ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ 2 страница

вид показано без верхньої панелі

Рисунок 2. 1

Органи керування, контролю (головка 15), індикації підсилювача та вхідні з’єднувачі ГР5 винесені на передню панель. Усі ці органи згруповано і розміщено на одній лінії. Виділено: три лінійні входи для зовнішніх пристроїв 16; блок регуляторів 17 («Низькі частоти», «Високі частоти», «Рівень вихідного сигналу»); два мікрофонних входи з регуляторами («Рівень вхідного сигналу») 18; вхід для звукознімача з регулятором («Рівень вхідного сигналу») 19; індикатор підключення до радіотрансляційної мережі 20; лінійний вихід для зовнішніх пристроїв 21; тумблер включення із світлодіодом-індикатором 22; перемикачі роботи («Мережа – Динаміки») 23.

На задній панелі розміщено: ряд вихідних розеток по п’яти каналах 11; тумблери 12 – перемикачі режимів виходу каналів; планка електрозапобіжників від короткого замикання у каналі 13; вивід для підключення заземлення та з’єднувач живлення. На панелях за допомогою гравірування нанесено пояснювальні написи та позначки. Подібне конструктивне вирішення зовнішнього компонування покращує ергономічні показники конструкції.

Функціональна схема підсилювача реалізована на двох друкованих модулях: попереднього підсилювання 7 та підсилювача потужності 8. Модуль попереднього підсилювання кріпиться ближче до передньої панелі за допомогою чотирьох гвинтів M3´ 6g-6 вертикально до стійок-пластин несівної з різьбою. Модуль підсилювача потужності кріпиться горизонтально на несівній у середині блока. Друковані плати модулів виготовлено по першому класу точності зі склотекстоліту марки СФ-1-50-2 ГОСТ 10316-78.

На несівну конструкцію кріпляться: блок з дванадцяти конденсаторів фільтра живлення 9; стійки для розрядника-запобіжника 10 та вісім діодів випрямлювача. Діоди встановлено за допомогою свого кріплення безпосередньо на несівну, яка для них є тепловідводом. Узгоджуючий трансформатор 5 і трансформатор живлення 6 кріпляться у центрі за допомогою чотирьох гвинтів M6´ 6g-8 до бокових панелей-радіаторів. Вихідні транзистори встановлено по боках від трансформатора. Застосування несівної, як тепловідвода, та кріплення до бокових панелей дає змогу зменшити габарити та кількість елементів пристрою, але ускладнює його складання.

У підсилювачі використана елементна база 3-го покоління. Електромонтаж у блоці виконаний пайкою монтажних отворів і виводів навісних елементів окремими провідниками, які потім зібрані у джгути. Всі регулятори встановлено на вертикальну пластину несівної. З’єднання між модулями конструкції виконані екранованим джгутом через з’єднувачі ГР5, розетки яких встановлено з боків від регуляторів.

Зовнішня поверхня корпуса викрашена світло-коричневою нітрофарбою. На нижній кришці розташовані гумові ніжки 24, які є опорою всієї конструкції блока. Для перенесення підсилювача використовуються ручки 14, які виготовлено разом з боковими панелями-радіаторами.

Перевагами конструкції розглянутого підсилювача є: добре ергономічне опрацювання, раціональність внутрішнього компонування та значна механічна міцність. Недоліки: використання сталі для виготовлення корпуса, значна кількість гвинтових з’єднань, проведення електромонтажу у блоці за допомогою джгута із зібраних окремих провідників, низький коефіцієнт технологічності.

3 ОЦІНКА ПОКАЗНИКІВ НАДІЙНОСТІ ЕА З УРАХУВАННЯМ ВІДМОВ ТА ВІДНОВЛЕННЯ

3. 1 Мета заняття

Вивчення методики розрахунку показників надійності ЕА з урахуванням відмов та відновлення конструктивних елементів.

3. 2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Надійність ЕА характеризується чотирма складовими: безвідмовністю, довговічністю, придатністю до зберігання та ремонтопридатністю. Такі вимоги до показників надійності висуваються ще на стадії розробки ТЗ.

Вже на початковому етапі технічного проектування на основі аналізу експлуатаційних характеристик елементної бази та заданих умов експлуатації, а також прийнятих наступних конструкторських вирішень про типові елементи заміни (ТЕЗ), конструктор оцінює показники безвідмовності та відновлення конструктивних елементів (вузлів, з яких компонується блок). Для всього ЕА розраховуються такі показники, як: середній час напрацювання на відмову, ймовірність безвідмовної роботи за заданий час, коефіцієнт готовності та деякі інші. Безпосередньо розрахункам цих показників і присвячене це заняття.

Готуючись до практичного заняття за даною темою, необхідно вивчити теоретичний матеріал попередніх лекцій і матеріал, викладений в основній [3,
с. 252–262; 8, c. 105–110] та додатковій [7, c. 25–32] літературі.

3. 2. 1 Рекомендації з підготовки початкових даних

Перед початком вирішення даної задачі необхідно з’ясувати:

- загальну кількість модулів, які можливо відновити, та їх склад;

- інтенсивності відмов елементів, що входять до модулів, з урахуванням коефіцієнтів електричного навантаження та впливу кліматичних і механічних факторів середовища експлуатації (можливо скористатися даними таблиці [9] «Експлуатаційні характеристики ЕРЕ» за результатами лабораторної роботи №1);

- необхідний час відновлення кожного з модулів;

- допустимий час відновлення.

Зверніть увагу, що підготовка перерахованих даних відбувається в зазначеному нижче порядку:

- виконується попереднє виділення зі схеми електричної принципової модулів нижчих рівнів за критеріями: функціональної закінченості, забезпечення електромагнітної, теплової, механічної сумісності, технологічності та ремонтопридатності конструкції (що виконується у лабораторній роботі №3);

- для кожного з таких модулів розраховується сумарна інтенсивність відмов (наприклад, скориставшись даними додатка Б) за формулою:

, (3. 1)

де – середнє значення інтенсивності відмов j-го елемента, що міститься в i-му модулі;

– кількість елементів даного типу, що входять до складу i-го модуля;

– коефіцієнти навантажень, які враховують електричні, кліматичні та механічні фактори експлуатації елементів [6, табл. 4. 2–4. 6].

Далі розраховується час відновлення кожного з вузлів за формулою:

, (3. 2)

де – час, необхідний для встановлення факту несправності, год.;

– час, необхідний для локалізації несправності, тобто встановлення, який з модулів вийшов з ладу, год.;

– час для демонтажу зламаного модуля, год.;

– час для встановлення та електромонтажу справного модуля, год.;

– час, необхідний для можливого регулювання ЕА після встановлення справного модуля, год.

Потім за результатами розрахунків (3. 1) і (3. 2) складається і заповнюються таблиця, приклад якої наведено нижче.

Таблиця 3. 1 – Інтенсивності відмов і час відновлення модулів нижчого рівня

Найменування вузла, що компонується	Сумарна інтенсивність відмов елементів , год.	Час відновлення вузла, год.
Модуль підсилювача
Модуль індикації
...	...	...
Передня панель
Для усього ЕА

Встановлюють допустимий час відновлення t_д всіх вузлів, виходячи з їх конструкторських особливостей. У деяких випадках t_д вибирається рівним максимальному часу з даних, наведених в останній колонці (табл. 3. 1).

3. 2. 2 Розрахунок показників безвідмовності та ремонтопридатності ЕА

За початковими даними проводять розрахунок надійності.

1. Сумарна інтенсивність відмов усіх модулів, 1/год.:

та середнє напрацювання до першої відмови без урахування відновлення, год.:

. (3. 3)

2. Ймовірність безвідмовної роботи без урахування відновлення за час t:

. (3. 4)

3. Середній час відновлення модулів, год.:

4. Ймовірність відновлення ЕА за допустимий час знаходиться, як:

, (3. 5)

вважаючи, що моменти відновлення підкоряються розподілу Ерланга.

5. Середнє напрацювання на відмову з урахуванням відновлення, год.:

6. Ймовірність безвідмовної роботи з урахуванням попередніх відмов та відновлення за будь-який час t:

. (3. 6)

На занятті розрахунок необхідно проводити для двох величин часу
t₁=1000 год. та t₂=Т_с (де Т_с. – заданий за ТЗ час напрацювання на відмову ЕА, що проектується). У такому випадку оцінка середнього напрацювання на відмову та ймовірність безвідмовної роботи може бути використано для порівняння.

Отримані за результатами розрахунку характеристики безвідмовності та ремонтопридатності відповідають одному варіанту виділення модулів нижчих рівнів з електричної схеми. Якщо розглянутий варіант відповідає заданим вимогам Т3 до надійності, то він приймається за основу. В іншому випадку може бути поставлена задача визначення оптимального варіанта виділення вузлів (що приймаються як ТЕЗ) за критерієм забезпечення заданого показника надійності (задача синтезу). Наприклад, якщо основним показником надійності вибрана величина для , то за формулою (3. 6) визначається необхідна ймовірність відновлення , а за її значенням з трансцендентного рівняння (3. 5) знаходять необхідне відношення . Далі методом послідовних наближень розглядають варіанти виділення зі схеми модулів, які містять меншу кількість елементів, ніж у попередньому варіанті (для них час буде меншим). Такий послідовний ітеративний процес надає можливість найти оптимальний варіант.

3. 2. 3 Порядок виконання роботи

1. Проаналізувати варіант виділення модулів нижчих рівнів зі схеми електричної принципової, виконаний на лабораторній роботі №3, розрахувати для кожного з модулів сумарну інтенсивність відмов за формулою (3. 1).

2. Визначити необхідний час відновлення кожного з модулів за формулою (3. 2) та розрахувати середній час відновлення усього ЕА.

3. За результатами розрахунків заповнити табл. 3. 1 та вибрати допустимий час відновлення, керуючись рекомендаціями п. 3. 2. 1.

4. Розрахувати показники безвідмовності без урахування відновлення , за формулами (3. 3), (3. 4) для t₁ =1000 год. та t₂=Т_с.

5. Розрахувати показники безвідмовності з урахуванням відновлення , для t₁ =1000 год. та t₂=Т_с.

6. Порівняти показники безвідмовності для розглянутих випадків. Зробити висновок про якість компонування за отриманими показниками надійності.

3. 3 Контрольні запитання і завдання

1. Яким законом описується ймовірності раптових відмов?

2. Чому дорівнює ймовірність напрацювання до першої відмови без урахування відновлення?

3. За рахунок яких конструктивних заходів можливо зменшити час відновленняТЕЗ?

4. Як можна порівняти варіанти компонування за показниками безвідмовності і ремонтопридатності?

5. Чому потік відновлення при масовому обслуговуванні однотипних ЕА є випадковою величиною?

6. За рахунок яких факторів можливо добитися збільшення коефіцієнта готовності ЕА?

7. Як змінюється ймовірність нормального функціонування ЕА при збільшенні кількості модулів?

8. Які елементи є найменш надійними в конструкції ЕА, що ви проектуєте?

9. Який найбільш раціональний метод виконання внутрішньоблочного монтажу у вашій конструкції з позиції забезпечення високої надійності та ремонтопридатності ЕА?

10. Наведіть основні фактори експлуатації ЕА, які впливають на його надійність, та класифікацію відмов.

3. 4 Приклади аудиторних і домашніх задач

Завдання. Визначити ймовірність безвідмовної роботи ЕА, який складається з двох модулів, без урахування відновлення протягом t=1000 год. безперервної роботи та ймовірність його відновлення за час t_Д= 1 год., якщо інтенсивність відмов модулів – λ ₁= λ ₂=0, 5× 10^-5, а середній час їх відновлення – Т_В= 0, 75 год.

Розв’язання.

Сумарна інтенсивність відмов усіх модулів ЕА:

(1/год. ).

Середнє напрацювання до першої відмови без урахування відновлення:

(год. ).

Ймовірність безвідмовної роботи без урахування відновлення за 1000 год.:

Знаходимо ймовірність відновлення ЕА за допустимий час , як:

Відповідь: імовірність безвідмовної роботи ЕА протягом t = 1000 год. дорівнює 0, 989, а ймовірність його відновлення за 1 год. – 0, 57.

4 ОЦІНКА ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ ЕЛЕМЕНТА, ВСТАНОВЛЕНОГО

НА РАДІАТОРІ

4. 1 Мета заняття

Вивчення методики проектування конструкції радіатора та розрахунку теплового режиму елемента, встановленого на радіаторі.

4. 2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Необхідно пам’ятати, що одним із заходів забезпечення нормального теплового режиму роботи блока ЕА є встановлення теплонавантажених елементів (іноді цілих модулів) на додатковий тепловивід (радіатор). Проблема вибору необхідного типу радіатора з ряду уніфікованих або необхідність його проектування виникає тоді, коли в результаті розрахунку теплового режиму ЕА з'ясовується, що локальний перегрів теплонавантаженого елемента значно перевищує допустимі значення. Таке вирішення, з точки зору забезпечення технологічності конструкції, у багатьох випадках виявляється більш ефективним, ніж, наприклад, застосування примусової системи охолодження, використання теплових труб або інших заходів. При цьому радіатор доцільно виносити на зовнішню (задню, бокову) панель корпуса ЕА.

Зверніть увагу, що для малогабаритних елементів (потужні транзистори, діоди, теплонавантажені мікросхеми) доцільно використовувати існуючі типи уніфікованих радіаторів. Розробка нової конструкції радіатора виправдовує себе лише за відсутності уніфікованих типів радіаторів для великогабаритних вузлів. Це практичне заняття присвячене вивченню послідовності проектування радіатора для теплонавантаженого елемента конструкції, що розробляється. Дана методика може використовуватися для розрахунку будь-яких оребрених поверхонь з розміщеними на них тепловиділяючими модулями. На даному занятті необхідно спочатку спроектувати конструкцію радіатора, а після цього провести розрахунок теплового режиму елемента, що встановлено на ньому.

Готуючись до практичного заняття за даною темою, необхідно вивчити теоретичний матеріал попередніх лекцій і матеріал, викладений в основній [3,
с. 336–343; 4, с. 163–170; 6, с. 198–210] та додатковій [5, с. 463–466] літературі.

4. 2. 1 Рекомендації з підготовки початкових даних

На початку вирішення зазначених задач необхідно з’ясувати:

1. Наявність теплонавантажених елементів у конструкції ЕА, що проектується, та їх габарити з урахуванням елементів кріплення , , , м.

2. Потужність, яка розсіюється на елементі , Вт.

3. Температура навколишнього середовища , К.

4. Атмосферний тиск , Па.

5. Допустима температура корпуса елемента , К.

6. Максимально допустима температура у блоці ЕА , К.

Необхідні величини вибираються за ТЗ ( , ), за результатами аналізу, що проведено у лабораторній роботі №1, ( , ) та з довідника ( , , ).

4. 2. 2 Методика проектування конструкції радіатора

Найбільш поширеними типами радіаторів є пластинчасті та штирьові радіатори. Методика їх проектування схожа між собою. Наведена послідовність розрахунку відноситься до пластинчастого радіатора.

На рис. 4. 1 показано варіант встановлення на пластинчастому радіаторі 1 елемента 2 прямокутної форми, як у більшості потужних транзисторів.

Рисунок 4. 1

Для розробки конструкції радіатора (рис. 4. 1) – визначення його розмірів – необхідно знати габаритні розміри , , елемента, який потрібно охолодити, та задатися товщиною ребра і кількістю ребер , з кожної сторони елемента.

Кількість ребер можливо взяти, наприклад, рівною = = 2. Товщина ребра вибирається з ряду мм. Після цього розраховують інші геометричні розміри радіатора:

- відстань між ребрами дорівнює, м

;

- висота ребра, м

;

- довжина ребра, м

;

- товщина основи радіатора, м

;

- довжина радіатора, м

Після визначення геометричних розмірів радіатора розраховують сумарну поверхню тепловіддачі радіатора та встановленого елемента , м²:

де ;

Далі визначають питомий тепловий потік через поверхню тепловіддачі:

Якщо виконується співвідношення

Вт/м², (4. 1)

то вибрана конструкція радіатора вважається задовільною, а якщо ні – то збільшують кількість ребер і до тих пір, доки не виконуватиметься нерівність.

Після цього вибирають матеріал радіатора. Рекомендується вибирати конструктивні матеріали, які мають значний коефіцієнт теплопровідності , наприклад, алюмінієві або мідні сплави (табл. 4. 1). Часто радіатори покриваються теплопровідними лаками з товщиною покриття = 0, 1…0, 3 мм. У деяких випадках як покриття застосовують чорніння поверхні (хімічне чорніння).

Для подальшого розрахунку необхідно вибрати покриття та з’ясувати коефіцієнт чорноти поверхні (табл. 4. 2) і коефіцієнт теплопровідності матеріалу покриття за літературними джерелами.

Таблиця 4. 1 – Коефіцієнт теплопровідності деяких матеріалів

Матеріал	, Вт/м К	Матеріал	, Вт/м К
Склотекстоліт	0, 34…0, 74	Латунь Л63
Сталь	45…92	Дюралюміній	160…180
Бронза	64…88	Сплав АЛ2

Таблиця 4. 2 – Коефіцієнт чорноти поверхні деяких тіл

Матеріал і стан поверхні		Матеріал і стан поверхні
Алюміній полірований	0, 04…0, 06	Краски емалеві	0, 92
Алюміній окислений	0, 20…0, 30	Лак чорний	0, 96…0, 98
Дюралюміній Д16	0, 37…0, 41	Муар сірий, чорний	0, 89…0, 90
Мідь шліфована	0, 03	Краска алюмінієва	0, 28

4. 2. 3 Розрахунок теплового режиму елемента, встановленого на радіаторі

Подальша задача полягає у визначенні температури елемента, установленого на радіаторі, та порівнянні її з допустимою величиною , тобто:

. (4. 2)

Якщо виконується нерівність (4. 2), то це свідчить про достатність площі радіатора. У протилежному випадку треба її змінити, наприклад, додавши ще ребра.

Для розрахунку теплового режиму елемента методом послідовних наближень застосовується класична схема розв’язання рівняння теплового балансу:

, (4. 3)

де , – температури радіатора та навколишнього середовища, К;

– сумарний коефіцієнт теплообміну, який враховує конвективну, променеву та кондуктивну складову, Вт/м² К;

– параметр, який враховує перепад температури за висотою ребра;

– потужність, що розсіюється на елементі, Вт;

– сумарна поверхня тепловіддачі радіатора зі встановленим на ньому елементом, м².

У подальших розрахунках використовують дві геометричні характеристики ребра: периметр перетину ребра площиною, перпендикулярною ребру і паралельною основі радіатора, (периметр змочування конвективним потоком), та площа поверхні даного перетину .

Розмірності всіх величин, що входять у розрахункові формули, необхідно брати в одиницях СІ.

1. Початкове наближення треба починати із завдання значення величини , яка являє собою сумарний коефіцієнт конвективного і променевого обміну. Його значення слід вибирати в межах: Вт/м² К.

2. За вибраним визначають початкове значення коефіцієнта ефективності ребра у відповідності з формулою:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒