы (*.xls), что является очень удобным при дальнейшей работе с технологической картой, удобные средства для заполнения справочников, текущую операцию можно просмотреть в номенклатурном справочнике, работа в системе наглядна и в принципе достаточно удобна.

TechnologiCS так же имеет и свои недостатки: необходимость постоянного обновления техпроцесса для соблюдения порядка вводимых операций и переходова так же неудобство при изменении порядка добавляемых классов.

В данном устройстве используются печатные платы. Хотя маршрутно-операционне карты и описание технологии сборки не приложено к данной работе, но все же имеет смысл сказать несколько слов о производстве печатных плат.

По конструкции печатные платы с жестким и гибким основанием делятся на типы: односторонние, двусторонние, многослойные.

Для данного изделия необходимо использовать двустороннюю печатную плату с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. Несмотря на высокую стоимость, ДПП с металлизированными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы и позволяет уменьшить габаритные размеры платы за счет плотного монтажа навесных элементов.

Для изготовления печатной платы выбираем комбинированный позитивный метод.

Технологический процесс изготовления печатных плат включает в себя:

— изготовление заготовок фольгинированного текстолита;

— сверление отверстий;

— очистка отверстий;

— нанесение слоя бористого паладия на поверхность слоя печатной платы;

— электрическое осаждение меди на заготовку;

— нанесение рисунка печатной платы на заготовку через фотошаблон;

— удаление фоторезиста с пробельных участков;

— травление меди с пробельных участков;

— покрытие печатных проводников сплавом олово, свинец;

— промывка печатной платы;

— контроль печатной платы.

Важной операцией определяющей конструктивные и технические характеристики печатной платы является способ нанесения рисунка на заготовку печатной платы. Наиболее часто для нанесения рисунка печатной платы применяют метод фотопечати. Метод фотопечати характеризуется высокой точностью, повышенной разрешающей способностью и плотностью монтажа. Для комбинированного метода изготовления печатной платы наиболее приемлемым является метод фотопечати несмотря на его высокую стоимость.

Маршрутно-операционная карта показана в приложении.

9. Организационно-экономический раздел

9.1 Расчет экономической эффективности разрабатываемого устройства

9.1.1 Экономическая целесообразность разрабатываемого устройства Создание новой аппаратуры требует учета многих факторов, одним из которых, важным является экономическая целесообразность, показывающая, какой ценой достигнут тот или иной результат. На современном этапе развития техники, оптимальным, с экономической точки зрения, является сочетание качества разработки, и оптимальности внедрения и использования аппаратуры. Экономичность конструкции определяется затратами на её разработку, производство и эксплуатацию.

Рациональным использованием времени, труда и материальных средств диктуется необходимость ограничения затрат на разработку, производства и эксплуатацию пульта проверки. Хотя при разработке РЭА большое значение имеет время на разработку, так же затраты на разработку, подготовку производства и изготовление опытного образца, к разрабатываемому пульту проверки это относится не в полной мере. Имеется в виду то, что данное устройство не будет серийно производиться, революционных изменений в его конструкции и в его комплектующих не предвидится, поэтому установленные в расчете сроки не являются жесткими, хотя и желательными.

В данном разделе приводится техническо-экономическое обоснование дипломной работы — расчет себестоимости научно-исследовательской работы (пульт проверки азимутального блока) по методике расчета из [9, 10].

9.1.2 Расчёт плановой себестоимости проведения НИР В плановую себестоимость НИР включаются все затраты, связанные с её выполнением, независимо от источника их финансирования. Определение затрат на НИР производится путём составления калькуляции плановой себестоимости.

Целью планирования себестоимости проведения НИР является экономически обоснованное определение величины затрат на её выполнение. Она является основным документом, на основании которого осуществляется планирование и учёт затрат на выполнение НИР.

Калькуляция плановой себестоимости проведения НИР составляется по следующим статьям затрат: материалы; спецоборудование для научных работ; основная заработная плата; дополнительная заработная плата; единый социальный налог; прочие прямые расходы.

Далее в таблице 2 определяем список этапов НИР и их трудоемкость.

Таблица 2. Этапы НИР и их трудоемкость.

9.1.2.1 Материалы К этой статье относятся затраты на сырьё, основные и вспомогательные материалы и комплектующие изделия, необходимые для выполнения конкретной НИР (за вычетом обратных отходов).

Затраты по этой статье определяются по действующим оптовым ценам с учетом транспортно-заготовительных расходов, величина которых составляет 7—10% от оптовой стоимости материалов, покупных полуфабрикатов и комплектующих изделий.

Список затрат по статье «Материалы» можно увидеть в таблице 3.

Таблица 3. Затраты по статье «Материалы».

9.1.2.2 Спецоборудование для научных работ К данной статье относятся затраты на приобретение или изготовление специальных приборов, стендов, аппаратов и другого специального оборудования, необходимого для выполнения НИР. Определение затрат по данной статье производится по фактической стоимости приобретения, т. е. по договорной цене с учетом транспортно-заготовительных расходов и затрат, связанных с установкой и монтажом специального оборудования, величина которых обычно составляет 12—15% от договорной цены специального оборудования. В данной НИР будут использоваться взятые в аренду 2 компьютера с установленным програмным обеспечением и 1 принтер, это видно из таблицы 4. Затраты на эксплуатацию комплекса технических средств без учёта зарплаты персонала включают затраты на электроэнергию, которые приведены ниже.

Таблица 4. Затраты по статье «Спецоборудование для научных работ».

Расход электроэнергии на единицу продукции в натуральном выражении, необходимой для работы КТС, определяется по формуле:

Н_эн = М_дв Т_штк,

где:

— М_дв — выходная мощность КТС;

— Т_штк — время работы КТС.

Мощность, потребляемая каждым компьютером равна 300Вт, принтером — 70Вт.

Норма расхода Н_эн = (600Вт8ч) 18+(70Вт8ч) 7 = 90.3кВт.

Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:

где:

— Н_ЭН — норма расхода энергии;

— С_ЭН — стоимость единицы энергии (1кВ/ч = 1.04 руб.);

— З_ЭН = 90.31.04 = 93.9 руб.

В итоге по статье «Спецоборудование для научных работ» мы имеем:

1865 + 93.9 = 1958.9 руб.

9.1.2.3 Основная заработная плата производственного персонала К статье «Основная заработная плата» относится основная заработная плата научных сотрудников, инженерно-технических работников, лаборантов, чертежников, копировщиков и рабочих, непосредственно занятых выполнением конкретной НИР, а также заработная плата работников нештатного (несписочного) состава, привлекаемых к ее выполнению. Размер основной заработной платы устанавливается исходя из численности различных категорий исполнителей, трудоемкости, затрачиваемой ими на выполнение отдельных видов работ, и их средней заработной платы (ставки) за один рабочий день. Средняя заработная плата за один рабочий день определяется для каждой категории работающих исходя из месячного должностного оклада и количества рабочих дней в месяце. Средняя заработная плата за один рабочий день для рабочих определяется исходя из условий повременной системы оплаты труда. При заполнении таблицы указываются только те категории работающих, которые фактически участвуют в выполнении НИР.

Исходными данными для расчёта является трудоёмкость отдельных видов работ по категориям работающих таблицы 1.

Необходимо определить среднее количество рабочих дней в месяце, а так же среднюю продолжительность рабочего дня. Это потребуется для определения основной заработной платы на НИР. Примем:

— среднее количество рабочих дней в месяце — 22 рабочих дня;

— продолжительность рабочего дня — 8 часов.

Изходя из таблицы 1, делаем вывод, что на разработку пульта проверки азимутального блока потребуется 4,7 месяцев (4 месяца и 17 дней).

При этом основная заработная плата вычисляется по формуле:

где:

— ЗП — основная заработная плата производственного персонала по НИР;

— q — число профессиональных групп исполнителей;

— С_i — усреднённая часовая тарифная ставка заработной платы одного работника профессиональной группы, руб./час;

— T_i — нормативное время каждоё профессиональной группы на выполнение своей работы во всей НИР.

Перечень профессиональных групп исполнителей НИР, усреднённые часовые ставки заработной платы работников каждой группы и коэффициенты, соответствующие удельному весу каждой профессиональной группы в трудоёмкости НИР, представлены в таблице 5.

Таблица 5. Усреднённые часовые ставки исполнителей НИР.

В таблице 6 мы можем увидеть окончательный расчет основной заработной платы, оплачиваемой в процессе НИР.

Таблица 6. Расчёт фонда основной заработной платы

9.1.2.4 Дополнительные затраты

— К статье «Дополнительная заработная плата» относятся выплаты, предусмотренные законодательством за непроработанное (неявочное) время: оплата очередных и дополнительных отпусков, оплата времени, связанного с выполнением государственных и общественных обязанностей, выплаты вознаграждений за выслугу лет и др. Размер дополнительной заработной платы работников, непосредственно выполняющих НИР, определяется в процентах от их основной заработной платы. В научных учреждениях этот размер составляет примерно 10−12% от основной.

В итоге: 360 680.12 = 4328 руб.

— На статью «Отчисления на социальное страхование» относятся отчисления на оплату перерывов в работе по временной нетрудоспособности. Размер отчислений на социальное страхование определяется в процентах от суммы основной и дополнительной заработной платы работников, непосредственно выполняющих НИР. В научных учреждениях отчисления на социальное страхование составляет 26% от суммы основной и дополнительной заработной платы.

В итоге: (36 068 + 4328) 0.26 = 10 503 руб.

— К статье «Прочие прямые расходы» относятся расходы на приобретение и подготовку материалов специальной научно-технической информации, оплата всех видов услуг связи, расходы на приобретение литературы, оплата услуг страховой и пожарной охраны, налоги, сборы, расходы по подготовки научных кадров. Прочие прямые расходы принимают равными 10% от основной заработной платы.

В итоге: 360 680.1 =3607 руб.

Суммы затрат по статьям и итоговая себестоимость НИР приведены в таблице 7.

Таблица 7. Итоговая себестоимость проведения НИР.

9.1.3 Расчёт себестоимости опытного образца проектируемого пульта проверки азимутального блока В соответствии с себестоимость опытного образца складывается из расходов по статьям: «Материалы», «Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты», «Основная и дополнительная заработная плата рабочих», «Отчисления на единый социальный налог», «Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования», «Накладные расходы».

9.1.3.1 Основные и вспомогательные материалы

В статье «Основные и вспомогательные материалы» учитываются все затраты на основные и вспомогательные материалы, используемые при разработке, при этом берутся цены без НДС. В связи с тем что затраты на покупку материалов и компонентов для опытного образца были расчитаны по розничным ценам, при серийном производстве и покупке по оптовым ценам затраты уменьшаться. Затраты на сырье и материалы уменьшаться на 15%, на покупные компоненты на 30%.

Стоимость затрат по этой статье можно увидеть в таблице 8.

Таблица 8. Расчёт затрат на основные и вспомогательные материалы

9.1.3.2 Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты

В статье «Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты» учитываются все затраты на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты, используемые при разработке, при этом берутся цены без НДС. Стоимость затрат по этой статье можно увидеть в таблице 9.

Таблица 9. Затраты на комплектующие изделияи полуфабрикаты.

9.1.3.3 Основная заработная плата производственных рабочих

В таблице 10 можно увидеть типы производственных работ с указанной часовой ставкой и нормой времени.

Таблица 10. Основная заработная плата производственных рабочих.

9.1.3.4 Дополнительные затраты

— Для производственных рабочих дополнительная заработная плата составляет 15% от основной заработной платы.

В итоге: 76.5 руб.

— Затраты на выплату единого социального налога составляют 26% от суммы основных и дополнительных заработных плат.

В итоге: 152.5 руб.

— Цеховые расходы составляют 120% от суммы основных заработных плат.

В итоге: 612 руб.

— Общезаводские расходы составляют 60% от суммы основных заработных плат.

В итоге: 306 руб.

— Внепроизводственные расходы составляют около 5% от производственной себестоимости.

В итоге: 27.8 руб.

Таблица 11. Расчет себестоимости проектируемого блока питания.

Полная стоимость блока с учётом прибыли C = 2240· 1.3=2912 руб.

9.2 Экономический эффект

Годовой экономический эффект рассчитывается по следующей формуле:

= [(2589+57 672)-(2240+57 065)]=4780 руб.,

где:

— С₁, С₂ — себестоимости старого и нового изделий;

— K₁, K₂ — сметы затрат на НИР старого и нового изделий;

— N — число изделий в год.

Проведенный выше расчет показал, что разработка и изготовление опытного образца пульта проверки экономически целесообразно, поскольку он дешевле. Разработанное устройство позволяет получить выгоду в экономическом плане из-за того, что использовано меньшее число элементов, то есть уменьшается количество печатных плат, что позволяет уменьшить как стоимость комплектующих, так и число производимых сборочных операций. Элементы заменены на более новые, по сравнению с использованными в аналоге, что, в конечном счете, влияет и на надежность устройства в том числе.

10. Охрана труда

10.1 Вопросы безопасности труда при работе с блоком

В данном дипломном проекте разрабатывается пульт проверки азимутального блока. При работе с любым устройством необходимо учитывать меры безопасности, поэтому ниже рассмотрены основные моменты, касающиеся работы с устройством. Рассмотрены вопросы электрической безопасности при работе с готовым изделием, а также вопросы безопасности охраны труда, возникающие в процессе изготовления и разработки.

10.1.1 Воздействие электрического тока на организм человека

Электрический ток опасен. Воздействуя непосредственно (в результате прямого прохождения), а также другими видами энергии, в которые превращается при разрядах электричество, ток причиняет организму человека явные и скрытые повреждения, называемые электрическими травмами. К. ним относятся электрические знаки, появляющиеся на входе тока в тело человека и на выходе из него; ожоги всего тела или отдельных его участков; электрические удары, характерные внутренними.

Электрический знак представляет собой омертвевшую кожу в виде мозоли. С течением времени, иногда весьма длительного (годы), этот знак постепенно проходит.

Ожоги причиняет электрическая дуга, температура которой достигает нескольких тысяч градусов, а также электрический ток при непосредственном контакте тела с токоведущей частью. Электрическая дуга появляется при разряде в случаях приближения человека к токоведущим частям, находящимся под высоким напряжением, при коротких замыканиях.

Электрический удар внешне проявляется в виде непроизвольных судорожных сокращений мышц различной тяжести: без потерн сознания; с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работы сердца; с потерей сознания с нарушением дыхания или сердечной деятельности; с потерей сознания и одновременным нарушением дыхания и работы сердца. При легких степенях электротравмы пострадавший жалуется на сердцебиение, чувство давления за грудиной, ощущение страха и тоски.

В более тяжелых, но еще обратимых случаях возникают аритмичные нарушения ритма сердечной деятельности, т. е. последовательности, силы и частоты сокращений желудочков сердца. Может наступить фибрилляция, когда волокна (фибриллы) сердечной мышцы, непосредственно осуществляющие ее сокращения, перестают работать нормально

После прекращения кровоснабжения практически сразу перестает функционировать кора головного мозга, а гибель ее клеток наступает через 5—6 мин. Выключение функций других органов происходит несколько позже (печени и почек — через 10—20 мин), мышечная система прекращает работу через 20— 30 мин. Нарушение функций, а затем гибель тканей вызываются, прежде всего, кислородным голоданием. Если в течение 5—6 мин после остановки сердца удается возобновить его деятельность, можно рассчитывать на полное восстановление жизни человека. Поэтому этот период называют мнимой клинической смертью. У здоровых людей при внезапном воздействии тока длительность клинической смерти может составлять 7—8 мин. В более поздние сроки патологические изменения в коре головного мозга становятся необратимыми — клетки его уже погибли, поэтому наступает необратимая биологическая смерть. Отсюда ясно, какое важнейшее значение имеет немедленное оказание первой помощи.

Исход воздействия электрического тока на человека зависит от многих факторов: от рода тока (переменный или постоянный; при переменном токе — от его частоты), значения тока (или напряжения), длительности его протекания и пути прохождения через тело, а также от физического и психического состояния человека.

Наиболее опасным для человека является переменный ток с частотой 50—500 Гц. Способность самостоятельного освобождения от тока такой частоты у большинства людей сохраняется при очень малом токе (до 10 мА). Постоянный ток тоже опасен, но самостоятельно освободиться от него можно при несколько больших значениях (20—25 мА).

Ток, проходящий через тело человека, зависит от напряжения электроустановки и сопротивления всех элементов цепи, по которой он протекает, в том числе от сопротивления тела человека. Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивлений кожи и сопротивлений внутренних тканей. Наибольшее сопротивление имеет верхний, роговой, слой кожи, толщина которого составляет доли миллиметра. Если кожа сухая и неповрежденная, сопротивление ее велико и при напряжении 10 Г: составляет около 100 000 Ом. При наличии повреждении на теле человека его сопротивление снижается до 1000 Ом.

Наибольшей опасности человек подвергается, когда ток проходит, но жизненно важным органам (сердцу, легким) или по клеткам центральной нервной системы. Смертельный исход возможем даже при малых напряжениях (36 В) в результате соприкосновения наиболее уязвимых частей тела (тыльной стороны ладони, щеки, шеи, голени, плеча) с токоведущнми частями.

Длительность воздействия — один из основных факторов, влияющих па исход поражения. Чем меньше время воздействия тока, тем меньше вероятность поражения. Продолжительное (несколько секунд) воздействие тока приводит к тяжелому исходу.

Защиту от поражения электрическим током рассчитывают по его предельно допустимому значению. Допустимым следует считать ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи.

В момент поражения электрическим током большое значение имеет физическое и психическое состояние человека. Если человек голоден, утомлен, опьянен или нездоров, сопротивление организма снижается. При соблюдении правил безопасности, т. е. при внимательной и осторожной работе вероятность поражения электрическим током уменьшается.

Каждый работающий должен твердо помнить, что нельзя прикасаться к токоведущим частям независимо от того, под каким напряжением они находятся. При необходимости работы на оборудовании, которое может оказаться под напряжением (металлические конструкции распределительных устройств, опоры линий электропередачи, корпуса оборудования и другие части), следует применять требуемые правилами безопасности средства защиты: заземление, изоляцию, индивидуальные изолирующие инструменты [12, 13].

10.1.2 Создание оптимальных условий труда на рабочем месте

Известно, что человек тратит 30% времени на работу. Естественно, что от условий, в которые он поставлен на работе, зависит не только эффективность его труда, но и здоровье, и продолжительность жизни.

Условия труда на производстве характеризуются совокупностью факторов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе.

Для создания оптимальных условий труда на рабочем месте необходимо, чтобы на предприятии были установлены оптимальные показатели этих условий для того или иного вида производства, состоящие из данных, характеризующих производственную среду.

Одним из существенных показателей производственной среды является эстетическое оформление производственного помещения, рабочего места, оборудования и рабочего инструмента.

Эстетика — это наука об искусстве, наука о прекрасном.

Техническая эстетика — наука о прекрасном в сфере промышленного производства.

Производственная эстетика — в сфере трудового процесса и окружающей рабочей обстановки.

Чтобы труд стал радостным, высокопроизводительным, малоутомительным, необходимо, чтобы и все условия труда — производственные помещения, рабочее место, оборудование и инструменты, то есть вся техника и окружающая обстановка, а также изготовляемые изделия — удовлетворяли эстетическим вкусам работающих.

Поэтому основной задачей технической эстетики является использование методов художественного конструирования производственного оборудования, рабочего инструмента, изготавливаемых изделий.

Задачей производственной эстетики является эстетическое оформление производственной обстановки, а также архитектурно-строительное совершенство промышленных зданий, сооружений, рабочих помещений и рабочих мест.

При внедрении требований эстетики приходится проводить конструкцию машин, инструмента, оснастки рабочего места, связанную с совершенствованием отдельных их элементов. Но большая часть мероприятий осуществляется с помощью такого доступного средства, как цвет. Эти рекомендации основаны на учете психофизиологического воздействия обстановки на работающих людей, на оптимальной комбинации волновых элементов того или иного цвета хроматической гаммы, воспринимаемых зрительным органом человека.

Установлено, что цвета могут воздействовать на человека по-разному: одни цвета успокаивают, а другие раздражают.

Исходя из восприятия человеком того или иного цвета, общая схема для его использования с целью ослабления утомления работающих такая: если производственный процесс или факторы окружения действуют на работающих чрезмерно возбуждающе, то следует применять успокаивающие цвета; если же на работающих действуют какие-либо подавляющие факторы, то им должна быть противопоставлена возбуждающая цветовая среда. Именно такое, противоположно направленное по своему воздействию по отношению к факторам трудового процесса окружение будет способствовать нейтрализации их утомляющего влияния, ослаблению чувства усталости, а в конечном счете повышению работоспособности человека, снижению травматизма.

10.1.3 Организация рабочего места

Под рабочим местом понимается зона, оснащенная необходимыми техническими средствами, в которой совершается трудовая деятельность исполнителя или группы исполнителей, совместно выполняющих одну работу или операцию.

Под техническими средствами понимается основное и вспомогательное оборудование, инвентарь, тара, технологическая и организационная оснастки, устройства техники безопасности, санитарно-гигиенические, культурно-бытовые и эстетические устройства, необходимые для наиболее экономичного или наиболее производительного выполнения определенных технологических операций. Под организацией рабочего места понимается система мероприятий по оснащению рабочего места средствами и предметами труда и их размещению в определенном порядке. Конкретное содержание работы по рациональной организации рабочих мест зависит в основном от характера труда работника (труд умственный или физический, тяжелый или легкий, разнообразный или монотонный) и условий труда (комфортные или неблагоприятные). Главным требованием при выборе основного оборудования является обеспечение на данном рабочем месте необходимых комфортных условий труда и производительности труда, поэтому выбираемое оборудование должно отвечать требованиям эргономики, т. е. требованиям техники безопасности, психологическим и физиологическим возможностям работающего с учетом его антропометрических показателей. Основанием для рационального оснащения рабочего места вспомогательным оборудованием служит анализ трудовых и технологических процессов, осуществляемых на данном рабочем месте. На основании анализа выясняется необходимость оснащения рабочего места индивидуальными подъемными средствами, различного рода подставками, служащими для временного хранения или кантовки деталей, различными опорами для частей тела работающего или инструментов в процессе труда или в перерывах в работе. Вспомогательное оборудование рабочего места должно отвечать следующим требованиям: быть удобным в эксплуатации; соответствовать антропометрическим данным работающего и уровню расположения активной рабочей зоны; иметь цветовое оформление согласно требованиям технической эстетики. Конструкция инвентаря (инструментальных шкафов, полок, стеллажей и тумбочек) должна удовлетворять тем же требованиям, что и для основного и вспомогательного оборудования. Проектируемая технологическая оснастка (приспособления и инструмент) должна обеспечивать в процессе их эксплуатации кроме максимальной экономии рабочего времени также экономию усилий работающего за счет использования принципов эргономики.

Приспособления должны быть удобными в работе, легко сниматься, устанавливаться и закрепляться в рабочем положении, не требовать от рабочего излишнего напряжения физических сил, выполнения однообразных или затруднительных трудовых движений. Работа приспособлений не должна сопровождаться излишним шумом и вибрацией, чтобы их эксплуатация не требовала специальных индивидуальных средств защиты. Рабочий инструмент должен быть по возможности механизирован, а его рукоятки удобными по величине и форме. Конструктивное оформление приспособлений и инструмента должно соответствовать требованиям технической эстетики.

К организационной оснастке рабочего места относятся приспособления для хранения различного рода документов, средств сигнализации, связи и т. д. При работе с документами их следует устанавливать в специальные планшеты, кассеты или подставки. Планшеты с помощью кронштейнов укрепляются на основное или вспомогательное оборудование таким образом, чтобы чертеж или эскиз находился в наиболее удобном для зрительного восприятия месте и хорошо освещался. Под планировкой рабочего места понимают взаимное расположение основного и вспомогательного оборудования, инвентаря и оснастки на отведенной производственной площади, обеспечиваюшее наиболее эффективное выполнение трудовых процессов. Рациональное размещение на рабочем месте заготовок, деталей, инструмента, документации должно обеспечить работающему удобную рабочую позу, наиболее экономные движения и минимальные траектории перемещения работающего и предмета груда в процессе его обработки на данном рабочем месте. Поэтому при проектировании определенного рабочего места очень важно знать зоны досягаемости рук конкретного работника; так, в качестве примера на рис. 6 приведены эти зоны при рабочих позах стоя и сидя для женщин и мужчин, имеющих определенные антропометрические данные.

Рис. 6. Зоны досягаемости (в сантиметрах) при рабочих позах стоя и сидя для женщин и мужчин;1 — максимальное рабочее пространство; 2 — нормальное рабочее пространство.

10.1.4 Механические испытания радиои электронной аппаратуры

Радиоэлектронные изделия и аппаратура испытываются на вибрационные, ударные, линейные и акустические нагрузки.

При указанных видах испытаний предъявляются специальные требования к помещениям, где производятся испытания, и к оборудованию, на котором производятся испытания.

Все оборудование, предназначенное для испытаний, должно размещаться на первых этажах производственных участков на фундаментах или амортизаторах-подушках, исключающих передачу вибрации и шума на элементы зданий и в соседние помещения.

Оборудование, предназначенное для создания центробежных нагрузок на изделия (аппаратуру), устанавливают за бронеограждения или в специальные ямы. При этом пульты управления выносятся в безопасную зону.

Помещения, где расположены вибростенды, облицовывают звукопоглощающим материалом, а само оборудование помещают в звукопоглощающие камеры

Работа вибрационного, ударного и акустического оборудования допускается только при наличии эффективных средств шумоглушения, обеспечивающих требования санитарных норм. Как исключение, допускается работа оборудования без средств шумоглушения только на период обследования и выявления состояния испытываемого изделия — не более 5 мин. При этом работающие должны обеспечиваться индивидуальными средствами защиты от шума.

При низкочастотных (ниже 20 Гц) воздействиях вести непосредственно наблюдение запрещается. В этих случаях должны применяться оптические или телевизионные средства наблюдения.

На шумоглушащих ограждениях камер акустического воздействия должны быть установлены блокировки, исключающие проникновение внутрь камер при включенных источниках акустического шума.

10.1.5 Изготовление заготовок, деталей на механическом оборудовании

При изготовлении заготовок-деталей и элементов радиоаппаратуры и электронных приборов на механическом оборудовании производится холодная обработка материалов (металлов и диэлектриков) вручную и на станках.

Основными опасными производственными факторами при холодной обработке материалов являются механические травмы. К вредным факторам в основном относится выделение пыли при обработке диэлектриков на станках, при работе на абразивном инструменте, а также шум при работе на станках.

Во избежание запыленности следует применять у пылящих станков местные отсосы, а помещения оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией.

Освещенность участков должна соответствовать нормам в зависимости от размеров обрабатываемых деталей.

— Резка металла. При заготовительных операциях производится резка листового металла ножницами различной конструкции. Резка прутков, болванок производится пилами или пресс-ножницами.

При работе на гильотинных ножницах наиболее опасной их частью являются ножи, которые при неправильной подаче материала или его заклинивании могут нанести серьезное ранение. Ранения часто возникают и от заусенцев на обрабатываемом металле.

Для предотвращения травматизма необходимо применять балансирные ножницы с оградительной линейкой, которая предупреждает попадание руки рабочего под нож при подаче матери-риала. В роликовых ножницах впереди подающих валиков должна устанавливаться предохранительная линейка.

Во избежание ранения рук от заусенцев необходимо применять хлопчатобумажные перчатки или брезентовые рукавицы.

Круглые и ленточные пилы для распиловки металла должны иметь специальные ограждения и приспособления, удерживающие обрабатываемый материал.

— Ручная слесарная обработка. Для обеспечения безопасности при ручной обработке материалов слесарным инструментом необходимо оборудовать устойчивый верстак, на котором прочно закрепить тиски. Если верстак установлен не у стены, то на задней стенке или середине его натягивается сетка, предохраняющая от осколков металла. Работающий при обрубке заготовок должен пользоваться защитными очками.

Особое внимание следует обращать на исправность ручных инструментов.

10.1.6 Изготовление заготовок-деталей способом литья и прессования

При изготовлении радиоэлектронных узлов и деталей широко применяются отлитые и прессованные заготовки-детали, шасси. В результате литья и прессования работающие могут подвергаться воздействию ряда опасных и вредных факторов.

В литейных цехах на шихтовых участках при перемещении и укладке материалов и, в особенности при разделке металлолома, возможны ранения и ушибы.

Во избежание травматизма все трудоемкие работы должны быть механизированы.

Для подготовки формовочных земель и стержневых составов применяются бегуны. Во избежание травматизма бегуны должны иметь индивидуальные электроприводы, а пусковое устройство должно располагаться на том месте, откуда видна внутренняя часть бегуна.

Ручная и механическая формовка производится с разливкой металла на общей площади формовочного плаца, где формовщики подвергаются воздействию газа и опасности ожогов.

Для создания здоровых и безопасных условий труда формовщиков применяется ступенчатый режим работ в литейных цехах рассеянного литья. Формовочные и стержневые пески должны обладать высокой огнестойкостью и пористостью, иначе может произойти размыв форм и вытекание металла, приводящее к ожогу.

В процессе разливки металла может произойти взрыв, выплеск расплавленного металла и, следовательно, травмы и ожоги.

Во избежание взрыва и выплеска металла приемочные ковши должны быть сухими и чистыми, не допускается оставлять в них какие-либо остатки застывшего холодного чугуна или шлака.

При выбивке форм и очистке литья выделяется пыль, следовательно, при этом необходимо наличие эффективной вентиляции. Малые отливки должны подаваться на рабочий стол, снабженный решеткой с нижним отсосом. Крупные отливки необходимо помещать в накатную камеру полугерметичного типа, оборудованную мощной вытяжной вентиляцией.

При обработке литья на наждачных станках и пневматических зубилах должны применяться защитные кожухи и экраны, а также защитные очки.

10.1.7 Покраска и нанесение лаков

Для покраски деталей и аппаратуры используются самые разнообразные лакокрасочные материалы — нитрокраски, эпоксидные лаки и эмали, меламинформальдегидные смолы, эмали со свинцовыми соединениями. Для разбавления этих красок используются растворители — ацетон, целлозольв, РДВ, 646 и др. Все применяемые растворители токсичны, относятся к легковоспламеняющимся веществам, и при работе с ними необходимо выполнять соответствующие меры безопасности.

Одним из средств оздоровления условий труда работающих следует признать новый технологический процесс окраски изделий — в электростатическом поле, в котором основные операции автоматизированы и вручную производится только навешивание и снятие изделий, выполненные вне окрасочных камер.

Двери кожуха кабины, в которой помещается трансформатор высокого напряжения, должен оснащаться блокировкой, обеспечивающей разрыв первичной цепи при открывании дверцы.

Аналогичные требования предъявляются к дверям для входа в окрасочную камеру, где открывание дверей должно обеспечивать автоматическое снятие высокого напряжения. При каждом отключении высокого напряжения должен автоматически сниматься остаточный заряд с электрораспылителей и шинопроводов, для чего установка снабжается автоматическими разрядниками (в герметичном исполнении).

10.1.8 Сборка и монтаж изделий

При монтаже используются такие инструменты как:

— Электропаяльник — стержень его не должен качаться, ручка должна быть из электроизоляционного материала, без трещин, шнур без нарушений изоляции. В целях безопасности он должен работать от электросети напряжением не выше 42 В. В случае применения паяльника напряжением 36 В, на рабочем месте в штепсельной разетке должно быть гнездо с надписью 36 В.

В целях облегчения и безопасности работы применяют паяльники с автоматическим регулятором температуры их нагрева и подачи припоя, а также имеющие встроенное в их конструкцию вентильное устройство.

— Обжигалка — устройство для снятия изоляции вручную термическим способом, которое основано на прожигании изоляции нагревательным элементом, разогретым электрическим током. Напряжение при этом не выше 42 В. Для предотвращения ожога работающих, нагревательные элементы ограждаются. Рабочее место обжигальщика оборудуется местной вытяжной вентиляцией.

При откусывании провода боковыми кусачками применяются экраны для защиты окружающих от отлетающих частиц.

Для облегчения, большей производительности и безопасности труда работы по подготовке монтажного провода — отрезка и его оконцовка (снятие изоляции) производятся на полуавтоматах и автоматах.

— Ручные клещи для обжатия наконечников не должны иметь усилие нажатия на рукоятки более 2 кг, что вполне достаточно для опрессовки наконечников. Для обеспечения указанного усилия на рукоятках пуансон должен перемещаться строго перпендикулярно матрице.

В целях облегчения труда при опрессовке наконечников применяют многоместные штампы, работающие от гидравлической или пневматической системы.

Склеивание. Подготовку поверхностей склеиваемых элементов производят механической (гидропескоструйной очисткой, шлифованием) или химической (травлением, обезжириванием) обработкой. Склеивание в большинстве случаев производят клеями на основе фенолформальдегидных, кремнийорганических и эпоксидных смол.

Фенолформальдегидные смоляные клеи огнеопасны, выделяют пары фенола, формальдегида и растворителей, пыль также токсична (содержит фенол); при работе с клеем возможно заболевание кожи рук, раздражение дыхательных путей, растройство пищеварения и др. Предельно допустимая концентрация фенола — 0,3 мг/м3; формальдегида — 0,5 мг/м3.

К этой группе клеев можно отнести: клей 88, 88-Н; ВИАМ-Б-3 и др.

Кремнийорганические клеи представляют собой раствор кремнийорганической смолы в органических растворителях, таких как толуол, который является весьма токсичным, действует на кровь, кроветворные органы и центральную нервную систему. К этой группе клеев относится клей КТ-17.

Эпоксидные клеи также токсичны.

Вредными являются клеи БФ, БФ-2, БФ-4, состоящие из спиртового раствора фенольных и поливиниловых смол; термо-преновый клей, представляющий собой натуральный каучук, растворенный в бензине; перхлорвиниловый — раствор перхлорвиниловой смолы в дихлорэтане и многие другие.

Общими мерами по обеспечению устранения вредных выделений при работе с клеями являются: местная вытяжная вентиляция в рабочем помещении. Из индивидуальных средств защиты: защитные очки, спецодежда, резиновые или биологические «невидимые» перчатки, моющиеся средства и др.

Пайка. Пайкой осуществляется неразъемное соединение деталей с помощью припоя. Наиболее часто применяемые припои: оловяно-свинцовые (ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61) и ПОСК-50, содержащий 32% свинца.

Из сказанного видно, что в состав припоев входит свинец, поэтому процесс пайки сопровождается загрязнением воздушной среды, рабочих поверхностей, одежды и кожи рук работающих свинцом, что может привести к свинцовым отравлениям организма и вызвать изменения в нервной системе, крови и сосудах.

В целях предупреждения отравлений свинцом участки пайки оборудуются в соответствии с требованиями санитарных правил.

В помещениях, где производится пайка припоем, содержащим свинец, во избежание попадания свинца в организм не допускается хранить личные вещи, принимать пищу и курить, а также уносить рабочую одежду домой.

Рабочее место пайки оборудуется местной вытяжной вентиляцией, обеспечивающей концентрацию свинца в рабочей зоне не более предельно допустимой — 0,01 мг/м3.

Для предотвращения ожогов и загрязнения свинцом кожи рук работающим должны быть выданы салфетки для удаления лишнего припоя с жала паяльника, а также пинцеты для поддержания припаиваемого провода и для подачи припоя к месту пайки, если отсутствует автоматическая его подача.

При монтажных работах, связанных с опасностью засорения или ожога глаз, предусмотрена выдача работающим защитных очков.

С целью защиты от окисления мест пайки применяют флюсы, такие как канифольноспиртовой при пайке припоями ПОС-40, ПОС-61 и ПОСК-50 и хлористый цинк при пайке и лужении припоями ПОС-18 и ПОС-30. Токсическое действие канифоли заключается в раздражении кожи, появлении сыпи; хлористый цинк может оказывать резкое раздражение и прижигающее действие на кожу и слизистые оболочки.

Наиболее эффективными мерами, предупреждающими заболевания при пайке, являются механизация и автоматизация паяльных работ методом погружения, избирательная пайка.

10.1.9 Соединение деталей и элементов сваркой

Сварка применяется для неразъемного соединения деталей и элементов аппаратуры путем их местного сплавления.

Наиболее распространена дуговая, контактная, конденсаторная сварка, а также сварка электронным и лазерным лучом.

Дуговая сварка осуществляется электрической дугой, температура которой достигает 6000° С, при напряжениях переменного тока от 80 до 140 В, а в случае применения осциллятора— до 3000 В. Так, устройства для ручной дуговой сварки на переменном токе должны иметь ограничители напряжения холостого хода, снижающие его на выходных зажимах сварочной цепи до 12 В. Ограничитель напряжения холостого хода снабжается световой сигнализацией о наличии опасного напряжения.

При сварочных работах воздушная среда производственных помещений загрязняется сварочным аэрозолем: окислами марганца, азота, озона, окисью углерода, что может привести к заболеваниям.

Контактная сварка (точечная, роликовая и стыковая) основана на местном нагреве, проходящим через небольшие площадки свариваемых деталей электротока большой силы при малом напряжении до 42 В.

Контактные сварочные машины обеспечиваются ограждениями, предохраняющими оператора от выплесков металла и искр и позволяющими наблюдать за сваркой, а в стыковых машинах для сварки оплавлением должна быть местная вытяжная вентиляция.

Машины для рельефной сварки должны иметь устройства, обеспечивающие безопасную работу оператора (двухкнопочное включение, фотоэлементы и др.).

Основными профессиональными заболеваниями сварщиков являются пневмокониоз; интоксикации марганцем, характеризующиеся заболеванием центральной нервной системы, и электроофтальмия — поражение слизистых оболочек глаз от ультрафиолетовой радиации электросварочной дуги. Тепловое излучение дуги, приводящее к ожогам кожи лица и рук, вызывает катаракту хрусталика глаза; видимые лучи дуги действуют ослепляюще на сетчатку глаз.

Для создания нормальных условий труда при сварке руководствуются санитарными правилами. Так, для улавливания сварочного аэрозоля рабочего места оборудуются местной вытяжной вентиляцией. Общеобменная механическая вентиляция обязательна, если расход сварочных материалов на 1 м³ здания более 0,2 г/ч.

10.1.10 Изготовление печатных плат

При изготовлении многослойных печатных плат производится механическая обработка слоистых пластиков (резка, пробивка отверстий).

Работающие на обработке слоистых пластиков должны соблюдать правила техники безопасности при холодной обработке материалов.

Важным фактором, ухудшающим условия труда в механических цехах (участках), является шум, производимый работающим оборудованием.

Огромное значение имеет правильное и достаточное освещение участков и рабочих мест холодной обработки материалов.

Промывка плат производится в изопропиловом спирту и ацетоне. При использовании спирта и ацетона следует быть осторожным, так как эти вещества пожароопасны и вредны для здоровья работающих.

Химическая очистка плат производится смесями из фосфатов (тринатрий-фосфат) натриевой соды, натриевой щелочи и др. При постоянной работе с растворами часты различные хронические поражения кожи. Опасно попадание даже самых малых количеств NаОН в глаза. Исходом может быть слепота.

Для основных операций химического меднения применяются вредные вещества: серная, соляная, азотная кислоты, хлорная медь, хлористый палладий, гидроокись натрия, сегнетова соль, трихлорэтилен.

Во избежание отравления этими веществами необходимо соблюдать требования правил техники безопасности .

Для травления меди с пробельных участков плат используется ряд растворителей. Растворители (хлорное железо, персульфат аммония, хлорная медь, сплав «Розе», хромовый ангидрид с серной кислотой и ряд других) являются токсичными веществами. Поэтому к работе с растворителями допускаются лица, обученные безопасным приемам работы и проинструктированные на рабочих местах.

Работу с растворителями следует проводить в спецодежде (халат и фартук полиэтиленовый, хлопчатобумажные и резиновые перчатки, резиновые сапоги, очки).

Рабочие места должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией.

10.2 Расчёт искусственного освещения

Рациональное освещение производственных участков является одним из важнейших факторов предупреждения травматизма и профессиональных заболеваний. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещенность производственных, служебных и вспомогательных помещений регламентируется строительными нормами и правилами (СНиГТ) и отраслевыми нормами.

Освещение на рабочем месте должно быть таким, чтобы работающий мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин — недостаточность освещенности, чрезмерная освещенность, неправильное направление света.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, наступает преждевременная усталость. Чрезмерное яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочее место может создавать резкие тени, блики и дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям.

В производственных помещениях применяются два вида освещения: естественное и искусственное.

Естественное освещение разделяется на боковое (световые проемы в стенах), верхнее (прозрачные перекрытия или световые фонари) и комбинированное (наличие световых проемов в стенах и в перекрытиях одновременно).

Искусственное освещение, осуществляемое электрическими лампами, подразделяется на общее, местное и комбинированное.

Общее освещение может быть равномерным по всей производственной площади без учета оборудования и локализованным — с учетом расположения оборудования.

Местное освещение может быть стационарным на рабочих местах и переносным. Применение только местного освещения на производственном участке не допускается.

Комбинированное освещение — это совместное применение общего и местного освещения.

Для искусственного освещения используются электрические лампы накаливания и люминесцентные лампы. Люминесцентные лампы по сравнению с лампами накаливания имеют существенные преимущества: по спектральному составу света они близки к дневному естественному освещению, обладают более высоким к. п. д., повышенной светоотдачей и большим сроком службы.

Люминесцентные лампы также имеют недостатки, например применение сложных пусковых приспособлений (дроссель, стартер) и наличие стробоскопического эффекта при работе ламп, вследствие которого вращающиеся предметы могут казаться остановившимися или изменившими направление движения. Стробоскопический эффект устраняют включением последовательно балластных сопротивлений (активных, индуктивных) и ламп в разные фазы сети.

По назначению Искусственное освещение подразделяется: на рабочее, аварийное и специальное.

Аварийное освещение необходимо для безопасного продолжения работы или для эвакуации людей при выключе нии основного рабочего освещения. Аварийное освещение должно иметь независимый источник питания (аккумуляторные батареи, резервный трансформатор) и включаться автоматически или вручную, освещенность при этом должна быть на рабочих местах не менее 10% минимальной нормы, а на путях эвакуации людей — не менее 0,5 лк.

В связи с вышесказанным, проведем расчет искусственного освещения в лабораторном помещении, в котором будет производиться контроль пульта проверки азимутального блока. Контроль будет производиться на рабочем столе, высота которого 0.75 м.

Возьмем люминесцентные лампы, которые создают равномерное освещение и долговечны. Используем двухламповые светильники ЛСП02, расположенные на потолке на расстоянии 0.2 см от потолка, с лампами ЛБ40, которые имеют световой поток F=2430 лм. Светильники устанавливаем на потолке в лаборатории со следующими размерами:

а=5.5 м — длина лаборатории;

b = 3.5 м — ширина лаборатории;

Н = 3.1 м — высота лаборатории.

Для расчета необходимы следующие параметры:

h — высота подвеса светильников над рабочей поверхностью;

h_свеса — расстояние, на котором светильник располагается от поверхности потолка (h_свеса =0.2 см);

h_рп — высота рабочей поверхности стола (h_pп = 0.75 м)

Зная все параметры, можем вычислить значение h:

h=H-h_рп-h_свеса

h=2.15 м.

Далее необходимо расчитать относительное расстояние между рядами светильников из соотношения: ==1.4, где L — расстояние между рядами светильников.

Отсюда L=3.01 м, примем значение L=3 м.

Расстояние от светильника до стены определяется как L_s по формуле:

L_s = L.

Отсюда L_s=1м.

Далее находим необходимое число рядов светильников:

Отсюда К0.83, примем это значение K1.

Теперь проверяем соответствие рассчитанных значений и общего размера В:

L + L_s=4 м.,

а значение b=3.5 м. Учтем это и зададим значения расстояний:

L = 2.5 м, L_s = 1 м., эти размеры соответствуют ширине помещения.

Затем определяем количество светильников в ряду:

Длина светильника приблизительно равна 1.25 м, при этом расстояние между центрами светильников в ряду как правило берут равным 1.3 м.

С учетом этого определяем число светильников в ряду по формуле:

Отсюда n=3 шт.

Поскольку расчет показал, что необходим только 1 ряд светильников, то считаем, что количество светильников в помещении N=3.

Поскольку в каждом светильнике используются две лампы ЛБ40, рассчитаем общий световой потокпо формуле:

F_p=F

F_p=14 580 лм.

Теперь для расчета требуемого светового потока по формуле

уточним требуемые для этого необходимые параметры.

Е_н=300 лм — в соответствие с САНПИН 2.2.2/2.4.1340−03 [16]- требуемая освещенность рабочей поверхности.

Z = 1.1 — коэффициент минимальной освещенности.

К_зап = 1.5 — коэффициент запаса для осветительных установок.

Y — коэффициент использования светового потока ламп, который зависит от типа светильника, от индекса помещения, коэффициентов отражения потолка, который примем равным 0.7 и стен примем равным 0.5.

Теперь рассчитаем индекс помещения по формуле:

Отсюда i=0.995.

Определяем Y=0.75.

Тогда требуемый общий световой поток равен:

F_т = 12 705 лм.

Из расчетов видно, что выбранный вариант освещения удовлетворяет рабочему помещению, так как значение расчетного общего светового потока превышает значение требуемого общего светового потока. В результате получилось, что для освещения данной лаборатории достаточно трех светильников, расположенных в одном ряду по длине помещения.

11. Обзор САПР

Трудно представить, что в настоящее время в конструкторских бюро, заводах и прочих предприятиях, занимающихся разработками в различных областях науки и техники, не используются САПР. Они получили огромное распространение в последнее время в связи с тем, что позволяют существенно упростить человеческий труд, позволяют более точно производить расчеты. Например, строятся компьютерные модели разрабатываемых объектов вместо реальных, что позволяет существенно снизить затраты предприятия. Существует огромное количество САПР. В каждой области наук можно выделить известные, признанные, а так же малоиспользуемые САПР.

При разработке пульта проверки азимутального блока были использованы, на мой взгляд, самые использованные и общепризнанные системы проектирования: AutoCAD 2004, SolidWorks 2004 и ANSYS 8.0. Ниже изложены основные достоинства этих программных пакетов.

11.1 AutoCAD 2004

AutoCAD2004 — это новейшая версия популярной среды автоматизированного проектирования, которая избрана многими разработчиками в качестве базового пакета для создания машиностроительных, архитектурных, строительных, геодезических программ и систем инженерного анализа.

AutoCAD 2004 предлагает самые совершенные средства двумерного проектирования и оформления чертежей, а также удобные инструменты твердотельного моделирования. Новейшие технологии, заложенные в этой системе, обеспечивают эффективность коллективной работы над проектом с учетом стандартов предприятия и различных методов проектирования.

В любой области проектирования, связанной с технической документацией, скорость и эффективность использования данных принципиально важны для успеха всего проекта. AutoCAD 2004 предлагает новые инструменты проектирования, улучшенный пользовательский интерфейс, возможность создания презентационной графики. Предусмотрены средства стандартизации оформления документации, обеспечена защита данных паролем. В AutoCAD 2004 появилась параметризация, что обеспечило этой программе больший успех, чем другим подобным программам.

11.2 SolidWorks 2004

Программа SolidWorks существует уже восемь лет, можно сказать, что за прошедшее время пакет SolidWorks стал настолько популярен в мировом инженерном сообществе, что его по праву можно назвать «народной системой». С 1995 по 2003 г. SolidWorks внедрён более чем на 35 тысячах промышленных предприятий; тысячи высших учебных заведений по всему миру используют SolidWorks для подготовки студентов. Начиная с декабря 1995 года, когда увидела свет первая версия, системой SolidWorks оснащено уже более 250 тысяч инженерных рабочих мест, что говорит само за себя.

SolidWorks является на настоящий момент бесспорным лидером среди пакетов 3D моделирования, как в России, так и за рубежом. Такие качества, как интуитивно понятный интерфейс, русификация и поддержка ЕСКД, предопределяют успех внедрения SolidWorks на предприятиях отечественной промышленности. Именно поэтому, выбирая SolidWorks в качестве базовой САПР, предприятие получает не только хороший, качественный и функциональный набор программ, но и ориентируется на самые передовые технологии, ставшие стандартом де-факто для автоматизированного проектирования во всём мире. Ниже перечислены нововведения, предусмотренные в SolidWorks 2004, которые позволяют выделить эту программу из других подобного класса функциональности:

— Поддержка работы с несколькими твердыми телами в пределах детали. Раньше деталь являлась одним неделимым твердым телом, а теперь тела можно создавать, соединять или удалять, просматривать информацию о них, управлять их визуализацией. Это удобно при проектировании сложных конструкций.

— Встроенный модуль экспресс-анализа прочности CosmosExpress. С его помощью инженер, не имеющий опыта расчетов методом конечных элементов, может определить, как конструкция воспринимает нагрузки при работе, а затем на основе полученных результатов укрепить непрочные участки, удалить материал из областей с излишним запасом прочности и тем самым оптимизировать проектируемые детали. Для более серьезных расчетов прочности предназначен модуль CosmosWorks.

— Дополнительные возможности экспресс-анализа динамики механизмов. Впервые такая функция появилась в предыдущей версии, а теперь получила существенное развитие: с ее помощью можно задавать линейное движение или вращение выбранного объекта, имитировать пружины и гравитацию. Благодаря этому проектировщик может выполнять динамический анализ работы сборок. Например, создав модель редуктора с зубчатыми колесами, он задает направление вращения ведущего колеса. В результате все остальные тоже начинают вращаться, и теперь можно проверить, как действует эта конструкция.

— Расширенные средства моделирования поверхностей. Следует отметить, что SolidWorks — это система гибридного моделирования, позволяющая работать и с твердыми телами, и с поверхностями и использовать обе функции в совокупности, например при помощи поверхностей обрезать или наращивать твердые тела, создавать из поверхности твердое тело и т. д. Появились возможности работы с массивами поверхностей, их размножения, детальной доработки, импортирования из других САПР и многие другие.

— Вторая версия системы SWR PDM. Этот модуль, предназначенный для управления данными об изделии и техническим документооборотом (Product Data Management, PDM), создан компанией SolidWorks Russia.

— Усовершенствования клиентского пакета eDrawings, который позволяет работать с чертежами SolidWorks и AutoCAD даже пользователям, не имеющим этих систем. Основные изменения коснулись версии eDrawings Professional: появилась возможность сохранять результаты расчетов прочности, добавлять аннотации, измерять элементы, проверять ошибки в деталях и сборках и т. д.

11.3 ANSYS 8.0

ANSYS — это многоцелевой конечно-элементный пакет для проведения анализа в широком круге инженерных дисциплин (прочность, теплофизика, динамика жидкостей и газов и электромагнетизм).

ANSYS является универсальным т.н. «тяжелым» конечно-элементным пакетом, предназначенным для решения в единой среде (и на одной и той же конечно-элементной модели) задач:

— Прочности;

— Тепла;

— Электромагнетизма;

— Гидрогазодинамики;

— Многодисциплинарного связанного анализа, объединяющего все четыре типа;

— Оптимизации на основе всех вышеприведенных типов анализа;

— Двусторонняя связь с CAD-системами;

— Наилучший показатель стоимость-производительность;

— Открытость — возможна любая модификация и программирование на любом уровне пакета;

— Совместная работа с Design Space — обьединение конструкторских и специализированных расчетов в единую сквозную технологию;

— Наличие русифицированной документации и примеров.

Препроцессор ANSYS позволяет создавать геометрические модели собственными средствами и импортировать готовые. Геометрическая модель в дальнейшем может быть модифицирована любым образом, поскольку при импорте осуществляется перетрансляция данных в геометрический формат ANSYS и деталь не подменяется «неприкасаемой» конечно-элементной сеткой. Пользователь может удалять несущественные мелкие детали, достраивать определенные детали, проводить сгущение-разрежение сетки и другие важнейшие операции, без которых, порой, дальнейшее решение будет совершенно некорректно или вообще не сможет быть достигнуто.

11.4 TechnologyCS

Автоматизированная система технической подготовки производства TechnologiCS предназначена для решения задач конструкторско-технологической подготовки, планирования и управления производством на предприятиях различных отраслей промышленности.

Использование данного пакета позволяет не только автоматизировать работу отдельных конструкторов, технологов или нормировщиков, но и интегрировать в едином информационном пространстве сведения о структуре выпускаемых изделий, технологиях изготовления, материалах, имеющемся оборудовании и инструменте и т. д. На основе этой информации возможно получение в виде документов или в электронном представлении различных отчетов необходимых для дальнейшей работы предприятия.

Система может использовать, при соответствующей настройке, имеющиеся на предприятии базы данных и выдавать данные в определенных пользователем форматах для дальнейшего использования в других автоматизированных системах.

Заключение

В результате проделанной работы была разработана конструкция пульта проверки азимутального блока с оформленными в среде AutoCAD чертежами: сборочный со спецификацией, корпус, передняя панель, схема электрическая принципиальная с перечнем элементов, чертеж платы.

В работе выполнен расчет на вибропрочность, который показал, что в заданном диапазоне частот 1 — 200 Гц плата с элементами не войдет в резонанс, а значит не развалится. Тепловой расчет показал, что для обеспечения нормального теплового режима не требуется дополнительных мер. Температура корпусов элементов, что меньше, значит, устройство будет работать в нормальном режиме. Проверка допусков, произведенная в расчете размерной цепи показала, что допуски назначены верно. Также был сделан расчет надежности, показавший время наработки изделия на отказ, а так же вероятности работы без отказа в течении 8-часовой рабочей смены и 1000 часов работы. Была расчитана экономическая эффективность разрабатываемого изделия. Рассмотрены вопросы безопасности труда, возникающие, в процессе изготовления устройства.

Рассмотрены используемые в работе САПР (AutoCAD 2004, SolidWorks 2004, ANSYS 8.0, TechnologyCS), а так же описаны некоторые их преимущества.

Список используемой литературы

1. Раткоп Л. Л., Спокойный Ю. Е. «Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА» — М: Советское радио, 1976.

2. Дульнев Г. Н., Семяшкин Э. М. «Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах» — М: Энергия, 1968.

3. Поляков К. П. «Конструирование приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры» — М: Радио и связь, 1982.

4. Гель П. П., Иванов-Есипович Н.К. «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры» — М: Энергия, 1972.

5. Журавлёв А. Н. «Допуски и технические измерения» — М: Техническая школа, 1978.

6. Каплун А. Б., Морозов Е. М., Олферьева М. А «Примеры решения конструкторских задач в ANSYS» — М: Едиториал УРСС, 2004.

7. «Расчёт надёжности РЭА: «Метод. указ. по курсовому и дипломному проектированию» Сост. П. П. Мищенко — Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1984.

8. И. П. Бушминский, О. Ш. Даутов, А. П. Достанко и др., под ред. А. П. Достанко, Ш. Ч. Чабдарова «Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры» Учебник для ВУЗов — М: Радио и связь, 1989.

9. «Технико-экономическое обоснование дипломных проектов»: Учеб. пособие для вузов Л. А. Астереина, В. В. Балдесов, В. К. Беклешов и др.; Под ред. В. К. Беклешова — М.: Высш. шк., 1991. — 176 с.

10. «Организационно-экономическая часть диплоных проектов по темам научно-исследовательского и конструкторского направлений». Метод. указ. НГТУ, 2004.

11. Ю. Д. Уколов, Г. А. Семакина. «Экономическое обоснование опытно-конструкторской разработки». Метод. Указания. — Новосибирск: Изд. НГТУ, 1999

12. «Охрана труда в радиои электронной промышленности». Под ред. С. П. Павлова. — М.: Энергия, 1979.

13. А. А. Воронинина, Н. Ф. Нишибенко. «Техника безопасности при работе в электроустановках». — М: Высшая школа, 1979.

14 Глудкин О. П., Черняев В. Н. Анализ и контроль технологических процессов производства РЭА: учебное пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 1983. — 296с.

15. «Справочная книга по светотехнике» Под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М: «Энергоатомиздат», 1983.

16. «Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.2/2.4.1340−03».

17. О. Д. Парфенов, ЭН Камышная ВП Усачев. «Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры" — М: Радио и связь 1989 г.

18. www.autocad.ru

19. www.cadmaster.ru

20. www.dvo.sut.ru/libr/pes/i286gell/index.htm — Методики конструкторских расчетов.