Разработка узла привода спектральных фильтров

Разработка узла привода спектральных фильтров

Разработка узла привода спектральных фильтров

Введение

Целью моей работы является разработка узла привода спектральных фильтров. Основной функцией этого прибора является установка требуемого фильтра в фильмовой канал. Разрабатываемый узел будет использоваться в оптическом стенде, который служит для имитации условий фотосъемки земной поверхности из космоса.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ВЫБОР АНАЛОГА

Целью моей работы является разработка узла привода спектральных фильтров. Соответственно данное устройство будет иметь следующую схему: двигатель передает вращение на редуктор, который в свою очередь двигает плиту с фильтрами.

Существует 2 типа таких устройств:

1.         Реечное

Привод посредством реечной передачи двигает рейку с фильтрами

2.         Дисковое

Привод посредством цилиндрической передачи вращает диск с фильтрами

Т.к. устройство будет использоваться в космической отрасли, то важнейшим критерием является компактность. Данному критерию подходит дисковое устройство, т.к. расположение фильтров по кругу будет более компактным, чем расположение на одной линии (рейке). Также под диском можно расположить редуктор и двигатель, что невозможно при реечном исполнении. Реечное устройство будет более сложным в исполнении, т.к. необходимо использование концевиков, чтобы ход рейки был ограниченным, иначе двигатель её может выбить. Алгоритм поиска фильтра также проще реализован в дисковом устройстве (в реечном каждый цикл необходимо возвращать рейку в начальное положение, после чего отсчитывать нужный фильтр, в дисковом же вращение идет по кругу, поэтому возвращать диск в исходное положение не нужно).

В соответствии со всем вышеуказанным я буду использовать аналог с приводом диска, т.к. он полностью удовлетворяет исходным данным.

Для определения номера текущего фильтра в канале будет использоваться потенциометр.

ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЗЛА ПРИВОДА СПЕКТРАЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ

.1. Принцип работы

На блок управления подается информация об установке требуемого фильтра в канал. С потенциометра запрашивается информация о номере текущей позиции. Исходя из полученной информации, блок управления подает питание на двигатель, сверяясь с показаниями потенциометра, так, чтобы в канал был установлен требуемый фильтр (показания потенциометра соответствуют полученным при юстировке для данного номера фильтра).

.2 Выбор электродвигателя

Выбираем электродвигатель согласно расчету мощности двигателя:

Во всем устройстве использованы двигатели ДШИ 200-1-2(6 шт). Исходя из полученных данных, а также учитывая требования унификации и стандартизации в этом узле, выбираем так же двигатель ДШИ 200-1-2, т.к. он подходит по габаритным данным и мощности.

Характеристики двигателя ДШИ-200-1

Выбранный нами двигатель относится к шаговым двигателям.

Шаговые двигатели - это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. Современные шаговые двигатели являются по сути синхронными двигателями без пусковой обмотки на роторе, что объясняется не асинхронным а частотным пуском шагового двигателя. Роторы могут быть возбужденными (активными) и невозбужденными (пассивными).

Принцип действия простейшего однофазного шагового двигателя.   

Двухполюсный ротор из магнитомягкой стали с клювообразными выступами помещен в четырехполюсный статор (рис.1). Одна пара полюсов выполнена из постоянных магнитов, на другой - находится обмотка управления. Пока тока в обмотках управления нет, ротор ориентируется вдоль постоянных магнитов и удерживается около них с определенным усилием, которое определяется магнитным потоком полюсов Фпм.

Риунок 1. Простейший однофазный шаговый двигатель

При подаче постоянного напряжения на обмотку управления возникает магнитный поток Фу примерно вдвое больший, чем поток постоянных магнитов. Под действием электромагнитного усилия, создаваемого этим потоком, ротор поворачивается, преодолевая нагрузочный момент и момент, развиваемый постоянными магнитами, стремясь занять положение соосное с полюсами управляющей обмотки. Поворот происходит в сторону клювообразных выступов, т.к. магнитное сопротивление между статором и ротором в этом направлении меньше, чем в обратном. Следующий управляющий импульс отключает напряжение с обмотки управления и ротор поворачивается под действием потока постоянных магнитов в сторону клювообразных выступов. Достоинством однофазных шаговых двигателей с постоянными магнитами является простота конструкции и схемы управления. Для фиксации ротора при обесточенной обмотке управления не требуется потребление энергии, угол поворота сохраняет свое значение и при перерывах в питании. Двигатели этого типа отрабатывают импульсы с частотой до 200-300 Гц. Их недостатки - низкий КПД и невозможность реверса.

Реверсивные шаговые двигатели.

Для осуществления реверса зубцы статора и ротора шагового двигателя должны быть симметричными (без клювообразных выступов). Рассмотрим работу двухфазного двухполюсного шагового двигателя с активным ротором в виде постоянного магнита. Будем считать, что намагничивающие силы фаз (НС) распределены по синусоидальному закону. При включении фазы под постоянное напряжение (условно положительной полярности) вектор НС статора совпадет с осью фазы А. В результате взаимодействия НС статора с полем постоянного магнита ротора возникнет синхронизирующий момент Мс = Mmaxsinq, где q - угол между осью ротора и вектором НС. При отсутствии тормозного момента ротор займет положение, при котором его ось совпадет с осью фазы А (рис. 2, первый такт). Если теперь отключить фазу А и включить фазу В, вектор НС и ротор повернуться на 90°(второй такт на рис. 2). При включении фазы А на напряжение обратной полярности (третий такт на рис. 2) НС и ротор повернутся еще на 90° и т.д. Если к ротору ШД приложен момент нагрузки, то при переключении фаз ротор будет отставать от вектора НС на некоторый угол

н= arcsin(MH/Mmax ).

В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: одноплярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном - от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным - если разное. При потенциальном управлении напряжение на обмотках изменяется только в моменты поступления управляющих импульсов.

При отсутствии управляющего сигнала обмотка или группа обмоток находятся под напряжением, а положение ротора фиксируется полем обмоток. При импульсном управлении напряжение на обмотки подается только на время отработки шаг, после чего оно снимается и ротор удерживается в заданном положении либо реактивным моментом, либо внешним фиксирующим устройством. Магнитоэлектрические шаговые двигатели удается выполнить с шагом до 15°.Дальнейшее уменьшение шага ограничено технологическими трудностями создания ротора в виде постоянного магнита с числом пар полюсов больше шести.

Гораздо более мелкий шаг (до долей градуса) можно получить в редукторных (индукторных) шаговых двигателей.

Индукторные шаговые двигатели выполняются с числом фаз m = 2-4. Они имеют зубчатый ротор с равномерно расположенными zp зубцами и гребенчатые зоны статора, смещенные относительно друг друга на угол 2р/ (mzp) (рис.3). Число пазов статора и ротора, их геометрические размеры выбираются такими, чтобы обеспечить необходимую величину шага и синхронизирующего момента при заданном виде коммутации токов. Основной особенностью индукторных двигателей является то, что магнитное поле в зазоре содержит постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая поля возбуждается либо постоянной составляющей тока обмоток управления - у двигателей с самовозбуждением, либо специальной обмоткой возбуждения - у двигателей с независимым возбуждением, либо постоянными магнитами - у магнитоэлектрических двигателей. Переменная составляющая магнитного поля создается импульсами тока обмоток управления, поступающими от электронного коммутатора.

Основные параметры и характеристики шаговых двигателей.

Специфика конструкции шаговых двигателей и многообразие режимов их работы вызывают необходимость оценивать эти двигатели по следующим параметрам: частоте собственных круговых колебаний; электромагнитным постоянным времени; коэффициенту внутреннего демпфирования и характеристикам - предельным механическим и предельным динамическим. Частота собственных круговых колебаний - это угловая частота колебаний ротора около устойчивого положения при отсутствии момента нагрузки. Она является обобщенным параметром, зависящим от момента инерции J, амплитуды максимального синхронизирующего момента Мmах, числа пар полюсов р. Период собственных круговых колебаний, равный 1/w0, может служить внутренним эталоном времени. Действительно, момент инерции J определяет инерционность двигателя и механизма, амплитуда максимального синхронизирующего момента Мmах дает характеристику шагового двигателя как преобразователю энергии, число пар полюсов р определяет степень электромеханической редукции угла поворота и скорости вращения. Отношение Mmax/J дает теоретически предельное ускорение ротора шагового двигателя. Электромагнитная постоянная времени обмоток управления

Тэм = L/R

характеризует скорость протекания электромагнитных переходных процессов. Часто для уменьшения Тэм последовательно с обмоткой управления включают добавочное сопротивление. Уменьшать постоянную времени необходимо потому, что чем она больше, тем до меньшего значения нарастает ток за время импульса напряжения, меньше становится синхронизирующий момент, а, следовательно, и допустимый момент сопротивления. Коэффициент внутреннего демпфирования определяется отношением амплитуды потокосцепления ротора с фазой обмотки статора к ее активному сопротивлению. Этот параметр относится только к шаговым двигателям с активным ротором, поскольку его физический смысл заключается в образовании электромагнитного тормозного момента, вызванного взаимодействием поля ротора с током статора, наведенным этим полем и замыкающимся по цепи статор-источник тока. При этом механическая энергия колеблющегося ротора превращается в электрическую энергию с последующим рассеиванием ее в теплоту в активных сопротивлениях обмоток статора. Предельная механическая характеристика - это зависимость допустимого момента сопротивления от частоты управляющих импульсов в установившемся режиме работы. С ростом частоты сказывается запаздывание в нарастании тока, обусловленное индуктивностью обмоток. При некоторой предельной частоте момент двигателя становится равным нулю. Предельная динамическая характеристика - зависимость частоты приемистости от момента сопротивления и момента инерции нагрузки.

Режимы работы шаговых двигателей.

Характер движения ротора шагового двигателя определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов. В зависимости от этого различают следующие режимы работы шаговых двигателей: статический; квазистатический; установившейся; переходный. Статический режим - это режим, при котором по обмоткам статора протекает постоянный ток, создающий неподвижное в пространстве магнитное поле, а ротор не вращается. Под действием нагрузки ротор лишь отклоняется от положения М = 0 на некоторый угол q. Основной характеристикой этого режима является зависимость статического синхронизирующего момента от угла рассогласования М = f(q). Квазистатический режим - это режим отработки единичных шагов, при котором переходные процессы от предыдущего такта коммутации полностью затухли и скорость ротора в начале следующего шага равна нулю. Он используется в стартстопных, лентопротяжных и других механизмах, в которых требуется фиксация ротора после каждого шага. Предельная частота управляющих импульсов, при которой еще соблюдается квазистатический режим, определяется временем протекания электромагнитных и особенно электромеханических переходных процессов, т.е. временем колебаний ротора.

Для уменьшения или полного устранения качаний ротора в конце шага применяют различные приемы. При принудительном торможении после перевода управляющего импульса с первой обмотки или группы обмоток на вторую через некоторый промежуток времени, в течении которого ротор отработает часть шага и запасет определенное количество кинетической энергии, управляющий импульс вновь переводится на первую обмотку. На ротор начинает действовать тормозной момент. При правильном выборе времени и величины тормозящего момента ротор остановится в конце шага, после чего управляющий импульс переводится на вторую обмотку и ротор, отработав шаг, фиксируется в заданном положении практически без колебаний. При естественном торможении отработка шага происходит в два этапа: на первом этапе движение ротора осуществляется за счет положительного приращения момента, возникающего при сдвиге НС статора на часть полного шага; на втором этапе - за счет кинетической энергии, запасенной ротором при отрицательном (тормозном) моменте. При достижении ротором заданного положения НС сдвигается на оставшуюся часть шага и фиксирует ротор в этом положении. Естественное торможение возможно лишь в тех шаговых двигателях, у которых полный шаг можно поделить на несколько элементарных шагов.

Повысить предельную частоту квазистатического режима можно путем увеличения числа обмоток статора или числа тактов коммутации. Во всех этих случаях снижается угол перемещения и кинетическая энергия ротора, что уменьшает его склонность к качаниям. Установившийся режим - это режим, соответствующий постоянной частоте следования управляющих импульсов. При частоте управляющих импульсов f1, меньшей частоты собственных колебаний двигателя f0, движение ротора носит колебательный характер, что увеличивает динамическую ошибку при отработке заданного перемещения. При малых возмущениях частота собственных колебаний ротора где Мmах - максимальный статический синхронизирующий момент; Jp ,Jн- момент инерции ротора и нагрузки, приведенные к валу двигателя; р - число пар полюсов. При значительных возмущениях При частоте управляющих импульсов f1 = f0/k, где k - целое число, возникает явление электромеханического резонанса, которое при слабом демпфировании колебаний может привести к нарушению нормального движения ротора и выпадению его из синхронизма. При f1> f0 имеют место вынужденные колебания с частотой управляющих импульсов; амплитуда их монотонно уменьшается с увеличением частоты. Для устойчивой работы шагового двигателя необходимо, чтобы Мн/Мmах < 0,3 - 0,5, a Jн/Jp < 1-2. Переходный режим - это основной эксплуатационный режим работы шагового двигателя. Он включает в себя пуск, реверс, торможение, переход с одной управляющей частоты на другую. Физические процессы в переходных режимах определяются как параметрами двигателя и его нагрузки, так и начальными условиями, при которых начинается переходный процесс. Основное требование к шаговому двигателю в переходных режимах заключается в отсутствии потери шага, т.е. сохранение синхронизма при любом характере изменения управляющих импульсов. Пуск шагового двигателя осуществляется из неподвижного положения ротора, которое он занимает при установившихся значениях токов в обмотках, путем скачкообразного увеличения частоты управляющих импульсов от нуля до рабочей. При этом ротор вначале отстает от поля, затем, ускорясь, достигает частоты вращения поля, опережает его и вследствие отрицательного синхронизирующего момента снова замедляет свое движение. Вследствие демпфирования колебания скорости вращения быстро затухают, наступает установившийся режим.

Максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск без потери шага, называется частотой приемистости fпр. Частота приемистости растет с увеличением максимального синхронизирующего момента, уменьшением шага, снижением постоянной времени обмоток, нагрузки и момента инерции. Для современных ШД fпр = 100-1000 Гц. Торможение шагового двигателя осуществляется скачкообразным снижение частоты управляющих импульсов от рабочего значения до нуля. Предельная частота, при которой ротор останавливается без потери шага, как правило, выше частоты приемистости, что объясняется внутренним демпфированием - электромагнитным тормозным моментом, моментом сопротивления нагрузки и трением в опорах. Реверс шагового двигателя производится путем изменения последовательности коммутации токов в обмотках, приводящего к изменению направления вращения магнитного поля на обратное. Предельная частота управляющих импульсов, при которой реализуется реверс без потери шага, всегда меньше частоты приемистости и составляет (0,2-0,5)fпр.

.3. Расчетная часть

.3.1 Энергетический и кинематический расчет привода

В предыдущем разделе мы произвели выбор двигателя. Ниже представлены его характеристики необходимые для расчетов:

Определяем частоту вращения вала шагового электродвигателя

Частота вращения для шагового электродвигателя определится по формуле

Определяем угловую скорость вала электродвигателя

Определение передаточного числа редуктора и разбивка его по ступеням

После выбора электродвигателя определяем общее передаточное число редуктора

где U_б - передаточное число раздвоенной быстроходной ступени привода, из конструктивных соображений назначаем U_б = 2,88._T - передаточное число тихоходной ступени, U_T =1. Тогда общее передаточное число редуктора U_ред =2,88.

Определение мощности на валах, частоты вращения валов и крутящих моментов на валах

Исходя из паспортных характеристик двигателя, определяем мощность на валах по формуле:

Мощность на первом валу равна мощности электродвигателя, т.к. шестерня установлена непосредственно на вал Р1 = Р_э = 8,8 Вт.

Мощность на втором валу редуктора (по двухпоточной схеме) определится:

Мощность на третьем валу будет равна

Частоты вращения валов могут быть определены через частоту вращения вала электродвигателя. Так как первый вал редуктора соединен с валом электродвигателя, то n1 = n_э= 1 об/мин.

Угловая скорость первого вала будет равна

Частота вращения второго вала редуктора определится:

Угловая скорость второго вала будет равна

Частота вращения третьего вала редуктора будет равна частоте второго:

Угловая скорость третьего вала будет так же равна угловой скорости второго вала

Крутящие моменты на валах определяют по формуле:

Результаты расчетов заносим в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты расчетов

Результаты проведенных расчетов являются исходными данными для последующих расчетов передач.

.3.2. Расчет передач

Расчет закрытой цилиндрической передачи.

Выбор материала и термической обработки колес

Назначаем:

шестерня - сталь 14Х12Н3А, термообработка - улучшение, 300НВ. колесо - сталь 14Х12НЗА, термообработка - улучшение, 300НВ.

Определение срока службы передачи

Определение допускаемых напряжений на контактную прочность

Допускаемые контактные напряжения определяем для шестерни и для колеса отдельно [1,2]

Результаты расчетов вводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Расчет передачи на контактную прочность

Определение допускаемых напряжений при расчете зубьев на изгиб

Допускаемые напряжения на изгиб определяют для шестерни и колеса отдельно

- коэффициент долговечности.

Базовые допускаемые напряжения на изгиб [σ]FO определяются по формуле

где σ Flim - предел выносливости, определяемый на зубьях при отнулевом цикле, МПа;

YR - коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности: при зубофрезеровании и шлифовании с Rz = 40 мкм YR = 1;- коэффициент размеров (при проектном расчете Yx =1);- коэффициент запаса прочности, Sf = 1,7.

Предел выносливости для колеса после улучшения и закалки ТВЧ σ Flim= 500 - 600 МПа [1]. Предел выносливости для колеса после улучшения σ Flim = 1,75HB [1].

Коэффициент долговечности YN определится по формуле

- эквивалентное число циклов нагружения;- показатель степени кривой выносливости,=9 - при закалке ТВЧ, цементации; m = 6 - при улучшении.

Эквивалентное число циклов нагружения NFE определяется по выражению

Результаты расчетов вводим в таблицу 2.2

Таблица 2.2 - Расчет передачи на изгибную прочность

Определение межосевого расстояния

где Ка - вспомогательный коэффициент, для косозубых колес Ка = 450;

Кн - коэффициент нагрузки;

ϕа - коэффициент ширины.

Для предварительных расчетов допускается принимать:

Коэффициент нагрузки Кн = 1,3 - для симметричного расположения колес. [1].

Коэффициент ширины ϕа =0,165 [1].

Подставляя значения в формулу (2.1.11), получим

Из конструктивных соображений принимаем межосевое расстояние 24,25мм.

Определение модуля передачи

Определение суммарного числа зубьев

Определение числа зубьев шестерни

Определение числа зубьев колеса

Определение геометрических размеров колес

Таблица 2.3 - Геометрические размеры колес

Проектируемые передачи не являются силовыми, поэтому расчеты по контактным напряжениям и на изгиб не проводились. Полный расчет геометрических размеров колес, необходимых для их изготовления, проводился с применением программы Компас-Gears, ЗАО «Аскон», Россия. Результаты расчетов представлены ниже:

Расчет кинематического мертвого хода

Максимальный KMX передачи, приведенный к ведомому колесу:

Расчет кинематической погрешности

.4 Кинематическая схема

На основании представленных ранее расчетов сделана кинематическая схема:

2.5 3D модель

На основании кинематической схемы и проделанных расчетов мной была разработана 3D модель:

2.6 Разработка конструкции

На основании разработанной 3D модели мной был выполнен сборочный чертеж привода и разработаны чертежи деталей:

привод узел электродвигатель спектр фильтр

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Технологический процесс сборки

В первой части задания рассматривается технологическая сборка.

Сборка - это образование соединений составных частей изделия (ГОСТ3.1109-82).

Сборку любого механизма нельзя осуществлять в произвольной последовательности. Последовательность сборки определяется, прежде всего, конструкцией собираемого изделия или его составных частей.

Технологический процесс сборки имеет типовой состав операций: комплектовочная, расконсервационная, сборочная, регулировочная, контрольная. Технологический процесс сборки редуктора с электродвигателем представлен на маршрутных картах. Первой операцией при сборке является очистка, промывка и снятие консервации деталей. Детали промываются в обычных ваннах вручную или с применением механизации процесса промывки. Выбор промывочной жидкости определяется её способностью растворять вещества, которые необходимо удалить.

Выбор оборудования и сборочного инструмента является главным, что и определяет, в основном, ТП. Основным оборудованием в ручной сборке является верстак, а в качестве сборочного инструмента в мелкосерийном производстве используется набор слесарно-сборочных инструментов.

Технические условия на сборку приводятся на сборочном чертеже и дополняются в технологическом процессе.

Выбор методов и средств контроля является важнейшим этапом и операцией.

3.2 Технологический процесс изготовления одной детали

Вторая часть задания состояла в разработке технологического процесса изготовления одной из деталей проектируемой установки.

В качестве детали был выбран вал. Для изготовления которого была составлена маршрутная карта технологического процесса и разработана операционная карта одной из операций.

.3 Технологическая операция контроля

В третьей части были рассмотрены технологические операции контроля.

а) Одно из главных условий предъявленных данному аппарату - это максимальное время смены фильтра не более 1 секунды. Это условие необходимо проверить после сборки узла.

Чтобы проверить это условие необходимо подать питание на двигатель, затем взять секундомер с точность измерения 0,1с. И измерить время, за которое произошла смена фильтра. Если это время 1 секунда и менее значит узел удовлетворяет условию.

б) Необходимо проверить потенциометр - может ли он устанавливать все восемь фильтров в канал. Для этого на блок управления последовательно подаем команду о смене фильтра. Если потенциометр последовательно в канал установит все восемь фильтров, значит потенциометр работает правильно.

в) Следующий этап - это проверка момента трогания. Чтобы проверит этот параметр необходимо установить на выходной вал рычаг длиной 50 мм. К рычагу прикрепляем нить, на которую в свою очередь крепиться динамометр (рисунок 1.). Прикладывая силу к рычагу определяем момент трогания. Если момент меньше или равен 0,121 Нм значит двигатель сможет привести в действие редуктор.

г) Проверка на кинематическую точность.

На входной и выходной вал одеть диски с делениями. Повернуть водной вал вокруг оси на 360 градусов. Если значения на диске установленном на выходном вале отличаются от значений на диске входного вала не более 1 градуса, то узел прошел проверку на кинематическую точность успешно

д) Проверка на плавность хода.

Необходимо намотать на выходной вал нить, к которой подсоединить динамометр. Затем тянем за нить пока вал не прокрутиться. Если показатели динамометра с момента трогания до завершения полного оборота вокруг своей оси не изменяются более чем на 10% , то редуктор собран правильно.

ГЛАВА 4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для экономического анализа устройства в качестве аналога объекта разработки выберем OptoSky 2.5. Товарный тип объекта разработки установлен путем анализа рыночной цели его создания. С этой точки зрения прибор относится к III типу, т.е. разработка, выполняемая с коммерческой целью, предназначенная для косвенной реализации, имеющая рыночный аналог.

Необходимо произвести следующие расчеты:

1. Определение конкурентной цены объекта.

2. Расчет себестоимости изделия.

3.   Расчет экономических результатов.

.1 Определение конкурентной цены объекта

Конкурентная цена объекта разработки (Ц_К0Нк) определяется по

формуле «Берим»:

где Ц_а - рыночная цена аналога объекта разработки; Ц_а = 84300 руб.;

А, В - оценки значимости технико-эксплуатационных характеристик (параметров конкурентоспособности); А+В+.. .=1;

Х₀, Y₀ - численные значения технико-эксплуатационных характеристик объекта разработки;

Х_а, Y_a - численные значения технико-эксплуатационных характеристик аналога;- параметр нелинейности измерения цены (усиления конкурентоспособности), n = 0.4...0.7.

Исходные данные для расчета представлены в таблице 4.1: Таблица 4.1

.2 Расчет себестоимости изделия

Затраты на электроэнергию для технологических целей определяются по формуле:

где 1 - номенклатура оборудования для разработки;- мощность оборудования по паспорту, кВт;- время использования для проведения разработки, час;

Сkr - стоимость одного кВт*час электроэнергии, руб;

Кwi - коэффициент использования мощности (Кwi < 1).

Таблица 4.2

Итого: 463,68

Основная заработная плата рабочих

Таблица 4.3

Итого: 10900

Затраты на сырьё и материалы

Таблица 4.4

Итого: 8150

Расчет затрат по остальным статьям затрат представлен в таблице 4.5

Таблица 4.5

.3 Расчет экономических результатов

После произведенных расчетов необходимо оценить полученные экономические результаты.

Прибыль от реализации объекта разработки определяется по следующей формуле:

В данном разделе был проведен экономический анализ проектируемого устройства. Проведя расчеты можно сделать вывод:

-   производство проектируемого устройства рентабельно и будет прибыльным, так как показатель рентабельности имеет положительное значение и составляет 34,8 %

- проектируемое устройство будет конкурентно способным на рынке аналогичных товаров, так как обладает техническими и экономическими преимуществами

ГЛАВА 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ УЗЛА ПРИВОДА СПЕКТРАЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ

Узел, входит в состав оптического стенда, представляющего из себя 2 серверные стойки, управляемые оператором с помощью персонального компьютера.

5.1 Анализ опасных и вредных факторов при работе с оптическим стендом(ОС)

Анализ опасных и вредных факторов производится в соответствии с ГОСТ 12.0.003- 03 «Классификация опасных и вредных производственных факторов». Они подразделяются на физические, химические, биологические и психофизиологические опасные и вредные производственные факторы.

Физические опасные и вредные производственные факторы.

а) повышенная или пониженная температура и влажность воздуха рабочей зоны.

Ввиду того, что системный блок и монитор являются источниками тепловыделения, при неправильном тепловом режиме помещения это может привести к повышению температуры и к уменьшению влажности воздуха на рабочем месте, что может вызвать дискомфорт, снизить работоспособность, повысить утомляемость.

б)      повышенная или пониженная ионизация воздуха.

Отклонение параметра ионизации воздуха, вызванное работающим электрооборудованием, от нормы приводит к ухудшению здоровья, расстройству нервной системы, гипоксии. Отрицательные ионы кислорода воздуха действуют на организм благотворно, а положительные оказывают неблагоприятное влияние на здоровье

в)      повышенный уровень шума, вибрации.

Источником шума и вибраций на рабочем месте пользователя ОС, могут быть монитор, системный блок, принтер, устройства систем вентиляции и кондиционирования воздуха, находящийся в помещении персонал. Шум негативно влияет на нервную и сердечно-сосудистую системы, а также на органы пищеварения. При повышенной интенсивности шума в помещении пользователи ОС испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, что ведет к снижению работоспособности, производительности, качества и безопасности труда.

г)       повышенный уровень инфракрасных и ультрафиолетовых излучений.

Источником ИК и УФ излучения является экран монитора. Воздействие УФ излучения сказывается при длительной работе с компьютером или при заболевании сетчатки глаза. В реальных условиях уровни УФ излучения много ниже допустимого уровня, так как стекло, используемое для трубок обычных экранов, практически не пропускает излучение и является достаточной защитой от вредного влияние ультрафиолета.

д)      повышенный уровень электромагнитных излучений.

Источниками электромагнитных излучений являются все электрические

приборы, присутствующие в помещении. Электромагнитные поля, возникающие во время эксплуатации компьютера, могут быть причиной возникновения кожных сыпей, помутнения хрусталика глаза, патологии беременности и др. нарушений здоровья.

е)       недостаточная освещенность рабочей зоны.

Освещенность рабочих поверхностей является одной из важнейших характеристик производственной среды. Недостаточная освещенность приводит к значительному снижению производительности труда, увеличивает вероятность несчастных случаев, приводит к возникновению профессионального заболевания - близорукости.

ж)      повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

В процессе эксплуатации возможны повреждения защитных оболочек, изоляции токоведущих частей устройств и шнуров питания. Это создает потенциальную опасность прикосновения пользователя либо непосредственно к токоведущим частям, либо к металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением.

Химические и биологические опасные и вредные производственные факторы.

Согласно ГОСТ 12.0.003-74 Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяются:

по характеру воздействия на организм человека на:

токсические;

раздражающие;

сенсибилизирующие;

канцерогенные;

мутагенные;

влияющие на репродуктивную функцию;

по пути проникания в организм человека через:

органы дыхания;

желудочно-кишечный тракт;

кожные покровы и слизистые оболочки.

Содержание вредных веществ в производственных помещениях, в которых работа с ОС является основной, не должно превышать значений предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе населенных мест.

Биологические опасные и вредные производственные факторы включают в себя микро- и макроорганизмы, влияющие на здоровье человека. При существенном их количестве в несколько раз увеличивается риск заболеваний.

Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы.

а)       Умственное перенапряжение. Следствие: ухудшение памяти, плохой сон, головные боли и др.

б)      Повышенные нервно-эмоциональные перегрузки. Вызывают изменения функционального состояния центральной нервной системы.

в)      Монотонность труда. Отрицательно сказывается на эффективности производства: ухудшаются экономические показатели, повышается аварийность, травматизм, растет текучесть кадров.

г)       перенапряжение зрительного анализатора. Следствие: головная боль, ухудшение зрения, утомляемость

д)      длительные статические нагрузки. Следствие: усталость мышц спины, шеи, рук и ног.

.2 Обеспечение безопасности труда оператора ОС

Данный раздел составлен в соответствии с ГОСТ 12.0.001-82 «Система стандартов безопасности труда. Основные положения» и требованиями СанПиН 2.2.2.542-96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы»:

Требования к помещению для эксплуатации ОС

Помещение с ОС должно иметь естественное и искусственное освещение. Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 1.2% в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1.5% на остальной территории. Указанные значения КЕО нормируются для зданий, расположенных в III световом климатическом поясе.

Расположение рабочих мест с ОС для оператора в подвальных помещениях не допускается.

В случаях производственной необходимости, эксплуатация ВДТ и ОС в помещениях без естественного освещения может проводиться только по согласованию с органами и учреждениями Государственного санитарно-эпидемиологического надзора.

С целью ослабления отраженной блескости ограждающих поверхностей в помещении для внутренней отделки интерьера должны использоваться диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения (р) для потолка - 0,7-0,8; для стен - 0,5-0,6; для пола - 0,3-0,5.

С учетом необходимости соблюдения требуемых расстояний между рабочими столами и видеомониторами, генерирующими потенциально опасные излучения, а также состава и размеров устройств, используемых при работе, площадь на одно рабочее место с ОС должна составлять не менее 6 м2, а объем помещения - не менее 20 м3.

Помещения должны быть оборудованы системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективно действующей общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией. Расчет необходимого воздухообмена в помещении следует производить по теплоизбыткам от вычислительной техники, людей, солнечной радиации и искусственного освещения.

Пол в помещении должен быть ровным, нескользким, удобным для очистки и влажной уборки, обладать антистатическими свойствами.

Полимерные материалы, используемые для внутренней отделки интерьера помещений с ВДТ и ОС, должны быть разрешены для применения органами и учреждениями Государственного санитарно-эпидемиологического надзора.

Обеспечение оптимального микроклимата на рабочем месте

Физическое и психическое состояние работника, производительность и качество его труда в значительной степени зависят от показателей микроклимата в рабочей зоне.

В помещении, где работа с ОС является основной, должны соблюдаться оптимальные показатели микроклимата (наиболее благоприятные для здоровья и самочувствия человека), значения и нормы которых и указаны в таблице 1. (Нормативные документы ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно- гигиенические требования к воздуху в рабочей зоне», СанПиН 2.2.2.542-96).

Для поддержания нормативных параметров микроклимата используются системы отопления и вентиляции, а также производится кондиционирование воздуха в помещениях с компьютерами.

Для повышения в помещении влажности воздуха следует применять увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или прокипяченной водой, для улучшения аэроионного состава воздуха - ионизаторы.

Содержание вредных веществ в производственных помещениях, в которых работа с ОС является основной, не должно превышать значений предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воздухе населенных мест (ГОСТ 12.1.005-88).

Требуемые уровни положительных и отрицательных аэроионов в воздухе помещений с ОС, установленные СанПиН 2.2.2.542-96, приведены в таблице 2.

Таблица 2. Уровни ионизации воздуха помещений при работе с ОС

Конструкция ОС должна обеспечивать мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м. от экрана и корпуса монитора при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 0,1 мбэр/час (100 мкР/час).

Содержание вредных химических веществ в производственных помещениях, работа на ОС в которых является основной (диспетчерские, операторские, расчетные, кабины и посты управления, залы вычислительной техники и др.), не должно превышать "Предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест".

Меры по снижению уровня шума и вибрации на рабочем месте

При повышенной интенсивности шума в помещении пользователи ОС испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, что ведет к снижению работоспособности, производительности, качества и безопасности труда.

С целью предупреждения вредного действия шума необходимо, чтобы его уровень на рабочих местах с ОС не превышал допустимых значений, установленных ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности».

При выполнении основной работы на ОС уровень шума на рабочем месте не должен превышать 50 дБ. Для уменьшения шума в помещении с ОС необходимо применять метод акустической обработки помещений, используя для облицовки ограждающих поверхностей помещения звукопоглощающие материалы с максимальными коэффициентами звукопоглощения (а) в интервале частот 63-8000 Гц.

Согласно ГОСТ 12.1.012-90 «Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования» локальная вибрация не должна превышать 0,02,0 м-с"2, общая вибрация должна быть в пределах 0- 2,8-10"5 м-с"2.

В производственных помещениях, в которых работа с ОС является основной, а также во всех учебных и дошкольных помещениях ОС вибрация на рабочих местах не должен превышать допустимых норм вибрации.

Наиболее действенным средством защиты человека от вибрации является устранение непосредственного контакта с вибрирующим оборудованием. Осуществляется это путем применения дистанционного управления, промышленных роботов, автоматизации и замены технологических операций. Снижение вибрации машин достигается тщательной балансировкой вращающихся частей, сокращением динамических процессов, вызываемых ударами, резкими ускорениями и т.п.

Применение вибродемпфирования - превращение энергии механических колебаний системы в другие виды энергии (например, в тепловую), также способствует повышению вибробезопасности.

Виброизоляция осуществляется посредством введения в систему дополнительных упругих связей, препятствующих передаче вибрации от машины к основанию или другим элементам конструкции.

Требования к уровню неионизнрующнх электромагнитных излучений и уровню рентгеновского излучения

В соответствии с гигиеническими требованиями СаиПиН 2.2.2.542-96 уровень неионизирующих электромагнитных излучений не должен превышать значений, приведенных в таблице 4.

Таблица 4. Уровни ионизации воздуха помещений при работе с ОС

При использовании защитных фильтров, одеваемых или встраиваемых в корпус видеомонитора, они обязательно должны быть заземлены. С целью предупреждения заболеваний пользователей, вызванных воздействием излучений при работе на ОС, необходимо применять мониторы с пониженным уровнем излучения, соответствующие международным стандартам МРЯ-И, ТСО'95, ТСО'99, и контролировать соблюдение работающими регламентированных режимов труда и отдыха. Для минимизации этих вредных факторов важно использовать жидкокристаллические (ЖК) мониторы.

Меры по обеспечению оптимального освещения в помещении с ОС

Согласно требованиям СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» для освещения помещений и рабочих мест с ОС должно применяться естественное, искусственное и совместное освещение.

Искусственное освещение помещений и рабочих мест с ОС должно осуществляться системой общего равномерного освещения.

Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300-500 лк. Для обеспечения такого уровня освещенности допускается установка светильников местного освещения для подсветки документов. В тоже время местное освещение не должно увеличивать освещенность экрана более 300 лк и создавать бликов на поверхности экрана.

Яркость светящихся поверхностей (окна, светильника и др.), находящихся в поле зрения, а также яркость потолка при устройстве системы отраженного освещения не должны быть 200 кд/м . Яркость бликов на экране монитора не должна превышать 40 кд/м2. Соотношение яркости между рабочими поверхностями в поле зрения не должно превышать 3:1-5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования -10:1.

В качестве источников света в светильниках общего освещения должны применяться люминесцентные лампы типа ЛБ, ЛД. При использовании светильников преимущественно отраженного света допускается применение металлогалогеновых ламп мощностью до 250 Вт. В светильниках местного освещения допускается применять лампы накаливания. Яркость светильников общего освещения в зоне углов излучения от 50 до 90 градусов с вертикалью в продольной и поперечной плоскостях должна составлять не более 200 кд/кв.м, защитный угол светильников должен быть не менее 40 градусов.

Эргономические требования к организации и оборудованию рабочего места с ОС

По требованиям СанПиН 2.2.2.542-96 конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования с учетом его количества и конструктивных особенностей, характера выполняемой работы.

Высота рабочей поверхности стола для взрослых пользователей должна регулироваться в пределах 680-800 мм. Модульным размером рабочей поверхности стола считается ширина - 800, 1000, 1200 и 1400 мм. Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной - не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм. Ширина и глубина поверхности сиденья кресла должны быть не менее 400 мм. Поверхность сиденья должна иметь закругленный передний край. Высота опорной поверхности спинки стула должна быть 300 ±20 мм, а ширина - не менее 380 мм и радиус кривизны горизонтальной поверхности - 400 мм. Поверхность сиденья, спинки и других элементов стула должна быть полумягкой, с нескользящим, неэлектризующимся и воздухопроницаемым покрытием. Клавиатура должна быть изготовлена в виде отдельного устройства с возможностью свободного размещения. Располагать клавиатуру надо на расстоянии 100-300 мм от переднего края стола, чтобы запястья рук опирались на стол, либо на специальной, регулируемой высоте рабочей поверхности. Клавиатура должна быть достаточно плоской, иметь опорное приспособление, позволяющее изменять угол наклона поверхности в пределах от 5 до 15 градусов.

Требования к организации режима труда и отдыха пользователей ОС

Для обеспечения оптимальной работоспособности и предупреждения развития профессиональных заболеваний, пользователи ОС должны неукоснительно соблюдать требования правил и рекомендаций по защите от вредных воздействий (Федеральный закон от 17.07.1999г., №181-ФЗ «Об основах охраны труда в РФ»):

1)        Суммарное время работы за монитором в течение рабочего дня не должно превышать 4-х часов, а продолжительность непрерывной работы не должна превышать 1,5-2 часа; после каждого часа работы следует делать перерыв, как минимум, на 10-15 минут, во время которого необходимо встать и выполнить ряд упражнений для глаз, поясницы, рук, ног;

2)        Рабочее место должно быть удобным и обеспечивать нормальное функционирование опорно-двигательного аппарата и кровообращения;

3)        Положение тела должно соответствовать направлению взгляда;

4)        Форма спинки кресла должна повторять изгиб спины;

5)        Угол между позвоночником и бедрами 90 градусов или чуть больше;

6)        Расположение клавиатуры не должно приводить к напряжению рук;

7)        Уровень клавиатуры - чуть выше колен;

8)        Документ для чтения должен находиться на одном уровне с дисплеем;

9)        При нормальном зрении следует располагать глаза от экрана на расстоянии вытянутой руки (не ближе 60-70 см).

роме того, работающим на ОС с высоким уровнем напряженности пруда во время регламентированных перерывов и в конце рабочего дня показана психологическая разгрузка в специально оборудованном помещении с удобной мягкой мебелью, аквариумом, зеленой зоной и соответствующей музыкой.

Пожарная безопасность при работе с ОС

Под пожарной охраной понимают систему государственных и общественных мероприятий, направленных на охрану от огня людей и собственности. Требования, предъявляемые к пожарной безопасности помещений, имеющих электрические сети, регламентируется ГОСТ 12.1.004- 91 «Пожарная безопасность. Общие требования» а также Федеральным законом от 21.12. 1994., №69-ФЗ «О пожарной безопасности».

Согласно этим руководящим документам, стены здания должны быть выполнены из искусственного или натурального камня и являются несущими, в перекрытиях здания должны отсутствовать горючие материалы. В конструкции дисплеев используются специальные разъемы, уменьшающие переходное сопротивление, и, соответственно, нагрев. ОС нельзя располагать вблизи источников тепла или термоизлучателей, на экраны дисплеев не должны падать прямые солнечные лучи. Устанавливать ОС необходимо так, чтобы задняя и боковые стенки отстояли не менее чем на 0.2 м от других предметов. Для соблюдения теплового режима в корпусе ОС предусмотрены вентиляционные отверстия и охлаждающий вентилятор. Внутренний монтаж выполнен проводом с повышенной теплостойкостью.

Пожарная безопасность объекта обеспечивается:

системой предотвращения пожара;

системой противопожарной защиты;

организационно-техническими мероприятиями.

Предотвращение пожара в помещении достигается минимальным количеством предметов из горючих материалов, их безопасным расположением, а также отсутствием легковоспламеняющихся материалов.

В соответствии с Федеральным Законом от 10 июля 2001 года N 87-ФЗ "Об ограничении курения табака" в целях снижения вредного воздействия табачного дыма и предотвращения возникновения пожара запрещается курение табака на рабочих местах, в городском и пригородном транспорте, на воздушном транспорте при продолжительности полета менее трех часов, в закрытых спортивных сооружениях, организациях здравоохранения, образовательных организациях и организациях культуры, помещениях, занимаемых органами государственной власти, за исключением курения табака в специально отведенных местах для курения табака. На работодателя возлагается обязанность по оснащению специально отведенных мест для курения табака. Нарушение положений данной статьи влечет за собой привлечение к административной ответственности в соответствии с законодательством.

Меры безопасности при работе изделия

К работе на изделии допускаются лица из числа электротехнического персонала, прошедшие инструктаж по технике безопасности и имеющие квалификацию по электробезопасности не ниже III квалификационной группы и допуск к работе с электроустановками до 1000 В.

Все виды электромонтажных работ разрешается производить только при отключенных от источников питания устройства и внешних электроизмерительных приборов.

Электроизмерительные приборы, применяемые при проведении контроля, должны иметь документ о метрологической поверке.

Корпуса изделия (стойка управления и устройство формирования движущегося изображения) обязательно должны быть заземлены с помощью специально предусмотренных клемм.

При работе с электроизмерительными приборами следует руководствоваться требованиями по безопасности, изложенными в соответствующих разделах технических описаний этих приборов.

Заключение

В данном разделе были выяснены опасные и вредные факторы, которые могут привести к снижению работоспособности, развитию профессиональных заболеваний и возможности возникновения несчастных случаев. Однако, соблюдение правил безопасности и применение средств защиты позволит снизить риск возникновения несчастных случаев, повышению производительности, качества труда и уменьшению риска профессиональных заболеваний.

В результате выполнения данной дипломной работы были получены следующие результаты:

-        Рассмотрены аналоги существующих на данный момент приводов спектральных фильтров и выявлены их недостатки.

-          Разработана 3D модель привода.

-          Разработана конструкция, сборочные чертежи, чертежи деталей.

-          Проведены проверочные расчеты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.              Решетов Д.Н., Детали машин: учебник для машиностроительных и механических специальностей вузов - 4-е издание. - М.: Машиностроение, 1986 - 496с.

2.       Анурьев В.И., Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1979.

.        Справочник конструктора точного приборостроения. - ЛО, Л., Машиностроение, 1989.

.        Ковчи С.А., Сабинин Ю.А., Теория электропривода. - СПб, «Энергоатомиздат», 2000.

.        Богданов В.Н., Маляжик И.Ф., Справочное руководство по черчению. - М.: Машиностроение, 1989.

.        Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Справочник технолога-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1985.

7.       Симовский Р.А., Методические указания по составлению раздела охраны труда в дипломных проектах (работах). - Госком СССР, 1990г.