Электронный блок управления сварочным аппаратом

        - коэффициенты, учитывающие атмосферное давление и влажность.

Затем находится средняя наработка на отказ ЭВА до первого отказа (в часах):

                                        ;                                                               (1.12)

а также вероятность безотказной работы ЭВА за заданное время 

                                       ;                                                             (1.13)

Расчет проведен для схемы управления устройством. Исходные данные и результаты расчета показаны в таблице. Расчет выполнялся по методике [5].

Таблица 1.1

Название элементов	Количество	Интенсивность отказов
КД МЦ2301 К50-35 СП Транзисторы Трансформаторы Дроссели Реле РСТ Пайка о.м. Провода соед. Монтажные соед. Плата 1 Плата 2	5 1 1 2 4 2 6 1 126 63 63 1 1	0,00000020 0,00000020 0,00000010 0,00000004 0,00000160 0,00000015 0,00000025 0,00000014 0,00000003 0,00000001 0,00000016 0,00000180 0,00000114
Итого:	276	0,0000272

 

Время наработки на отказ t=10000,0000

Суммарная интенсивность S=0,0000272

Средняя наработка на отказ Тср(час)=11077,8774787

Вероятность безотказной работы Р=5,7Е-0001

 

 

1.7.4 Теловой расчет

Целью данного расчета является проверка теплового режима элементов при заданных условиях эксплуатации.

Тепловой расчет характеризуется электрическим режимом работы и условиями эксплуатации.

Электрический режим определяется мощностью выделяемой аппаратурой.

Изменение температуры окружающей среды является основным при оценке влияния условий эксплуатации на тепловой режим ЭВС.

Имеется большое разнообразие видов охлаждения. Среди них воздушное охлаждение является основным способом обеспечения нормального теплового режима. Это объясняется простой конструкцией, надежностью, удобством эксплуатации и ремонтопригодностью [18].

Естественное воздушное охлаждение ЭВС является наиболее простым и осуществляется без затрат дополнительной энергии.

Принцип охлаждения естественной конвенцией основан на том, что слои воздуха, нагреваясь от выделяющего тепло элемента и обладая меньшей плотностью и большей кинетической энергией, перемещаются вверх и замещаются более холодными слоями.

Эффективность теплообмена естественной конвенцией зависит от места расположения элементов в объеме аппаратуры. Различают две схемы естественного воздушного охлаждения аппаратуры: в герметичном и перфорированном корпусах. В герметичном корпусе конвективный теплообмен осуществляется от элементов ЭС к воздуху внутри аппарата, от воздуха к корпусу аппарата, от корпуса к окружающей среде. Существенное улучшение теплового режима достигается введением специальных вентиляционных отверстий в дне и крышке корпуса. При этом конвективный теплообмен происходит между элементами ЭС и окружающей средой через перфорацию. При компоновке необходимо стремиться к равномерному распределению выделяемой мощности по всему объему аппарата.

Компоненты и ТЭЗы с большим тепловыделением необходимо располагать в верхней части ЭВМ вблизи стенок, нестойкие к перегреву элементы – в нижней части. Необходимо выдерживать зазоры между ТЭЗами (не менее 7…10 мм), установочной поверхностью и днищем корпуса  (20…30 мм).

Для интенсификации и конвективного теплообмена между ЭС и окружающей средой используют принудительное движение воздуха, создаваемое специальными устройствами, главным образом, вентиляторами.

В большей части технических устройств несколько процентов подводимой мощности расходуется на полезное преобразование сигнала. Остальная часть выделяется в виде тепла во внутреннее пространство устройства с соответствующим перегревом элементов и аппаратуры в целом.

Сущность теплового расчета в том, что несущую конструкцию с элементами принимают за однородное тело с изотермической поверхностью, для которой и проводится расчет теплового режима.

Расчет проведен для узлов расположенных внутри кожуха устройства: плата схемы запуска и ключей преобразователя, плата схемы управления (КНФУ.409900.002 СБ).

Расчет теплового режима разрабатываемого блока выполнен на ПЭВМ. Расчет выполнялся по методике [10].

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Мощность рассеиваемая в корпусе (Вт)=22.000

Давление окружающей среды (Па)=101300.000

Температура окружающей среды (С0)=25.000

Допустимая температура эксплуатации элемента (С0)=40.000

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

Поверхность корпуса блока (М)=0.644

Условная поверхность нагретой зоны (М)=0.534

Удельная мощность корпуса (Вт)=34.172

Удельная мощность нагретой зоны (Вт)=41.171

Перегрев корпуса (С0)=3.774

Перегрев нагретой зоны (С0)=4.785

Средний перегрев воздуха в блоке (С0)=5.385

Температура корпуса блока (С0)=28.774

Температура нагретой зоны (С0)=29.785

Средняя температура воздуха в блоке (С0)=30.385

Перегрев поверхности элемента (С0)=3.628

Температура поверхности элемента (С0)=28.628

Перегрев среды у элемента (С0)=4.082

Температура окружающей среды у элемента (С0)=29.082

 

1.7.5 Расчет резонансной частоты печатной платы

В процессе транспортирования электронного блока он подвергается различным механическим воздействиям: линейные ускорения, вибрации, одиночные удары.

Собственная частота печатной платы зависит от следующих факторов:

- геометрических размеров: длины, ширины и толщины;

- способа закрепления;

- веса установленных элементов;

- материала.

В правильно сконструированной аппаратуре собственная частота печатной платы, не должна находится в спектре частот внешних воздействий. Частота собственных колебаний равномерно нагруженной платы, закрепленной в четырех точках, определяется по формуле:

                                     ;  Гц                               (1.14)

где A, B - длина и ширина печатной платы соответственно, мм;

     D - цилиндрическая жесткость;

      M - масса платы с элементами, кг;

       Цилиндрическая жесткость определяется по формуле:

                                                  ;                                                     (1.15)

где -толщина платы, мм;

-модуль упругости( );

-коэффициент Пуассона;

Таблица 1.2

Вид транспорта	Частота возбуждающих колебаний, Гц
Автомобильный транспорт	3÷12;  15÷60
Железнодорожный транспорт	2÷100
Гусеничный транспорт	400÷780
Морской транспорт	2÷50
Воздушный транспорт	3÷500

  

Отсюда можно сделать вывод, что собственная (резонансная) частота печатной платы должна превышать 500 Гц для возможного транспортирования устройства любым видом транспорта. Расчет выполнялся по методике [20].

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Вид закрепления:

Сторона b свободно оперта, сторона а защемлена

Значение частотной постоянной С=267.000

Длина пластины в (м)=0.120

Ширина пластины в (м)=0.065

Значение h=1.220

Значение Е (кгс/см¤)=3.500

Коэф.Пуассона=0.214

Значение Р=1.980

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:

Резонансная частота (Гц)=33939.4095

 

1.8 Выводы по расчетам

1. Надежность электронного блока управления достаточно высока и составляет: при заданной наработке на отказ t=10000 ч, средняя наработка на отказ Тср=11047,877 ч.
2. Изделие имеет жесткий тепловой режим, температура в блоке превышена. Для того, чтобы исключить перегрев, трансформатор, мощные транзисторы и диоды размещаем на радиаторах.
3. Расчет резонансной частоты показывает, что плата находится вне резонанса – fрез= 33939,4 Гц.

 

 

2 Конструкторская часть

 

2.1 Разработка технических  требований к конструкции

 

Технические требования к конструкции определяют в конечном итоге тип аппаратуры, ее построение, характеристики. Технические требования к конструкции разрабатываются на основе технического задания на дипломный проект, также принимают во внимание условия производства, новейшие методы конструирования и последние достижения в технологии.

Общие требования на разработку РЭА по своему характеру делятся на:

• эксплуатационные;
• конструкторско–технологические;
• требования технической эстетики.

Условия эксплуатации определяются в основном двумя видами факторов: климатическими и механическими.

При разработке конструкции устройства нужно обратить внимание на следующие требования:

• механическая прочность и жесткость конструкции, надежность работы элементов, узлов размещенных в корпусе при воздействии на него вибрации и ударных нагрузок;
• устойчивость конструкции к воздействию климатических факторов;
• длительность срока службы и сохранность в условиях эксплуатации;
• удобство обслуживания (необходимо обеспечить хороший доступ к элементам и узлам блока, возможность быстрого осмотра и ремонта);
• безопасность обслуживания (выполнения мер безопасности. Исключающих возможность нанесения травм персоналу).

Конструкторско–технологические требования предполагают для оптимального решения конструкции прибора учет следующих факторов:

• технологичность деталей и узлов;
• рациональный выбор материалов, обладающих достаточной прочностью, малым весом, необходимыми физическими характеристиками, антикоррозионностью, малой стоимостью;
• простота электрического монтажа.

Требования технической эстетики должны обеспечить создание конструкции, удовлетворяющей современным требованиям технической эстетики. Это определяется следующими требованиями:

• функциональность конструкции;
• эргономичность;
• композиционное решение.

К конструктивно-технологическим требованиям относят: обеспечение функционально-узлового принципа конструирования электронной аппаратуры, технологичность, минимальную номенклатуру изделий, минимальные габариты и массу, предусмотрение мер защиты от воздействия климатических и механических факторов, ремонтопригодность.

Функционально-узловой принцип заключается в разбиении принципиальной схемы устройства на такие функционально законченные узлы, которые могут быть выполнены в виде идентичных конструктивно-технологических единиц. Применение этого принципа конструирования позволяет автоматизировать процессы изготовления и контроля конструктивных единиц и упростить их сбор, наладку и ремонт.

Ремонтопригодность изделия должна обеспечиваться: широким применением стандартизованных и унифицированных деталей и сборочных единиц; ограничением типоразмеров крепежных деталей; соблюдением конструктивных способов единственности сборки изделия, исключающих возможность ее неправильного монтажа при ремонте; взаимозаменяемость однотипных деталей и сборочных единиц с учетом геометрических размеров, рабочих параметров и характеристик; доступностью к деталям и сборочным единицам и их легкосъемностью при ремонте.

Таким образом, конструкцию сварочного аппарата следует рассматривать в виде определенным образом упорядоченной структуры исходных материалов, элементов и их взаимосвязей.

 

2.2 Анализ возможных конструктивных исполнений

 

Сварка является одним из наиболее применяемых способов соединения деталей, но подходы к конструированию сварных устройств не отличается большим разнообразием.

В основе большинства конструкций, для достижения больших токов, лежит большой трансформатор, который заключен в металлический кожух. Такие конструкции обычно имеют большой вес. Управление же в таком сварочном аппарате осуществляется за счет переключения обмоток или перемещения сердечника. В последнее время начали появляться более совершенные сварочные аппараты, у которых, при сравнительно небольшом весе, достаточно хорошие выходные характеристики. Примером может служить разрабатываемый мной электронный блок управления сварочным аппаратом.