Расчет надежности электропривода с шаговым двигателем ДШ – 5Д1 МУЗ

4. Расчет надежности электропривода с шаговым двигателем

ДШ – 5Д1 МУЗ

Проблема надежности является одной  из важнейших проблем современного производства, особенно производства средств автоматики, электроники, вычислительной техники. Непрерывный рост сложности  выпускаемой аппаратуры, усложнение условий ее эксплуатации, количественный рост элементов, входящих в состав аппаратуры, приводят к снижению надежности выпускаемой  предприятиями приборостроения  продукции. В свою очередь недостаточная  надежность средств автоматики, электронных  приборов и устройств приводит к  значительным  затратам при ее эксплуатации. Требуется содержать дополнительный обслуживающий и ремонтный персонал, запасные детали и узлы к эксплуатируемой  аппаратуре. Значительно снижается  производительность труда из-за необходимости  частых остановов машин и технологического оборудования.

Надежность представляет собой  комплексное свойство изделия выполнять  заданные функции в определенных условиях эксплуатации в течение  определенного времени при сохранении эксплуатационных характеристик в  допустимых пределах. Надежность характеризуется  безотказностью, долговечностью, ремонта пригодностью и сохраняемостью.

Основными количественными показателями надежности являются:

• вероятность безотказной работы в течение определенного времени Р(t);
• интенсивность отказов l(t);
• средняя наработка до первого отказа Т_ср.
• наработка на отказ t _ср.
• коэффициент готовности К _г.
• коэффициент вынужденного простоя К _п.

Количественные характеристики надежности связаны между собой аналитическими зависимостями. Поэтому при знании одного из показателей можно определить другие. На практике наиболее часто  интенсивность отказов отдельных  комплектующих элементов изделий  является величиной постоянной (номинальной). В этом случае справедливо следующее  соотношение:

 

                                                  Р(t) = е ^{- l×}                                                                           (4.1)

 

где:  е  - основание натурального логарифма ( е @ 2,72 )

         l - интенсивность отказов элемента, 1/час.

         t  -  заданное время работы, в часах.

Реальные условия эксплуатации аппаратуры почти всегда отличаются от нормальных, а интенсивность отказов  отдельных комплектующих элементов  отличается от номинальной. Интенсивность  отказов  элементов при эксплуатации в реальных условиях l_i равна номинальной интенсивности отказов l_о умноженной на поправочные коэффициенты К₁ , К₂ , К₃ ….. К_n , а _i учитывающие воздействие механических факторов ( тряски, вибрации), условий среды эксплуатации – влажности, температуры, давления и др.

 В этом случае интенсивность  отказов возрастает и определяется  как:

                              l_i = k₁  k₂ k₃ ….. k_n а_i  l_оi   = а_i  l_оi                            (4.2)

Значительное влияние на интенсивность  отказов и другие показатели надежности оказывает коэффициент нагрузки элементов. Чем выше коэффициент  нагрузки в реальном режиме эксплуатации, тем выше их интенсивность отказов.

Если отказ устройства наступает  при отказе одного из его элементов, то считается, что такое устройство имеет основное соединение элементов. При расчете надежности таких  устройств полагают, что в устройстве имеют место случайные и независимые  отказы, т.е. отказы, которые нельзя предусмотреть и которые не вызваны  отказами других элементов, входящих в  устройство. Для средств автоматики, электронных приборов и устройств  допущение случайных и независимых  отказов возможно, потому что неслучайные  отказы можно предусмотреть и  исключить, а зависимые не будут  влиять на надежность устройства с  основным соединением элементов, так  как по определению такая система  теряет работоспособность с отказом  первого вышедшего из строя элемента, т.е. с независимым отказом. В этой связи интенсивность отказов  всего устройства может быть определена:

                                                        (4.3)

Зная интенсивность отказов  всего устройства в целом, можно  определить вероятность безотказной  работы устройства и среднюю наработку  до первого отказа:

                                        Р_у(t) = е ^{- lу  t}    Т_ср.у. = 1/ l_у                                                         (4.4)

 

где:   Р_у(t) - вероятность безотказной работы устройства.   

          Т_ср.   - средняя наработка до первого отказа, в часах.   

          l_у     - интенсивность отказов устройства, 1/час.

          t       - заданное время работы, в часах.

 

В зависимости от этапа проектирования аппаратуры различают прикидочный, ориентировочный и окончательный  расчет надежности. Для оценки надежности спроектированного лабораторного  стенда предполагается выполнение ориентировочного расчета, который проводится на этапе  эскизного проектирования после  разработки принципиальных электрических  схем изделий, когда становится известными количество и типы применяемых элементов, вид соединения элементов для  расчета надежности.

При выполнении ориентировочного расчета  предполагают следующее:

• все элементы данного типа равно надежны, т.е. интенсивность отказов l_I для всех элементов одинакова;
• все элементы работают в нормальном режиме, предусмотренном техническими условиями;
• интенсивность отказов не зависит от времени, т.е. l_I  =  const;
• все элементы работают одновременно.

Данные для расчета надежности электропривода сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Исходные данные для  ориентировочного расчета надежности

Электропривода с шаговым  двигателем

Nп/п	Наименование и тип  Элемента	Количество элементов, ni  в шт.	Интенсивность отказов элемента lоi 10 6   1/час.	Произведение ni lоi 10 6 1/час.
1.	Резисторы постоянные	34	0,02	0,68
2.	Конденсаторы постоянные	4	0,07	0,28
3.	Конденсаторы электролитические	5	0,5	2,5
4.	Диоды и стабилитроны	2	0,2	0,4
	Диодные сборки	1	0,6	0,6
5.	Транзисторы	21	0,5	10,5
6.	Микросхемы	2	0,5	1
7.	Кварцевый резонатор	1	0,5	0,5
8.	Трансформаторы	1	3,0	3,0
9.	ШД – 5Д1 МУЗ	1	5	5

 

Суммарная интенсивность  отказов электропривода с шаговым  электродвигателем определится:

 

                 l_у  = (0,68+0,28+2,5+2+7+0,4+0,6+10,5+1+0,5+3+5)*10 ^–6 = 24,46 × 10 ^–6   1/час.                                                                                           (4.5)

                  Р_у(t) = е ^{- lу × t}  = е ^{– 24,46 × 1000 × 10 -6} =0,97                               (4.6)

 

Средняя наработка до первого  отказа определится:

 

                          Т_ср.у. = 1/ l_у  = 1/ 24,46× 10 ^–6 = 40883 часа.                     (4.7)

 

         Как видно  из величин показателей электропривода  с шаговым двигателем обладает  сравнительно высокой надежностью.

        Принимая во  внимание, что элементы выбраны  с большим запасом по мощности, току, напряжению и условия эксплуатации  нормальные (лабораторные), то реальные  показатели надежности лабораторного  стенда будут еще выше. Безусловно, что в процессе эксплуатации  надо обращать внимание на  своевременное техническое обслуживание  наиболее ненадежных элементов.  Это повысит надежность работы  стенда в период его эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Конструкторско экономический раздел.

5.1 Расчет стоимости электронного устройства.

Для начала необходимо определить стоимость электрорадиокомпонентов, а также материалов, входящих в  состав устройства. Расчет стоимости  сырья и материалов сводится в таблицу 5.1

Таблица 5.1

Комплектующие и материалы	Количество	Цена за единицу, руб	Стоимость
Конденсатор Эл-лит 1000мf	2	370	740
Конденсатор Эл-лит 220мf	2	14	28
Конденсатор Эл-лит 4,7мf	1	7,5	7,5
Конденсатор Эл-лит 47мf	1	12	12
конденсатор 0,1 мf	1	8	8
конденсатор  22 мf	2	4,8	9,6
интегральный стабилизатор DA1	1	99	99
микроконтроллер DD1	1	44.48	44.48
Предохранитель 0,5 А	1	28	28
Предохранитель 10 А	1	60	60
ЖК индикатор HG1	1	770	770
свето диод HL1	1	19	19
Резистор 62 кОм	7	7,5	52,5
Резистор 10 кОм	3	8,58	11,58
Резистор 12 кОм	4	1,22	4,88
Резистор 4,3 кОм	2	14	28
Резистор 6,2 кОм	1	15	15
Резистор 1 кОм	1	7,95	7,95
Резистор 2 кОм	6	5,47	32,82
Диодный мост	1	90	90
Транзистор	1	36	36
Транзистор	6	90	540
Транзистор	6	36	216
Транзистор	7	100	700
фототранзистор	1	45	45
Кварцевый резонатор	1	22	22
ИТОГО			3582,83
Материалы
Стеклотекстолит	1	60	60
Хлорное железо 100г	1	90	90
ВСЕГО			3732,83

 

5.2 Расчет стоимости электронного устройства.
	Таблица 5.2
	ПОКАЗАТЕЛИ	ЗНАЧЕНИЕ
1	Трудоемкость разработки электронного устройства, (Тпр)час	56
2	Должностной оклад инженера-электроника, руб/мес (Д)	16000
3	Эффективный фонд работы, ч/мес (Фп)	176,00
4	Среднечасовая заработная плата  инженера-электроника, руб/час (Зп.час)	90,91р.
5	З/плата за разработку электронного устройства (З)	5 090,91р.
6	Норматив отчислений на  заработной платы (34)% (ОС)	1 730,91р.
7	Размер накладных расходов (5% от заработной платы) (Н)	254,55р.
8	Итого сметная стоимость  электронного устройства (Кпо), руб. (З+ОС+Н)	7 076,36р.

 

Расчет стоимости электронного устройства (Кпо) проводится путем составления  сметной стоимости разработки с  включением в нее заработной платы  разработчиков (З), отчислений на заработную плату (Ос) и накладных расходов (Н).         Трудоемкость разработки устройства (в часах) определяется самостоятельно.           Под эффективным фондом работы понимается количество рабочих часов в течение месяца. Его принять равным 160 час. (8 час.* 20 дней)

Среднечасовая плата инженера определяется путем деления должностного оклада на эффективный фонд работы.     

час=Д/Фп                                                                                          (5.1)   

Заработная плата разработчиков  определяется исходя из трудоемкости разработки устройства (Т пр) и среднечасовой  заработной платы инженера(3 час).  

З = Т пр * 3 час.                          (5.2)  ЕСН, накладные расходы определяются по соответствующим нормативам.

3. Расчет затрат на выполнение проекта.

Баланс рабочего времени на 1 работника-пользователя – в год для обоих вариантов расчета

Таблица 5.3.