Дипломна робота Проектування і виготовлення автоматичного пристрою для перевірки електромеханічних лічильників імпульсів 1. Загальна частина 1.1. Вступ Автоматизація вважається головним, найбільш перспективним напрямком у розвитку промислового виробництва. Завдяки звільненню людини від особистої участі у виробничих процесах, а також високої концентрації основних операцій істотно поліпшуються умови праці й економічні показники виробництва. Автоматизація промислових виробництв неоднакова. Вона дає найбільший ефект у виробництвах з масовим випуском продукції і порівняно трудомісткими технологічними процесами. Автоматизація виробничих процесів зв'язана з упровадженням ряду автоматичних пристроїв. У масовому виробництві ці пристрої спеціалізовані. У серійному виробництві приходиться користатися універсальними автоматичними пристроями, що вимагають переналагодження , що викликає велику витрату непродуктивного часу. Тому в останні роки велика увага приділяється «гнучкості» автоматичного устаткування, що досягається шляхом широкого використання принципів агрегатування і програмного керування, що спричиняє поступове ускладнення конструкцій. Не менше значення для успішного розвитку автоматизації має вишукування і впровадження нових матеріалів і нових конструкцій виробів, а також прогресивних технологічних процесів. Сучасний рівень господарювання, досягнення фінансової стійкості та стабільності підприємства багато в чому залежить від раціонального використання основних фондів. Основні фонди є важливою складовою будь-якого виробничого процесу і від їх величини, прогресивності, технічного стану у вирішальній мірі залежить потенціальний об'єм виробництва, його виробнича потужність, а від повноти використання продуктивності обладнання залежить фактичний випуск продукції. Забезпечення ефективного використання основних фондів актуальне в час загального спаду виробництва та економіки в цілому. Вихід з кризи вимагає пошуку оптимальних варіантів господарювання, нових підходів, експериментів. Складність ситуації полягає також в тому, що більшість підприємств володіють старими, зношеними основними фондами, що зумовлене скрутним фінансовим становищем, нестачею коштів на їх модернізацію. Актуальність проблеми полягає також в тому, що продукція, яка виготовлялась і збувалась централізовано не знаходить свого покупця через її не конкурентоспроможність та порівняно високу ціну з аналогами іноземного виробництва. Важливість проблеми підвищення ефективності використання основних промислово-виробничих фондів зумовлена також тим, що їх величина постійно зростає, а належної віддачі в багатьох випадках немає. Діюче обладнання в основному працює не в повну потужність. В зв'язку з цим капітальні вкладення перш за все потрібно направляти на реконструкцію і технічне переозброєння діючих підприємств. При цьому необхідно покращувати використання виробничих основних фондів, забезпечувати повне завантаження потужностей і обладнання, добиватися збільшення фондовіддачі; прискорити оновлення виробничого апарату, в першу чергу за рахунок більш швидкої зміни малоефективного обладнання більш прогресивними та високопродуктивними. Зважаючи на те, що основні виробничі фонди – це матеріально- технічна база будь-якого підприємства, вони представляють собою велику цінність, а покращення їх використання – важливий резерв підвищення ефективності виробничого процесу. Раціональна експлуатація основних фондів служить базою зростання прибутків і зниження собівартості. Таким чином, успішний розвиток автоматизації забезпечується спільною роботою конструкторів, технологів, економістів, проектувальників і організаторів виробництва.. 1.2 Характеристика і опис існуючої схеми перевірки електромеханічних лічильників імпульсів Електромеханічні лічильники імпульсів типу СИ–206 застосовуються в приладах і пристроях автоматизації технологічних процесів, автоматичного обліку штучної продукції, в системах керування виробництвом на промислових підприємствах, а також як самостійні прилади. На ВАТ “Промприлад ” електромеханічні лічильники імпульсів СИ-206 використовуються у вимірювальних перетворювачах різниці тисків типу ДМТ-3583М12, які серійно випускає підприємство. Дані прилади проводять безперервне вимірювання різниці тисків і перетворення його в уніфікований сигнал 0-5 мА, 4-20 мА, з квадратичною залежністю, а також інтегрування витрати в часі з відліком результату інтегрування електромеханічним лічильником імпульсів СИ-206, а також індикацію різниці тисків на цифровому електронному табло. Параметри електромеханічних лічильників імпульсів СИ-206 відповідають вимогам ТУ 25-01. 888-78 і виконують автоматичний підрахунок і сумування кількості електричних імпульсів постійного струму прямокутної форми амплітудою В. Мінімальна тривалість імпульсу 20 мс. Мінімальна тривалість паузи 5 мс. Число розрахунків 6. Максимальна швидкість підрахунку 20. Споживана потужність Р=3 Вт. Опір котушки Rкот.=165 Ом. Похибка показів при безперервному підрахунку не повинна перевищувати 0,01%. Принцип дії лічильника побудований на перетворенні енергії електричного імпульсу з допомогою електромагніту, анкера і імпульсного колеса в обертовий рух. При поступленні електричного імпульсу на лічильник електромагніт, поз.30, Рис.1, притягує анкер поз. 6, який своєю нижньою полетою штовхає анкерне колесо поз. 1 і повертає його на 1/2 кроку, тобто на 18о. Після закінчення подачі імпульсу пружина поз.17 повертає його анкерне колесо в початкове положення, при цьому анкер своєю полетою повертає анкерне колесо, ще на 1/2 кроку, таким чином після подачі одного імпульсу анкерне колесо повертається на 36о, тобто на 1/10 оберту. Обертання анкерного колеса трибку поз.7 передається на перше лічильне колесо поз.2, яке також повертається на 1/10 оберту, тобто на одну цифру. Після того, як перше лічильне колесо зробить один оберт, тобто повернеться на 10 цифр, слідуюче за ним колесо трибкою поз.8 зробить 1/10 оберту, тобто на 1 цифру. Після двох обертів першого лічильного колеса, друге повертається на 2 цифри і т.д. лічильник може зафіксувати 999 999 одиниць, після чого всі лічильні колеса одночасно встановлюються в нульове положення, що відповідає 1 000 000 і підрахунок починається спочатку. Для обнуління лічильника необхідно плавно натиснути на важіль поз.23, при цьому вилка поз.16 відводить вісь поз.15 з трибками з зачеплення з колесами. Одночасно гребінь поз.10 своїми важелями натискає на кардіоїдні кулачки лічильних коліс і встановлює їх в нульове положення. Профіль кулачків дозволяє встановлювати лічильні колеса в нульове з різних положень. Згідно вимог п.п.1.2.2.ТУ 25-01. 888-78, Акр.15 контроль лічильників на відповідність вищевказаних технічних параметрів проводять по такій схемі технологічних випробувань Рис.2. 1 2 5 3 4 Рис 2.Схема перевірки електромеханічних лічильників імпульсів СИ-206 згідно ТУ 25 – 01. 888-78де 1- Генератор прямокутних імпульсів Г5 – 6 А; 2- Прилад лічильний ПС 02 – 08; ТУ 2. 801. 013; 3- Блок живлення БСП – 50, АЭЗ. 215. 005 ТУ; 4- Контрольований лічильник СИ– 206; 5- Осцилограф С1 – 68, Н22. 044. 053 ТУ; Згідно приведеної схеми перевірки імпульсних лічильників проводять наступним чином : Оператор вмикає для технологічного прогріву джерело живлення, генератор прямокутних імпульсів, лічильний прилад, осцилограф. І прогріває вищевказані прилади для одержання стабільних вихідних характеристик на протязі 15 хв.; Осцилографом 5 встановлює на генераторі 1 контрольну частоту і тривалість вихідних імпульсів, на джерелі живлення 3 – необхідну напругу живлення контрольованих лічильників; Оператор монтує схему перевірки згідно приведеної на Рис.2; Вмикає вихідний сигнал на генераторі і веде паралельний контроль за показом приладу лічильного ПС 02 – 08 і контрольного лічильника СИ – 206. По відліку на приладі лічильному заданої кількості імпульсів, згідно таблиці 4 ТУ 25 – 01. 888 – 78 вимикає вихідний сигнал на генераторі і проводить порівняння показів контрольованого лічильника і приладу лічильного.
1.3 Обґрунтування теми проекту Вищезгадані операції повторюються при перевірці кожного лічильника, що викликає значні затрати технологічного часу на демонтаж попередньої схеми перевірний і повторний монтаж для перевірки наступного лічильника, крім того технологічна схема індивідуального контролю кожного лічильника призводить до значних затрат електроенергії. Необхідність вести відлік в динаміці приводить до суб’єктивних похибок оператором. Виникає необхідність в автоматизації процесу перевірки вищевказаних лічильників з метою: суміщення технологічних операцій прогріву вимірювальних приладів з операцією встановлення на них вихідних контрольних параметрів. скорочення кількості вимірювальних приладів. зменшення технологічного часу на їх перевірку за рахунок збільшення їх кількості в одночасній їх перевірці. зменшення витрат електроенергії. виключення суб’єктивної похибки оператора.
2. Розрахунково – технологічна частина 2.1 Вибір і обґрунтування структурної схеми пристрою Для виконання вищезгаданих завдань автоматизована схема перевірки повинна задовольняти вимоги ТУ 25-01. 888-78 з одночасним їх виконанням. Проектований пристрій перевірки повинен забезпечувати одночасну перевірку десяти лічильників. Структурна схема проектованого пристрою матиме вигляд Рис.3
Рис.3 Структурна схема проектованого автоматичного пристрою. 2.2. Розробка функціональної схеми пристрою Функціональна установка представляє собою пристрій, який автоматично забезпечує, задану програмою кількість імпульсів на контрольовані імпульсні лічильники з послідуючим зрівнянням їх кількості з показами електронного лічильника. Спроектований пристрій повинен експлуатуватися при: температурі зовнішнього середовища, Со - відносній вологості, % не більше 80 атмосферному тиску, мм рт. ст. що не перевищують норм, вказаних в таблицях 4, 5 ГОСТ 12.1. 005-88. Функціональна схема пристрою приведена на Рис. 4 і включає в себе дев'ять функціональних блоків. З такими функціями: А1 – блок живлення. Забезпечує всіма необхідними напругами живлення інші блоки пристрою. Містить в собі силовий трансформатор ТР1 (див. розрахунки), два стабілізатори компенсаційного типу на мікросхемах серії К142 з електричним захистом від перенавантажень по струму, коротких замикань і зовнішніми регулюючими транзисторами типу КТ817В. Вони забезпечують " +5 В " по шині живлення мікросхем стенду " +24 В " – по шині живлення контрольованих лічильників. Для живлення анодних кіл світлоіндикаторів потрібна стабілізована напруга з розмахом 200 В. Для цієї цілі використано параметричний стабілізатор із штучною земляною точкою. Така схема живлення дозволяє отримати стабілізовану напругу розмахом 200 В на проміжку " анод – катод " і одночасно зменшити розсіювану стабілізатором потужність. А2 – шистирозрядний еталонний електронний лічильник. Призначений для підрахунку кількості імпульсів, які подаються на імпульсні контрольовані лічильники. В лічильнику використані мікросхеми серії К155ИЕ1, DD6… DD11. А3 – блок індикації. Служить для індикації стану еталонного електронного лічильника. В пристрої використано принцип динамічної індикації, який заклечається в короткочасному висвічуванні відповідної цифри на світло індикаторі і при досить високій частоті повторення цього процесу. Око оператора не помічає цього мигання, а цифра на світлоіндикаторі представляється як такою, що горить постійно. Є різні схеми рішення динамічної індикації. В даному випадку використана динамічна індикація з фазоімпульсним представленням цифр. Її принцип можна зрозуміти з Рис.5. Опорна лічильна декада і дешифратор забезпечу ють безперервну подачу зміщених по фазі імпульсів одночасно на всі катоди світло-індикаторів. Причому спочатку імпульси появляються на дев'ятих катодах, потім восьмих, сьомих і т. д. При переповненні лічильних декад на їх вихорах появляється імпульси управління формувачами анодного струму Аі цифрових світлоіндикаторів. В світлоіндикаторі загориться цифра фаза імпульсу, на катоді якої співпаде з імпульсом на формувачі анодного струму. Неважко здогадатися, що цифра, яка засвітилася буде відповідати числу записаному в декаді лічильника. А4 – на мікросхемі К155ЛА3, DD1 і транзисторі VT3 виконаний тактовий генератор опорної лічильної декади f0. Роль опорної лічильної декади виконує мікросхема DD22, К155ИЕ2 і її дешифратор DD24 К155ИД1. Формувачі анодного струму в стенді виконані на транзисторах типу МП26Б, VT5…VT11. Принципова схема формувача представлена на Рис.6. У формувачах такого типу використано принцип накопичуваної ємкості, що дозволяє використовувати двох полярне живлення і забезпечує роботу комутуючого ключа і стабілізатора живлення в легших режимах роботи. Розглянемо роботу схеми в статичному режимі. На анод світлоіндикатора VD1 і обмежувальний резистор R4 подається половина необхідного реле запалювання живлення. Комутуючий ключ на транзисторі VT1 закритий напругою UD2 – напруга підпорки. Таким чином накопичувальна ємність С зарядиться напругами +100В і -100В. При співпадінні імпульсів Uупр. в базі VT1 і ДШ комутуючий ключ Т1, також, відкривається і комутуючий ключ в ДШ. Таким чином накопичувальна ємність С тор зрядиться через "анод – катод", запалювання відповідної цифри на табло. А5 – задаючий генератор і формувач імпульсів контрольованих лічильників. Служить для формування тривалості і частоти імпульсів, які подаються на контрольовані лічильники. Виконаний на мікросхемах DD4, К155ЛА3, і транзисторі VT6, КТ361,формування вихідних параметрів здійснюється конденсатором С13 і резистором R17. А6 – блок управління, включає в себе тригери управління DD5 -1, DD5-2, транзисторний ключ VT4, схему обнуління еталонного електронного лічильника на мікросхемі DD16-1 і органи управління SB1 "Пуск", SB2 "Стоп", перемикач SA2 "Автомат. – Ручн.". А7 – блок узгодження. Емітарні повторювачі виконані на транзисторах VT1 – VT12, служать для узгодження вихідного опору задаючого генератора з навантаженнями – контрольованими лічильниками. А8 – контактне приспосіблення у вигляді касети з контактними ламелями, в які вставляються перевіряючі лічильники. А9 – програмний блок. Формує команди управління у відповідності з заданою програмою включає в себе дешифратор DD23, K155ИД3, перемикачі встановлення заданої кількості контрольних імпульсів SA3…SA8, схему співпадіння кодів на мікросхемах DD12…DD19, К155ЛА3. Конструктивно пристрій виконаний у виді конструкції настільного типу з контактним приспосібленням. На передній панелі пристрою є: - S1 "Мережа"; - запобіжник мережі пристрою FU1; - індикатор ввімкнення мережі пристрою і контролю напруги "+5 В" VD13; - світлоіндикатори еталонного лічильника HL1…HL6; - кнопка "Пуск"; - кнопка "Стоп"; - перемикач режиму роботи SA2 "Автомат. – Ручн.". На задній панелі розміщена панель заземлення.
2.3 Опис роботи схеми автоматичного пристрою для перевірки ел. механічних лічильників Імпульси з тактового генератора блоку А4 подаються на мікросхемі DD24 і дешифратор встановлення кодів DD23 програмного блоку А9. Однозначні катоди всіх світлоіндикаторів блоку індикації А3 об’єднані в паралельні шини на які подаються дешифровані імпульси опорної лічильної декади DD22, причому на катодні шини цифри "9" подаються імпульси з шини "0" дешифратора. Сформовані по частоті 15 Гц., тривалості 35 мс. і імпульси генератора блоку А5 через тригери дозволу DD5 -1, DD5 -2 , блоку управління А6 поступають на вхід еталонної лічильної декади А2 і одночасно через еміттерні повторювачі блоку узгодження А7 на контрольовані лічильники. Перемикач SA2 "Автомат. – Ручн." комутує вхід тригера управління DD5 -1, блоку управління А6 виходу схеми співпадіння кодів або до кнопки управління SB2 "Стоп", другий вхід тригера управління DD5 -1, що під’єднаний до кнопки управління SB1 "Пуск". При натисканні кнопки SB1 "Пуск" тригер DD5 -1 переднім фронтом сигналу обнулює електронний лічильник і дає дозвіл на подачу і паралельний підрахунок випробувальних імпульсів еталонним лічильником і випробуваними лічильниками. При співпадінні коду заданої програми (перемикачі SA3…SA8, мікросхеми DD17…DD19), кору на виході еталонного лічильника сигнал управління повертає тригер DD5-1 впопереднє положення і припиняє подачу випробувальних імпульсів на еталонний лічильник і випробувані (автоматичний режим). В ручному режимі роботи, управління тригером DD5-1 здійснюється кнопками SBI ''Пуск'', SB2"Cтоп". Для контролю лічильників необхідно: 1. Увімкнути пристрій і прогріти його протягом 15 хв. 2. Вставити в контактні приспосіблення контрольовані лічильники і встановити на них кульові покази важелем поз. 23, рис.1. 3. Встановити перемикач режимів роботи S2 в положення "АВТ". 4. Встановити перемикачами SA3…SA8 задано згідно таблиці 4 ТУ 25-01.888.75 кількість контрольних імпульсів. 5. Кнопкою SB1"Пуск" Включити пристрій в режим перевірки. Після закінчення циклу перевірки звірити покази лічильників і провести відбраковку лічильників, які не витримали випробувань.
Рис.4. Функціональна схема автоматичного пристрою для перевірки електромеханічних лічильників імпульсів. 2.4. Розрахунок схеми живлення. Розрахунок споживаної пристроєм потужності. Проводимо розрахунок потужності споживаної мікросхемами пристроєм. Пристрій містить слідуючи мікросхеми з такими споживаними потужностями: К155ИЕІ – 105 мВТ – 8 шт., К155ЛАЗ – 35 мВт – 10 шт., К155ИЕ2 – 58 мВт – 1 шт., К155ИДІ – 55 мВт – 1 шт., К155ИДЗ – 50 мВт – 1 шт. Рмікр = 105 · 8 + 35 · 10 + 58 + 55 + 50 = = 840 + 350 + 58 + 55 + 50 = 1353 м ВТ ( 1,5 Вт. Потужність споживана світло індикаторами ИН-12Б в блоці індикації згідно паспорту номінальний струм через лампу при напрузі “анод - катод” рівний 200 В (+100В), (-100В) становить 1,45 А. В пристрої налічується 6 індикаторів, тоді споживання ними потужності становитиме: Рінд = U · I = 200 · 0,0015 · 6 = 1,8 Вт. Потужність споживана контрольованими лічильниками Рл = N · Рл1 = 10 · 3 = 30 Вт де, Рл1 – потужність споживана одним контрольованим лічильником. Для забезпечення діапазонів регулювання стабілізаторів напруг “+5В”, “+24В”, “200В(+100В)(-100В)”, потрібно забезпечити на їх регулюючих транзисторах необхідний діапазон напруг, що становить 6 ( 8В на транзисторних стабілізаторах і 15 ( 20В на стабілізаторі, що живить блок індикації. Ці напруги і приводять до додаткової споживчої потужності. Тоді споживана потужність по шині “+5В”, що живить мікросхеми становитиме Рмікр = 2,95 Вт, шині “+200В(+100В, -100В)” – живлення блоку індикації Рінд = 2,5Вт, “+24Вт” – живлення контрольованих лічильників Рл = 53 Вт. Загальна споживана пристроєм потужність становитиме: Рст = Рмікр + Рінд +Рл = 2,95 + 2,5 + 53 = 58,45 Вт. Для подальших розрахунків приймаємо Рст = 60 Вт. Розрахунок схеми стабілізації живлення блоку динамічної індикації пристрою. В блоку динамічної індикації пристрою застосовуються цифрові світло індикатори типу ИН-12Б з номінальним струмом через лампу 1,5 А. для забезпечення надійного запалювання і горіння світло індикатора потрібно підтримувати стабільну різницю потенціалів в проміжку “анод - катод” рівну
Як відомо на вольт-амперній характеристиці кремнієвого стабілітрону, включеного в зворотному напрямку є дільниця на якій при зміні струму через стабілітрон напруга на ньому залишається постійною (дільниця зворотнього пробою). В зв’язку з цим при зміні вхідної напруги або опору навантаження в деякому діапазоні вихідна напруга буде стабільною, оскільки в схемі постійно перерозподіл вхідної напруги між обмежувальним опором і внутрішнім опором стабілітрону. В якості стабілізуючих елементів вибираємо кремнієві стабілітрони типу Д817Г з такими параметрами: напруга стабілізації Uст = 100 Вт; Максимальний струм стабілізації Істаб. max = 50 мА; Мінімальний струм стабілізації Істаб. min = 5 мА; Розсіювана стабілітроном потужність Р = 5 Вт; Диференціальний опір при Іст = 5 мА Rg = 800 ом Температурний коефіцієнт напруги мВ/с. Вихідними даними для розрахунку будуть: Вихідна напруга Uвих = 200 В, допустиме відхилення вихідної напруги, які допускають світло індикатори в сторону збільшення авих і зменшення ввих рівні ( 5%; номінальний струм навантаження Ін = N · Іл = 6 · 1,5 = 9 мА. Допустимі відхилення вхідної напруги, що допускається ГОСТом для випробувальної апаратури від номінальної в сторону збільшення авих = 10%, в сторону зменшення ввих = 15%, допустимі відхилення струму навантаження в сторону збільшення С = 5%, в сторону зменшення d = 5%. Визначаємо необхідне значення коефіцієнту стабілізації
Розраховуємо максимальне значення коефіцієнту стабілізації:
Приймаємо номінальний струм через стабілітрон Іном = 0,015А. Необхідне значення вхідної напруги, яка зможе забезпечити задані параметри стабілізації буде:
Розраховуємо величину обмежувального резистора:
З стандартного ряду резисторів вибираємо резистор номіналом 3,3 к. Максимальний струм, який буде протікати через стабілізатор з врахуванням відхилень вхідної напруги і відхилень струму навантаження буде:
Для подальших розрахунків випрямляча і силового трансформатора струм споживання по шині +200 В приймаємо І = 50 мА. Знайдене максимальне значення струму не перевищує максимально допустиме значення струму через стабілітрон. Іст.max ? Іст.max.допуст. , так як Іст.max = 36 мА ? Іст.max.допуст = 50 мА. Розраховуємо розсіювану обмежувальним резистором потужність
В якості обмежувального резистора використовуємо резистор типу ПЄВ. Згідно ГОСТу 65-13-75 вибираємо стандартний резистор ПЄВ – 1,5-3,3к(10% з потужністю розсіювання 7,5 Вт. По визначених розрахунками даними проводимо розрахунок випрямляча для живлення схеми стабілізації блоку динамічної індикації пристрою. Вихідними даними для подальших розрахунків будуть: вхідна напруга на вході стабілізатора – вихідна напруга випрямляча – U, для подальших розрахунків приймаємо U0 = 330 В, струм навантаження І0 = 50 мА. Для випрямляча вибираємо однофазну мостову схему. При таких схемах випрямляння коефіцієнт використання силового трансформатора досягає 0,9. Зворотна напруга, що діє на кожний діод моста і напруга вторинної обмотки силового трансформатора приблизно в два рази менша, ніж в двохнапівперіодних випрямлячах з середньою точкою. Амплітуда і частота першої гармоніки пульсації також як і в схемах з середньою точкою. Розраховуємо значення активного опору обмоток трансформатора приведених до вторинної обмотки.
де Вm – магнітна індукція в магнітопроводі для трансформаторів до 1000 Вт, приймається 1,2-1,6 Тл, приймаємо Вm = 1,3 Тл; S – число струменів трансформатора на яких розміщені обмотки S = 1 для магнітопроводів типу ШЛ. kчс – коефіцієнт, який залежить від схеми випрямляння, визначається по табл. 3.2 [ЛІ]; kчс = 3,5(103;
Розраховуємо параметр А, який залежить від кута відсічки діода в мості випрямлення.
де Р – число імпульсів випрямленої напруги; Р = 2, для однофазної мостової схеми випрямлення.
По визначеному значенню коефіцієнта А визначаємо додаткові параметри B, D, F, H по графіках на рис. 3-7, 3-9 [Л1]. Вони становлять: B =0,9; D = 2,5; F = 8; H = 100; Розраховуємо необхідні параметри для вибору діодного моста і подальшого конструктивного розрахунку силового трансформатора. Необхідне значення діючої напруги вторинної обмотки трансформатора:
Діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора:
Зворотна напруга на діоді моста:
Середнє значення випрямленого струму через діод:
Діюче значення струму через діод:
Амплітудне значення струму через діод:
Розраховуємо ємність конденсатора фільтру
де ч – опір обмотки трансформатора kчн – коефіцієнт пульсації в %, приймаємо kчн = 10%, тоді
Згідно стандартного ряду вибираємо ємність номіналом 5,0 мкф типу К50-125 робочою напругою 500 В, ОЖО 462.023 ТУ. Згідно розрахованих параметрів вибираємо діод ний міст типу КЦ405И з параметрами: Uзвор.max = 500 В; Іпр.max = 0,6 А, так як такий що відповідає розрахованим параметрам.
Проводимо конструктивний розрахунок силового трансформатора. Для розрахунку основного трансформатора знаходимо Qc ·Q0 добуток площі поперечного перерізу на поперечне січення магніто проводу по графіках 1.5 [Л2] визначаємо: коефіцієнт корисної дії трансформатора ? = 0,88 густину струму в обмотках j = 3 А/мм2 по таблицях 1.11, 1.12 знаходимо k коефіцієнт заповнення міддію = 0,3; kс – коефіцієнт заповнення сталлю = 0,96 тоді:
Згідно розрахованого Qc ·Q0 по табл. 1.6 [Л2] вибираємо магнітопровід типу ШЛ20х32 з електротехнічної сталі Є42, товщиною листа 0,35 мм з розмірами: а = 20; h = 50; C = 80; H = 70; в = 32; Активна площа перерізу магнітопроводу QС,А = 5,6 см2. Активний об’єм магнітопроводу Vст. = 95,8 см3 Розраховуємо втрати в стані магнітопроводу Рсталі = G G, де G – питомі витрати (Вт/кг), які залежать від марки сталі, товщини листа, магнітної індукції, частоти мережі. G – межа магнітопроводу, кг (визначається з таблиць заданого магнітопроводу) табл. 1.6 [Л2], табл. 1.7 [Л2], ________ = 3,5 Вт/кг; G = 0,735 кг. Рсталі = ____ · G = 3,5 · 0,735 = 2,57 Вт/кг. Розраховуємо активну складову струму холостого ходу, виражається у відсотках від номінального струму споживання.
реактивна складова струму холостого ходу в процентному відношенні буде:
qст. – питома намагнічувальна потужність вар/кг, залежить від частоти, маки сталі і магнітної індукції, визначаємо по графіках рис. 1.7 [Л2] qст. = 50 вар/кг струм холостого ходу в процентах від номінального
Визначаємо значення струму холостого ходу первинної обмотки
де при частоті 50 Гц, для частоти 50 cos ?1 = 0,9 ( 0,95, приймаємо для розрахунків = 0,95. Абсолютне значення струму холостого ходу.
Розраховуємо струм в обмотках трансформатора по шині, яка живить мікросхеми:
де Рмікр – потужність споживання мікросхеми стенду Uж.– вихідна напруга стабілізатора живлення; U – напруга на регулюючому транзисторі;
по шині, яка живить випробувальні лічильники:
по шині, яка живить блок індикації:
Згідно розрахованих струмів в обмотках трансформатора, розраховуємо січення обмоточних проводів і по табл. 1.4 [Л2] визначаємо їх діаметр по формулі: де І – струм в обмотці в А, j – густина струму в а/мм2
Для розрахунку обмоточних даних трансформатора розраховуємо амплітуду магнітного потоку в магніто проводі трансформатора:
При роботі трансформатора під навантаженням на опорах його обмоток відбувається спад напруги, тому для розрахунку ЕРС його обмоток необхідно користуватися формулою:
де Uі – напруга на відповідній обмотці; (Ui – процентний спад напруги на ній. Орієнтовно значення процентного спаду напруги на первинній і вторинних обмотках в трансформаторах потужністю до 200 Вт визначаємо по графіках рис. 1.8 [Л2] і воно становить 4%. Розраховуємо значення ЕРС для кожної обмотки трансформатора. Первинної обмотки:
Обмотки, яка живить кола блоку індикації:
Обмотки живлення кіл випробуваних лічильників:
Обмотки живлення кіл мікросхеми:
Відповідно число витків кожної обмотки будуть:
Проводимо контрольний розрахунок можливості розміщення обмоток у вікні осердя. Площа вікна осердя рівна:
По таблиці 20 [Л2] визначаємо кількість витків, що припадає на 1 см2 попереднього перерізу суцільної намотки:
Сумарна площа, яку займають обмотки
Приймаючи коефіцієнт заповнення вікна рівним 0,7 з врахуванням ізоляційних прокладок одержимо площу реальних обмоток:
Таким чином розраховані обмотки зможуть розміститися у вибраному осерді так, як
Зводимо в таблицю розраховані дані трансформатора. Таблиця 1. Обмотки Напруга, В Число витків Діаметр проводу (мм) Магнітопровід
I 220 1363 ПЭВ-2-0,38 ШЛ20х32
II 330 2044 ПЭВ-2-0,11
III 12 74,3 ПЭВ-2-0,23
IV 29,7 192 ПЭВ-2-0,86
3. Енергетична частина. 3.1. Розраховуємо споживану потужність по базовому варіанті перевірки. Для перевірки використовуються такі стандартні прилади з споживаними потужностями. Генератор прямокутних імпульсів. Г5-6А–35Вт Прилад лічильний ПС02-08–20Вт Блок живлення БСП-50–15Вт (з врахуванням потужності контрольованого електромеханічного лічильника). Осцилограф С1-68–30Вт. Сумарна споживана, по базовому варіанту, вимірювальними приладами потужність складатиме:
Визначаємо час необхідний для перевірки річної програми. Річна програма електромеханічних лічильників складає 250 шт. Згідно вимог ТУ25-01.888-78, технологічний прогрів перед вимірюванням з врахуванням часу комутації приладів і контрольованого лічильника складає t = 20 хв. Необхідний час для контролю річної програми буде:
Потужність затрачена на перевірку річної програми електромеханічних лічильників складатиме:
Так, як спроектований пристрій дозволяє проводити одночасну перевірку в електромеханічних лічильників, тоді час необхідний для забезпечення річної програми буде:
а річна споживча потужність складатиме:
5. Економічна частина Економічну ефективність від використання спроектованого пристрою можна розрахувати визначивши вартість вимірювальних приладів, які використовуються при перевірці згідно ТУ25-01.888-78 (базовий варіант) і собівартість спроектованого і виготовленого пристрою, а також витрати електроенергії при базовому варіантів і при використанні спроектованого пристрою, зменшення технологічного часу на їх перевірку і вплив фонду заробітної плати зайнятих робітників, а також амортизаційних відрахувань. Розраховуємо вартість вимірювальних приладів, які використовуються на базовому варіанті перевірки. № п/п Назва приладу К-сть, шт. Ціна за одн. грн. Сума грн.
3 Блок живлення БСП-50 АЄЗ.215.005ТУ 1 327,3 327,3
4 Осцилограф С1-68 Н22.044.053ТУ 1 141,5 141,5
Всього: 1826,4
Спроектований пристрій виготовляється безпосередньо на підприємстві в цеху нестандартного обладнання і його собівартість визначається за формулою:
– витрати на матеріали; – витрати на покупку комплектуючих; – витрати на основну і допоміжну заробітну плату; – відчислення на соціальне страхування; – цехові витрати; – загальнозаводські витрати; – витрати на утримання та експлуатацію обладнання; – інші виробничі витрати. Затрати на матеріали визначаються виходячи з норм витрат, прейскурантних цін, величини зворотних відходів, а також затрат на придбання та постачання матеріалів. Вони розраховуються по формулі: де – ціна 1 кг матеріалу, грн.; – 1,03 ( 1,06 коефіцієнт транспортно-заготівельних витрат; – величина зворотних відходів; – ціна 1 кг відходів, грн. Розрахунок вартості покупних комплектуючих використаних на виготовлення пристрою. Таблиця 2 № п/п Назва комплектуючих К-сть на виріб шт. Оптова ціна за одн. грн. Сума грн.
Результати розрахунків затрат по матеріалах зводимо в таблицю. Таблиця 3 Назва матеріалу В-ти матеріалу кг(м) Опт. ціна матеріалу грн. В-сть матеріалу грн. Транспортно-заготівельні в-ти, 4% грн. Сумарні в-ти на матеріали, грн.
Сталь листова 6,3 2,15 13,55 0,54 14,08
Дріт монтажний 18,7 1,23 23,0 0,92 19,62
Припой ПОС-40 0,18 45,0 8,1 0,324 8,42
Фарба 0,25 10,50 2,63 0,11 2,74
Всього: 47,28 1,90 44,86
В загальну трудомісткість виготовлення пристрою входять: трудомісткість механічних Тмех робіт в людиногодинах; слюсарно-складальних Тскл. ; електромонтажних Тел.; Розрахунок трудомісткості приводимо в таблиці. Таблиця 4 Вид робіт
Трудоміс- ткість год.
Розряд
Погодинна тарифна ставка
Тарифна зарплата грн.
Премія 25-40% грн.
Основна зарплата грн.
Додат кова зарплата грн.
Затрати по зарплаті грн.
Механічні (верстатні) 25 ІІІ 1,90 47,5 11,87 59,37 9,5 68,87
Слюсарно-складальні 15 ІІІ 1,87 28,05 7,0 35,0 5,61 40,61
Електромон- тажні і налагоджу-вальні роботи 63 IV 2,12 133,56 33,39 166,95 26,71 193,60
Всього: 261,32 41,82 303,14
Відрахування на соціальне страхування становить 37,5% від фонду оплати праці.
Затрати на експлуатацію і утримання, цехові затрати, загальнозаводські затрати:
Тоді загальновиробничі витрати складатимуть.
Собівартість пристрою буде: № п/п Статті витрат Сума, грн.
1 Затрати на матеріали 44,86
2 Затрати на покупні комплектуючі вироби 150,53
3 Основна зарплата 216,32
4 Додаткова зарплата 41,82
5 Відрахування на соціальне страхування 113,67
6 Загальновиробничі витрати 666,35
Всього: 1278,55
Амортизаційні відчислення і витрати на поточний ремонт для базового і спроектованого пристрою з терміном окупності 7,5 років (13%)
Розраховуємо річні затрати на електроенергію для базового і спроектованого варіантів:
Визначаємо затрати на оплату роботи контролера для базового і спроектованого. Контроль електромеханічних лічильників імпульсів проводить один контролер ІІІ розряду з погодинною оплатою. , де – час необхідний для контролю річної програми електромеханічних лічильників імпульсів; – погодинна тарифна оплат = 1,88 грн.
Зводимо в таблицю розрахункові дані економічній ефективності. Таблиця 5 Витрати Затрати на базову вартість Затрати по спроектованому варіанті Економія
Амортизація 237,43 166,2 71,23
Ел. енергія 2,94 0,35 2,59
Зарплата 157,92 26,32 131,6
Всього: 398,29 192,87 205,42
Річна економія складає 205,42 грн. Розраховуємо термін окупності і коефіцієнт економічної ефективності. Термін окупності показує за який період часу затрати використані на проведення удосконалення процесу перевірки електромеханічних лічильників імпульсів будуть відшкодовані сумою економічної ефективності. Термін окупності визначається відношенням суми затрат до умовної економічної ефективності.
Коефіцієнт економічної ефективності – величина обернена терміну окупності.
Порівнюючи одержані коефіцієнти економічної ефективності 1,06 з коефіцієнтом, який встановлений для підприємств приладобудування рівний 0,13, можна зробити висновок про доцільність використання запропонованого і спроектованого варіанту автоматичного пристрою для перевірки електромеханічних лічильників імпульсів. Висновки про доцільність проекту. В результаті проектування і виготовлення автоматичного пристрою для перевірки електромеханічних лічильників імпульсів було вирішено питання удосконалення процесу перевірки електромеханічних лічильників імпульсів за рахунок зменшення кількості вимірювальних приладів у процесі перевірки, скорочення технологічного часу на прогрів, збільшення їх кількості в одночасній перевірці, а також скоротити фонд оплати праці контролера і затрати по оплаті використаної електроенергії. Фактичний термін окупності: 0,94 в порівнянні з нормативним 7,5 років є нижчим, а коефіцієнт економічної ефективності рівний 1,06 в порівнянні ї нормативним 0,13 є більшим. На основі вище приведених фактів і розрахунків можна зробити висновок про економічну доцільність використання даного проекту.
4. Охорона праці 4.1. Загальні заходи охорони праці і промсанітарії. Охорона праці – це невід’ємний елемент процесу виробництва. Вона покликана забезпечувати нормальні умови праці. Завдання охорони праці полягає в тому, щоб ізолювати робітників від впливу шкідливих, небезпечних факторів виробництва, зведення до мінімуму виробничого травматизму і захворювань. Охорона праці охоплює наступні напрямки: техніка безпеки; промсанітарія; електробезпека; пожежна безпека. Проектування здорових і безпечних умов праці починається з правильного вибору території, розпланування дільниць, правильного розташування приладів для зручного пересування по дільниці, тобто, найбільш сприятливих умов праці з дотриманням техніки безпеки. На підприємстві впроваджено типові робочі місця, розроблені згідно норм технічного проектування, а також ОСТ420 091. 093. Рівень освітленості робочих місць встановлений згідно СниП ІІ – 4– 79 " Природне і штучне освітлення ". У верхній частині цеху встановлені вікна з віконцями розміром 400 × 800 мм. Встановлене, також, додаткове штучне освітлення з допомогою світильників. У відповідності до СН 245 – 77 підприємство відноситься до 4 класу санітарних зон. Виробничі приміщення відповідають П¦- 2- 8 і обладнані роздягальнями, кімнатами відпочинку, душовими, туалетами, місцями для куріння. 4.2. Заходи електробезпеки Все обладнання в цеху заземлене до цехового контуру заземлення. На клемах встановлені знаки заземлення згідно ГОСТ 21130 – 75. Біля робочих місць встановлені робочі дерев'яні решітки. Для захисту від струму, перенавантажень і короткого замикання використані автоматичні запобіжники. Для роботи з пристроєм для перевірки електромеханічних лічильників імпульсів допускаються особи, які пройшли інструктаж з техніки безпеки і ознайомились з інструкцією по експлуатації пристрою. 4.3. Протипожежний захист В залежності до загоряння цех, де експлуатується пристрій, відноситься до категорії "Д", а по вогнебезпечності будівель до ІІ ступеня, згідно СниП ІІ 2.09.02-85. Для гасіння пожежі в цеху передбачені такі заходи: на дільницях є пожежні крани з підведеною водою; прокладений внутрішній і зовнішній водопровід з розходом води 10 л/сек. На дільниці існує пожежний пост до складу якого входять: 1. вогнегасник ОХВП- 10 - 1 шт. 2. вогнегасник ОУ -10 - 1 шт. 3. ящик з піском 0,6м3 - 1 шт. 4. совкова лопата - 1 шт. 5. відра - 2 шт. 6. багор - 1 шт. Для внутрішнього і заводського попередження про пожежу існує телефонний зв’язок. В екстреному випадку використовують електронну сигналізацію. При виході встановлені пожежні повідомлювачі. Література: Л.А. Краус, Г.В. Гейман, В.И. Тихонов "Проектирование стабилизированных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры" Москва. "Энергия", 1980 г. Б.Е. Гершунский "Справочник по расчету электронных схем" Київ. "Вища школа", 1983 р. "Справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры" Москва. "Энергия", 1981 г. В.С. Гутников "Интегральная электроника в измерительных приборах". "Энергия", 1974г. Г.М. Марголін "Розрахунки деталей та вузлів радіоапаратури". Київ. "Техніка", 1969 р. 6. Технічні умови ТУ 25 – 01.888 – 78
