Реферат: Универсальный блок питания

Рисунок 3 – График зависимости вероятности безотказной работы Р=f(t)

При вероятности безотказной работы 0,8 наработка на отказ 10800 часов. /7/

2 Конструкторско-технологическая часть

2.1 Описание конструкции универсального регулятора воды

2.1.1 Разработка конструкции корпуса

Корпус устройства универсального регулятора воды выполнен из ударопрочного полистирола марки УПМ-0508 методом литья под давлением. Он состоит из основания (позиция 16) и крышки (позиция 2). Корпус имеет следующие габаритные размеры: ширина-70мм, длинна-200мм, высота-120мм. Внутри корпуса универсального регулятора воды крепится печатная плата (позиция 6) на установочные стойки (позиция 17) при помощи четырех шурупов. Так же внутри корпуса размещен сетевой трансформатор TV1 (позиция 10), который крепится при помощи крепежной скобы (позиция 11), симистор VS1 (позиция 7) на радиаторе (позиция 8). На передней панели универсального регулятора воды находятся кнопка  принудительного включения или отключения нагрузки (позиция 5), тумблер выбора режимов работы (позиция 3) и два светодиодных индикатора состояния прибора. (позиция 4).   На нижнем торце расположены разъемы для подключения нагрузки и датчиков (позиция 13). Разъемы крепятся к корпусу при помощи винтов М3 с гайками. На правой стенке расположен шнур питания (позиция 12), тумблер «СЕТЬ» (позиция 10) и держатель предохранителя. Монтаж прибора производится с помощью ушей крепления расположенных на задней стенке (позиция 15). /9/

2.1.2 Описание печатной платы универсального регулятора воды

Печатная плата универсального регулятора воды конструктивно выполнена в виде односторонней печатной платы (ПП). Габариты разведенной платы равны 100´100 мм.

В качестве материала печатной платы используется фольгированный стеклотекстолит СФ1-35-1 ГОСТ 10316-78.

После определения рисунка связей между компонентами ПП рассчитываем требуемую ширину печатных проводников b, по которым протекает максимальный ток. Такими проводниками являются проводники шин питания и земли.

Ширину печатных проводников b, мм определяем по формуле

b = Imax/ D · h,                                                      (23) 

где  Imax- максимальный ток, протекающий в печатном проводнике, А;

       D -   допустимая токовая нагрузка печатного проводника, А/мм2;

       h -    толщина печатного проводника, мм.

Из пункта 1.5.3 принимаем ток протекающий по цепям питания 0,03 А.

 Согласно ГОСТ 23751-86 допустимая токовая нагрузка D на элементы проводящего рисунка в зависимости от допустимого превышения температуры окружающей среды для фольги составляет 100…250 А/мм2. Выбираем максимальное значение 250 А/мм2. Толщина фольги стеклотекстолита СФ-2-35 составляет 35 мкм.

Определяем ширину проводников b мм, шины питания +12 В по формуле (23)

b = 0.03/250·35·10-3=0,003 мм

Ширину проводников равную рассчитанным значениям, технологически трудно реализовать, поэтому её необходимо выбрать равной ближайшему технологически возможному значению. Согласно ГОСТ 23751-86 и с учетом возможностей производства ближайшее значение ширины проводника ПП составляет 0,15мм. Однако для того, чтобы свести к минимуму влияние наводок и помех на работу устройства, необходимо шины питания и земли выполнить как можно шире. Поэтому выбираем ширину проводников шины питания  и земли равной 1 мм. Поскольку в остальных проводниках схемы токи значительно меньше, то ширину этих проводников выбираем равной 0,3 мм.

Формирование рисунка печатного монтажа выполняется травлением меди в растворе хлорного железа, Растворы на основе хлорного железа отличаются высокой и равномерной скоростью травления, малыми боковыми подтравлениями, высокой точностью получаемых контуров, незначительным содержанием токсичных веществ и экономичностью.  /9/

2.2 Виды и объемы работ по техническому обслуживанию

2.2.1 Анализ надежности

Универсальный регулятор уровня воды состоит из следующих основных узлов: датчики уровня с схемой управления (1), элемент «И», усилитель и электронный ключ (2), генератора прямоугольных импульсов (3), блока питания (4).

Проведем анализ надежности по группам элементов, с целью выявления самых ненадёжных блоков схемы. Деление элементов на группы производим согласно рисунку

Интенсивность отказов датчиков уровня с схемой управления определяется по формуле

l1 =lдт+l DD3 + lDD2 +lR1-R7 +lC1-C4+lSA1,SA2+lVD1,VD2+lМЕСТА ПАЙКИ ,        (24)

Интенсивность отказов электроннго ключа с схемой согласования с нагрузкой определяется по формуле

l2 = l DD1 +lR11-R13, R15+lVS1+lVT1+lC9,C10+lT2+lVD10+lгнезда +lМЕСТА ПАЙКИ      (25)                                    

Интенсивность отказов генератора прямоугольных импульсов определяется по формуле

l3 = l DD2 + lR8-R10 +lC6-C7+lVD3, VD4 +lМЕСТА ПАЙКИ ,                                        (26)            

Интенсивность отказов блока питания определяется по формуле

l4 = l DA1 + lC5-C8 +lR14 +lVD5-VD9 +lT1+lвилка+lМЕСТА ПАЙКИ                       (27)

l1 = (0,3+0,45+0,45+0,35+0.2+0,8+0.4+0.204) ×10 -6 = 3,154×10-6 (1/час)

l2=(0,45+0,2+0,95+0,6+0.1+0,13+0,7+2,1+0.116)×10 -6=5,396×10-6 (1/час)

l3 = (0,45+0,15+0,1+0,4+0,08) ×10 -6 = 1,18×10-6 (1/час)

l4 = (0,45+0,5+0,1+2,7+0,9+0,5+0,088) ×10 -6 = 5,238×10-6 (1/час)

Приняв P(t) заказчика 0,8 для каждого из блоков схемы определяем время tкр, час по формуле

Tкр= ln(P(t))/- lI,                                             (28)             

где li - интенсивность отказов i-го блока, 1/час

tкр1= ln (0,8)/3,154×10-6= 70749,4 (ч)

tкр2= ln (0,8)/5,396×10-6= 41353,5 (ч)

tкр3= ln (0,8)/1,18×10-6= 189104,7 (ч)

tкр4= ln (0,8)/5,238×10-6= 42600,9 (ч)

По результатам расчетов строим график зависимости

Рисунок 4—Графики надежности блоков схемы

Как видно из рисунка 4  наиболее ненадежными блоками из всей структурной схемы являются электронный ключ и схема согласования с нагрузкой (на графике блок 2), так как в них входят силовые элементы, трансформатор и разъемные соединения – являющихся наименее надежными.

Так как технический ресурс значительно меньше приведенных значений tкр, то это указывает на высокие эксплуатационные характеристики отдельных блоков, следовательно, tкр для универсального регулятора воды увеличивается до минимального из значений tкрi отдельных блоков, в данном случае это второй блок и составляет, tкр= 41000 часов.

Определим время поиска неисправностей в каждом из блоков. Для этого примем время измерения в первом блоке 2 минуты, во втором 5 минут, в третьем 1 минуты, в четвертом 2 минуты

Для сокращения времени поиска неисправностей используем метод последовательно - поэлементной проверки. Определяем частные

τ1/q1 = 2/3,154 = 0,634

τ2/q2 = 5/5,396 =0,93

τ3/q3 = 1/1,18 = 0,85

τ4/q4 = 2/5,238 = 0,38

Согласно расчетам, первое измерение производим на выходе элемента 4. Если сигнал на выходе этого элемента удовлетворяет требованиям, то переходим к измерению остальных элементов в следующей последовательности: второе измерение – блок 1; третье измерение – блоки 3; четвертое измерение – блок 2.

                   Рисунок 5

Для аналитического процесса поиска неисправностей, как правило, применяют его графическое изображение в виде программы поиска неисправностей. Условное обозначение элемента производят в виде прямоугольника, а измерение в виде круга с номерами элементов за которыми производятся измерения. Тогда программа поиска неисправности будет представлена ветвящейся схемой, состоящей из кружков с двумя выходами, обозначающих результат измерения (есть нужный сигнал или нет – «да» «нет» соответственно) и оканчивающейся прямоугольниками, обозначающими неисправный элемент.

Рисунок 6 - Программа поиска неисправности изделия.

Определяем время поиска неисправности по формуле

TПН=q4* τ4+ q1*( τ4+ τ1)+ q3*( τ4+ τ1+ τ6+ τ3)+ q2*( τ4+ τ1+ τ3+ τ4)     (29)

TПН=5,238*2+3,154*(2+2)+1,18*(2+2+1)+5,396*(2+2+1+5)+17,2 =65мин

Для обеспечения допустимой величины вероятности безотказной работы Р(t)=0,8 определим некоторые эксплуатационные показатели.

Параметр потока отказов ω, 1/ч определяется по формуле

,                                                                (30)                             

 (1/ч)

Периодичность проведения регламентных работ tРР, ч определяется по формуле

,                                                          (31)

 (ч)

Вычислим оптимальный период выполнения регламентных работ ТР опт, ч по формуле

,                                                (32)                    

где  Тпр – среднее время выполнения одной профилактики (Тпр=1,5 ч.)

       ΛПО – интенсивность постепенных отказов изделия, обнаруживаемых во время выполнения техобслуживания, 1/ч.

Интенсивность постепенных отказов ΛПО, 1/ч. рассчитываем по формуле

,                                                   (33)

 (1/ч)

 (ч)

Одним из важнейших показателей эксплуатационных свойств изделия является коэффициент технического использования КТИ. Он показывает какая, доля от всего времени эксплуатации изделия приходится на время его работы. КТИ рассчитывается по формуле

         ,                                             (34)                             

где  tп--время пребывания изделия в исправном состоянии, независимо от того работало оно или находилось в ожидании;

        tТО -- общее время, затрачиваемое на техническое обслуживание (без восстановления);

        tв-- общее время, затрачиваемое на восстановление (устранение неисправности);

Согласно общего расчета надежности, проведенного в пункте 1.6, принимаем время tП равным 10000 часам, а время tТО согласно формулы  равным 311 ч. Общее время tВ принимаем равным 1,4 часам. Тогда:

КТИ=

В качестве основного критерия оценки эксплуатационных свойств изделия служит коэффициент простоя изделия Кп. Рассчитываем данный показатель по формуле

,          (35)

Рассчитанное значение КП является показателем высоких эксплуатационных свойств универсального регулятора воды

Определяем показатели ремонта: G-функция распределения ремонта, G/- закон распределения ремонта по формулам

                                                                 (36)

=0,7

                                                    (37)

=0,24

2.2.2 Выбор стратегии технического обслуживания

Из расчёта надёжности отдельно взятых блоков вытекает, что средняя наработка наиболее ненадёжных блоков составляет 41000 часов. Поэтому целесообразно установить техническое обслуживание по наработке, заключающееся в проведении мероприятий по техническому обслуживанию после выработки универсальным регулятором воды определённого количества часов. Выбор такого вида ТО обоснован тем, что вероятность выхода из строя какого-либо блока очень мала. Такое ТО является более целесообразным по содержанию работ, сокращаются затраты времени и средств на обслуживание. Во время эксплуатации необходимо проводить оперативное техническое обслуживание, которое включает в себя очистку поверхности от загрязнения и пыли, проверку датчиков и их зачистку, проверку целостности корпуса на отсутствие царапин и сколов, проверку крепления элементов коммутации и осмотр кабелей и шнуров внешних подключений. /10/

2.3 Методы поиска неисправностей и ремонт универсального регулятора уровня воды

В случае отказа надёжность восстанавливается путём проведения ремонтных работ. Следует установить причину отказа и найти отказавший элемент. Для того чтобы найти причину неисправности, необходимо четко представлять принцип работы изделия, изучить его принципиальную электрическую схему, знать факторы, от которых зависят основные параметры, и правильно установить направление неисправности.

Существуют следующие методы поиска неисправностей 1) внешний осмотр без разборки, 2) внутренний осмотр, 3) измерение параметров по постоянному и переменному напряжению.

Визуальный осмотр - проводят перед и после использования по назначению, а также после транспортирования, при этом производится внешняя чистка и проверка крепления органов управления, четкость фиксации переключателей, отсутствие сколов и трещин на деталях.

Внутренний осмотр – проводят при проведении ТО или текущего (капитального) ремонта. Включает в себя осмотр состояния монтажа, соединительных проводов, плат, элементов.

Измерение параметров по постоянному и переменному - производятся с помощью портативной или автоматизированной встроенной контрольно-измерительной аппаратуры, а также специальных измерительных устройств, систем автоматического контроля. Измерения проводятся в: контрольных точках питающих цепей, промежуточных и выходных сигнальных точках.

Сначала проводиться внешний осмотр корпуса универсального регулятора воды. Проверяется надежность соединения в разъемах, крепление кнопок к корпусу.

После того, как убедились, что отказ вызван внутренними неполадками, необходимо приступить к локализации места неисправности и устранению неисправности, то есть к внутреннему осмотру. Проверяется внутренний монтаж на обрыв. Провода внутреннего монтажа не должны иметь нагара, оголённых участков проводника или оплавленных участков изоляции. В обратном случае следует установить причину появления нагара или оплавки изоляции и заменить проводник новым. Также следует проверить другие элементов, монтируемые на корпусе. Они не должны: иметь следов грязи и ржавчины; иметь видимые механических повреждений. После этого приступаем к осмотру печатной платы. Наиболее характерными визуально-различными дефектами радиоэлементов являются: потемнение или обгорание покрытия резисторов, обрывы выводов конденсаторов, резисторов, микросхем, нарушение контактов в местах пайки, выпучивание корпусов микросхем, конденсаторов. Во всех перечисленных случаях элемент с приведенными признаками следует заменить исправным. Осмотр печатной платы позволяет выявить плохую пайку, разрывы и микротрещины в печатных проводниках. Пайки должны иметь глянцевую гладкую поверхность, без каких либо посторонних включений и подтеков.

Далее производят проверку электрических параметров ЭРЭ в соответствии с допустимыми значениями. В первую очередь производят проверку по напряжению. В случае выявления несоответствия производят замену неисправного элемента. Поиск типовых неисправностей, которые ремонтник не в состоянии обнаружить самостоятельно, производиться в соответствии с таблицей.

К ремонтным работам допускаются лица, соответствующей квалификации, изучившие технику безопасности и противопожарную безопасности согласно пункту 4.

По программе поиска неисправностей разработан перечень возможных неисправностей и методы их устранения.

Таблица 4–Перечень возможных неисправностей и методы их устранения

2.4 Разработка руководства по эксплуатации

В данном пункте разрабатывается руководство по эксплуатации универсального регулятора уровня воды БКДП.022005.100 РЭ на основании ГОСТ 2.6119-97 «Эксплуатационные документы». Руководство по эксплуатации представлено в приложении А, в состав которого входят следующие разделы:

2.4.1 Общие указания

Согласно пункту 1 технического задания БКДП.022005.000 ТЗ.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5