Установка вакуумного напыления



Рис.3.2 Звездочка ведущая

3.1.2 Отработка проектируемого узла на технологичность

Отработка на технологичность выбранного узла позволит упростить как технологию изготовления деталей, так и технологию сборки узла, а следовательно, снизить материальные и временные затраты на производство узла «звездочка ведущая».

Трудности получения строго перпендикулярных резьбовых отверстий малого диаметра. Избежать этого позволяет применение схемы с плавающим подшипником и фиксация внутреннего кольца подшипника.

Повысить надежность соединения, избежать операции сверления со сложной системой фиксации взаимного расположения деталей. А так же, объединение деталей позволяет не передавать крутящий момент на вал, а следовательно, не усложнять конструкцию вала.

Разбитие цельной детали на части позволяет повысить ремонтопригодность, так как в случае выхода из строя зубчатого зацепления появляется возможность простой замены звездочки (стандартное изделие) на новое, следовательно, снизить время на ремонт данного узла.

Результат отработки сборочной единицы «Звездочка ведущая» на технологичность (см.рис.3.2)

3.1.3 Анализ технических требований на сборку

Технические требования задаются для предотвращения заклинивания вала при вращении подшипников.

Технические требования задаются для обеспечения выполнения заданного техпроцесса (вращение барабанов без проскальзывания).

Технические требования задаются для предотвращения искривления вала при сборке (переходные посадки).

Наличие компенсаторного кольца призвано предотвратить смещение внутреннего кольца подшипника относительно внешнего, а также передачи движения только на внутренне кольцо подшипника.

Определим допуски на сборку, обусловленные данными техническими требованиями.

Сопряжение зубчатой передачи должно обеспечить простоту съема зубчатой передачи при необходимости, но одновременно с тем, наличие зазора недопустимо, так как возникнет перекос зубчатой передачи относительно вала.

Для реализации схемы установки подшипников, необходимо зафиксировать один из них, а другому позволить перемещается.

Сопряжение колец подшипника с корпусом необходимо выполнить по переходной посадки для возможности сборки без повреждения сопрягаемых поверхностей.

3.1.4 Технологический анализ конструкции узла

Качественная оценка:

Конструкция имеет элементы, взаимное положение которых необходимо выдержать при сборке: крепежные винты. Количество выдерживаемых при сборке размеров сведено к минимуму. Крепежные элементы по возможности выполнены стандартными, подшипники взяты стандартными.

Для сборки и разборки конструкции не нужно использовать никаких специальных приспособлений. Сборочная единица имеет достаточно простую компоновку и простое конструктивное решение. Использование стандартных деталей и составных частей удешевляет конструкцию.

Конструкция имеет возможность сборки из предварительно собранных узлов: зубчатая передача, плита опорная, крепежные элементы.

Некоторые элементы конструкции имеют малые размеры, что требует дополнительной осторожности от сборщика конструкции.

Для облегчения сборки соединений с натягом, резьбовых соединений на сопрягаемых деталях имеются заходные фаски.

Количественная оценка:

где, = 14 общее число деталей;

=7 число стандартных деталей в изделии;

где, =1 - количество сборочных единиц в изделии;

=15- количество деталей не входящих в сборочные единицы;

3.1.5 Выбор метод достижения точности сборки

Процесс сборки составляет 20 - 50 % в общей трудоемкости изготовления машины.

Сборку подразделяют на узловую и общую. Объектом узловой сборки являются сборочные элементы машины, объектом общей сборки - сама машина.

Детали поступают на сборку после их окончательного технического контроля.

Процесс сборки состоит из двух основных частей: подготовки деталей к сборке и собственно сборочных операций. К подготовительным работам относятся: различные слесарно-пригоночные работы, выполняемые при необходимости; окраска отдельных деталей; очистка и промывка деталей; смазывание сопрягаемых деталей, если это необходимо по техническим условиям.

К собственно сборочным работам относится процесс соединения сопрягаемых деталей и узлов с обеспечением правильного их взаимного положения и определенной посадки. В качестве достижении заданной точности, точность отдельно входящих деталей.

3.1.6 Разработка технологической схемы сборки

См.лист « Технологический маршрут сборки»

Рассчитаем штучное время:

где ,- коэффициенты, определяющие время на организационное обслуживание и перерывы (6…9%) от , принимаем их равными 8%.

3.2 Проектирование технологического процесса изготовления детали

3.2.1 Назначение детали в изделии

Вал ведущей звездочки предназначен для передачи движения от плиты опорной жестко связанной с вводов вращения, на ведущую звездочку, связанную цепной передачей осью барабанов.

3.2.2 Анализ технических требований

В результате изучения требований предъявляемых к разрабатываемой детали можно сформулировать основные технологические задачи, которые необходимо решить при обработке детали:

Обеспечить параметры посадочных мест под подшипники (шероховатость, посадку, размер) 0 7js6, что достигается обработкой за несколько переходов : от 12 квалитета исходной заготовки к 6-му готового изделия. Выбор столь жестких требований вызвано видом нагружения внутреннего кольца -циркуляционное, режим работы подшипника 0.007Cr<Pr<0.15Cr. Для данных условий работы необходимо установить поле допуска равного k6.

Обеспечить класс точности для резьбового соединения М6-6g для выполнения правильного соединения (основное сопряжения в резьбовом соединении по боковым поверхностям), достигается обработкой за несколько переходов, выдерживание финального диаметра конца вала равного .

Наложение ограничений на отклонение поверхностей от симметричности,достигается путем постоянства баз - базирование детали.

Обеспечить симметричность лысок.

Обеспечить перпендикулярность «пояска» к цилиндрической поверхности, на которой располагаются места установки подшипников, достигается токарной и шлифовальными операциями.

3.2.3 Технологический анализ конструкции детали

Деталь, представляет из себя ступенчатый вал. Основные признаки технологичности:

Вал представляет собой деталь вращения несложной формы - сочетание цилиндрических и плоских поверхностей.

Конструктивные формы детали не представляют особых сложностей.

Деталь симметрична.

Для крепления на валу внешних элементов используется один и тот же вид соединения, одного типа размера.

Конструкция детали жесткая.

При обработке детали нет препятствий для входа и выхода режущего инструмента.

Точные и не точные поверхности разграничены.

Необходимо предусмотреть наличие фаски для возможности уменьшения номенклатуры применяемого инструмента.

Наличие проточек обеспечивает свободный выход режущего инструмента.

3.2.4 Выбор метода изготовления детали

Основные характеристики применяемого материала:

Таблица 3.1. Сталь 40ХН

Состав стали в %
C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.36-0.44	0.17-0.37	0.5-0.8	1-1.4	до 0.035	до 0.035	0.45-0.75	до 0.3

Предел прочности

Таблица 3.2. Механические свойства при Т=20oС материала 40ХН

Сортамент	Размер	Напр.	?в	?T	?5	?	KCU
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Пруток	? 10		980	785	11	45	690

Виды поставляемой продукции: сортовой прокат круглого, квадратного сечения, кованный сорт круглого и квадратного сечений, полосовой прокат, калиброванный прокат круглого и шестигранного сечений, шлифованные обточенные прутки и прутки со специальной отделкой поверхности.

1. Изготовляемая деталь - ступенчатый вал;

2. Материал детали- сталь 40ХН;

3. Тип производства - единичное;

5. Габариты детали - 75Х85 мм;

6. Перепады диаметров - малые;

Варианты получения заготовки:

1.Штамповка;

2. Поковка;

3.Сортовой прокат;

Рассмотрим возможные варианты получения заготоки:1) Вариант штамповки неприемлем, поскольку тип производства - единичный. Штамп инструмент дорогой и его применение окупается только в серийном производстве. 2) Вариант Поковки на прессах и молотах (единственно приемлемый для единичного производства) подходит при условии, что изготовленный для этого метода специальный универсальный инструмент, будет применятся при обработке деталей других изделий.

После рассмотрения возможных вариантов выбираем в качестве способа получения заготовки - калиброванный прокат.

Заготовка представляет собой калиброванный пруток круглого сечения обычной точности по ГОСТ 2590-71. материал заготовки: сталь 40ХН ГОСТ 1050-84. Предельные отклонения по диаметру прутка при обычной точности проката составляет( для прутков диаметром 10-19 мм) мм. Исходя из точности поставляемого прутка, выбираем следующие размеры заготовки: 010мм, длина 6000мм.

Рассчитаем коэффициент использования материала:

3.2.5 Разработка маршрута обработки основных поверхностей детали

005. Отрезная (отрезать заготовку от прутка);

010. Токарно - винторезная (отрезка торцев и зацентровка);

015. Токарная с ЧПУ (черновая и чистовая обработка ЧПУ );

020.Фрезерная (обработка лысок);

030. Круглошлифовальная (черное и чистовое шлифование посадочных мест подшипников);

040. Токарная (нарезание резьбы);

045. Контрольная;

050. Маркировочная;

Таблица 3.3

Способ обработки	Переход	IT	Ra
Токарная	Черновое	11…12	10
Токарная	Чистовое	8…9	2.5
Шлифование	Черновое	8…9	1.25
Шлифование	Чистовое	6…7	0.63
Фрезерование	Черновое	12..14	20
Фрезерование	Чистовое	9..11	3.2

3.2.6 Выбор баз, составление маршрута обработки поверхностей делали

При обработке деталей типа ступенчатых валов обычно используют базирование заготовки по центровым отверстиям. Этот метод базирования обеспечивает принцип постоянства баз (одна и та же база используется при обработке различных поверхностей на различных переходах), а значит, погрешность установки будет равна 0.

3.2.7 Расчет припусков на обработку

Припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали.

Расчетный величиной является минимальный припуск на обработку, достаточный для устранения на выполняемом переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующем переходе, и компенсации погрешностей, возникающих на выполняемом переходе.

Промежуточные размеры, определяющие положение обрабатываемой поверхности, и размеры заготовки рассчитываются с использованием минимального припуска.

Расчет припусков на размер Ra=1.25

Обработку указанной поверхности следует производить в 4 этапа:

Точение предварительное;

Точение окончательное;

Шлифование черновое;

Шлифование чистовое;

Для обработки целесообразно выбрать в качестве технологической базы ось заготовки, которая является двойной направляющей базой.

Определяем значение шероховатости и глубины дефектного слоя на каждой операции.

Точение предварительное - Rz =63, П=60;

Точение окончательное - Rz=20 П=30;

Шлифование черновое - Rz=10, П=20

Шлифование чистовое - Rz=6 П=10

3) Определяем значение допусков Т для соответствующих операций. Для окончательной операции значение допуска берется с чертежа детали.

Точение предварительное -T=120 мкм (12 кв.)

Точение окончательное- Т=48 мкм( 10кв.)

Шлифование черновое - Т = 18мкм (8 кв.)

Шлифование чистовое - Т =8 мкм (6кв.)

4) Так как на всех операциях деталь устанавливается по центровым отверстиям, ввиду чего погрешность установки :

5) Определим пространственные отклонения:

Для заготовки (Рзаг ):

- для установки вала по центровым отверстиям

см= к L =1*85=85мкм

где, к- допускаемая кривизна проката;

L -общая длина заготовки;

Т - допуск на базовой поверхности заготовки при зацентровки;

Пространственные отклонения при предварительном точении:

Пространственные отклонения при окончательном точении:

На операциях шлифования пространственные отклонения малы и не учитываются.

6) Определение расчетных значений минимальных припусков:

7) Расчетные припуски :

8) Расчетные размеры:

Ai =Ai-1+2Zрасчi-1

A4=7.00 мм

A3=7.00+0,068=7,068 мм

A2=7.068 +0,125=7,193мм

A1=7.193+0,304=7,497 мм

A0=7.497 +0,690=8,187мм

9) Определение наибольших предельных размеров:

Абмi =Аi +Hmin+Ti

Абм4=7-0.004+0.008=7.004 мм

Абм3=7,068-0.004+0.018=7.082 мм

Абм2=7,193-0.004+0.048=7.237 мм

Абм1=7,497-0.004+0.120=7.613 мм

Абм0=8,187-0.004+0.180=8.363 мм

10) Определение наименьших предельных размеров:

Анмi =Аi +Hmini

Анм4=7-0.004=6.996 мм

Анм3=7,068-0.004=7.064 мм

Анм2=7,193-0.004=7.189 мм

Анм1=7,497-0.004=7.493 мм

Анм0=8,187-0.004=8.183 мм

11) Определение предельных значений припусков:

12) Проверка расчетов

Следовательно, для каждой операции расчет припуска выполнен правильно.

Таблица припусков (см.приложение 1)

3.2.8 Техническое нормирование заданных операций. Расчет режимов обработки

Отрезная 005: отрезная.

Основное технологическое время:

1-ый переход ( отрезать 010, L=85мм)

Расчетный параметр Lp=10мм.

Число проходов i=1.

Подача S=0.5 мм/об, n=20 об/мин.

Операция 015: токарная с ЧПУ.

Основное технологическое время:

Точить 0 6.7-0.15 :

Расчетный размер Lp=8мм.

Число проходов i=1.

Подача S=0.2 мм/об, n=1400 об/мин.

1.2 Точить 0 7.6-0.15

Расчетный размер Lp=32мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.2 мм/об, n=1400 об/мин.

2-ой переход

2.1 Снять фаску 0,5х450 06

Расчетный размер Lp=0.5 мм

Число проходов i=1

Подача S=0.05 мм/об, n=1400 об/мин.

2.2 Точить 0 6.3-0,1

Расчетный размер Lp=6мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.1 мм/об, n=1400 об/мин.

2.3 Обточить канавку 2 мм 0 6 глубиной 0.8 мм:

Расчетный размер Lp=0,8мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.05 мм/об, n=1400 об/мин.

2.4 Снять фаску 0,5х450

Расчетный размер Lp=0,5мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.05 мм/об, n=1400 об/мин.

2.5 Точить 0 7.2-0,1

Расчетный размер Lp=31мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.1 мм/об, n=1400 об/мин.

2.6 Снять фаску 0,5х450

Расчетный размер Lp=0,5мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.05 мм/об, n=1400 об/мин.

2.7 Точить 0 6.5-0,15

Расчетный размер Lp=15мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.2 мм/об, n=1400 об/мин.

2.8 Снять фаску 0,5х450

Расчетный размер Lp=0,5мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.05 мм/об, n=1400 об/мин.

2.9 Точить 0 7.2-0,1

Расчетный размер Lp=7мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.1 мм/об, n=1400 об/мин.

Основное технологическое время на все переходы:

t 0=0.035+0.196+0.007+0.0042+0.011+0.22+0.003+0.053+0.003+0.05=0.62мин.

Вспомагательная время :

tB=tус+ tупр+ tси+ tизм;

где tус= 0,3 мин. - время на установку и снятие детали;

0,25мин.- время на закрепления и открепление заготовки;

tси=0 - время смены инстумента;

tизм= 0,07мин. -изменить число оборотов шпинднля;

tупр=0 т.к контроль заготовки не производится

tB=(0,3+0,25)+0,07*1+0+0=0,62 мин.

Организационное обслуживание:

tорг=(0,0006….0,08)(0,62+0,62)=0,074 мин.

Техническое обслуживание :

tто=Ти/k;

где Ти - время на замену затупившегося инструмента (отсутствует);

k=T/t0; - число заготовок;

tто=0

Время перерывов работы:

tпер=0.025(t0+tB)=0.025(0.62+0.62)=0.031 мин.

В результате:

tшт= t0+ tв+ tорг+ tто+ tпер=0,62+0,62+0,074+0+0,031=1,345мин

Подготовительно-заключительное время на партию:

Получить и сдать инструмент: 7 мин.

Наладка станка: 25мин.

Итого: Тпз=7+25=32мин.

Операция 015: токарная с ЧПУ.

Основное технологическое время:

1.1 Точить 0 6.7-0.15 :

Расчетный размер Lp=8мм.

Число проходов i=1.

Подача S=0.2 мм/об, n=1400 об/мин.

2.1 Снять фаску 0,5х450 06

Расчетный размер Lp=0.5 мм

Число проходов i=1

Подача S=0.05 мм/об, n=1400 об/мин.

2.2 Точить 0 6.3-0,1

Расчетный размер Lp=6мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.1 мм/об, n=1400 об/мин.

2.3 Обточить канавку 2 мм 0 6 глубиной 0.8 мм:

Расчетный размер Lp=0,8мм

Число проходов i=1.

Подача S=0.05 мм/об, n=1400 об/мин.

ОСНОВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ НА ВСЕ ПЕРЕХОДЫ:

t 0=0.035+0.007+0.0042+0.011=0.095мин.

Операция 025: фрезерная.

Основное технологическое время:

1-ый установ

1-ый переход (фрезеровать лыску 8х6.3)

Подача ступенчатая, t=0.15 мм ( на дв.ход), S=0.03 мм/зуб, z=6шт,n=2500 об/мин.

где =46,7; q=0.44; x=0.24; y=0.26; u=0.1; p=0.13; m=0.37 [1]

t=0.75 мм;

Sz=0.03 мм/зуб, z=2

n=2500 об/мин

Время на ход:

Число ходов:

Основное технологическое время:

2-ой установ

(фрезеровать лыску 8х6.3)

Подача ступенчатая, t=0.15 мм ( на дв.ход), S=0.03 мм/зуб, z=6шт,n=2500 об/мин.

где =46,7; q=0.44; x=0.24; y=0.26; u=0.1; p=0.13; m=0.37 [1]

t=0.75 мм;

Sz=0.03 мм/зуб, z=2

n=2500 об/мин

Время на ход:

Число ходов:

Основное технологическое время:

Операция 0 35: круглошлифовальная

шлифовать 0 7,1-0,03 Ra=1.2

Расчетный размер Lp=0,1мм

Число проходов i=1

Подача S=0.004 мм/дв.ход, n=400 об/мин.

1.2 шлифовать Расчетный размер Lp=0,1мм

Число проходов i=1

Подача S=0.004 мм/дв.ход, n=400 об/мин.

1.3 шлифовать торец

Подача S=0.004 мм/дв.ход, n=400 об/мин.

2- переход

2,1 шлифовать 0 7js 6 Ra=1.2

Расчетный размер Lp=0,07мм

Число проходов i=1

Подача S=0.001 мм/дв.ход, n=400 об/мин.

2.2 шлифовать Расчетный размер Lp=0,07мм

Число проходов i=1

Подача S=0.001 мм/дв.ход, n=400 об/мин.

2.3 шлифовать торец

Подача S=0.001 мм/дв.ход, n=400 об/мин.

Число проходов i=1

Основное технологическое время на все переходы t0=0.625+0.625+0.625+0.625+0.125+0.175+0.175+0.125=3.1 мин.

Операция: Токарно-винторезная

1-ый установ:

1.1 нарезать резьбу М6-6g

2-ой установ:

2.1 нарезать резьбу М6-6g

Заключение

В результате выполнения технологической части проекта были выполнены: отработка выбранного узла на технологичность, разработка маршрута сборки узла и маршрута технологической обработки детали - вал.

4. Система автоматического управления

4.1 Описание комплексной принципиальной схемы

Рис.4.1 Комплексная принципиальная схема

Конструкция установки имеет технологическую камеру CV большого диаметра с системой водяного охлаждения. Большой объем камеры позволяет обрабатывать образы больших размеров и несколько образцов одновременно. Для обеспечения удовлетворительной быстроты откачки и требуемой степени вакуума установка оснащена мощной вакуумной системой, состоящей из турбомолекулярного насоса и форвакуумного насоса. Вакуумная система способна обеспечивать и поддерживать заданное время вакуум P=1х10-4 Па.

Высоковакуумный насос присоединен вакуумной камере через трубопровод со встроенными вакуумной ловушкой и затвором. Напуск технологической среды осуществляется через регуляторы расхода газа с присоединенными к ним газовыми баллонами. Для обеспечения такого соединения используют регуляторы давления.

Система охлаждения установки осуществляется путем циркуляции воды через основные источники тепла: турбомолекулярный насос, вакуумная камера, автономный источник ионов, магнетроны. Подача воды на эти элементы осуществляется через водяные клапаны. Присутствует также, аварийная система прекращения подачи воды, посредством ручного выключения водяного клапана.

Разработанная конструкция вакуумной установки позволяет наносить монослойные (полислойные) покрытия на пластиковые защитные козырьки различных типоразмеров. Вынесение источников магнетронного напыления за контур основной камеры позволяет увеличить количество одновременно обрабатываемых изделий, а также, обеспечивает легкий съем и замену для возможности нанесения различных пленок. Автономный источник ионов расположенный подвижной дверце камеры позволяет осуществлять предварительную очистку поверхности козырьков перед нанесение пленки (для защитных стекол возможен процесс предварительной подготовки поверхности стекол без использования AIS, а с применением химических методов).

Загрузка изделий осуществляется вне вакуумной камеры на быстро съемные барабаны.

4.2 Описание процессной модели

В данном курсовом проекте разрабатывается процессная модель автоматического управления для установки нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме (см. лист «Процессная модель»).

4.2.1 Деление технологии на процессы

В работе установки можно выделить следующие основные процессы:

Загрузка;

Форвакуумная откачка;

Высоковакуумная откачка;

Технологический процесс:

Нанесение покрытия;

Завершение работы установки.

На листе «Процессная модель» приведена подробная последовательность действий при проведении каждого из процессов

Загрузка образцов

Процесс проводятся в ручном режиме, и носит подготовительный характер.

Критерий начала: свободна вакуумная камера, подложки очищены и готовы к нанесению пленки.

Критерий окончания: подложки установлены на фиксаторах, вакуумная камера закрыта.

Ресурсы: барабан с фиксаторами.

Откачка механическим насосом

Предназначена для создания условий для высоковакуумной откачки турбомолекулярным насосом. Откачка производится насосом 2НВР-5Д.

Критерий начала: BK=1 вакуумная камера закрыта.

Критерий окончания: P=1 Па;

Ресурсы:

Клапана VE1,VE4-VE6;

Механический насос NI;

Вакуумный контроллер Sentorr ;

Последовательность процесса:

Проверка закрытия камеры;

Закрыть клапаны VE1,VE4;

Открыть клапаны VE5,VE6;

Включить насос предварительной откачки NI;

Включить вакуумный контроллер SenTorr, проверка давления в камере каждую 1с, при достижении P=1 Па запустить программу высоковакуумной откачки;

Откачка диффузионным насосом

Критерий начала: Давление в вакуумной камере P=1 Па;

Критерий окончания: P_NА=10-4 Па;

Ресурсы:

Клапан V1;

Вакуумный контроллер Sentorr;

Турбомолекуляярный насос Na;

Вакуумный затвор VT c датчиками положения ВК2, ВК3;

Гидрореле W1;

Последовательность процесса:

Открыть V1, включить W1, проверить C_WNA=1;

Включить NA;

Открыть затвор VT, проверить ВК2=1, ВК3=0;

Давление в камере по Sentorr P_NA=10-4Па;

Запуск программы напуска газа;

Напуск газа

Критерий начала: Давление в вакуумной камере P=10-4 Па;

Критерий окончания: Т=Ттреб или по требованию оператора;

Ресурсы:

Регуляторы расхода газа RRG1, RRG2 ;

Клапана VE2, VE3;

Вакуумный контроллер Sentorr c датчиками ;

Последовательность процесса:

Включить RRG1, RRG2;

Открыть магистрали напуска газа VE2,VE3;

Проверка давления в камере;

Запуск програмы напуска газа;

Магнетронное распыление

Критерий начала: Давление в вакуумной камере P=10-4 Па;

Критерий окончания: Т=Ттреб или по требованию оператора;

Ресурсы:

Клапана V2- VE4;

Магнетроны Mag1,Mag2;

Двигатель М1;

Автономный источник ионов AIS;

Последовательность процесса:

Открыть клапаны водяного охлаждения V3,V4;

Проверить наличие воды в гидрореле;

Включить Автономный источник ионнов AIS;

Выдержать Т=Ттреб;

Выключить AIS;

Включить двигатель вращения барабана М1 ;

Открыть подачу холодной воды V2 проверить с_wmag=1 ;

Включить Mag1 и Маg2;

Т=Треб;

Запуск выгрузки подложек;

Выгрузка подложек

Критерий начала: Т=Ттреб или по требованию оператора;

Критерий окончания: выгрузка закончена;

Ресурсы:

Клапана VE2, VE3, VE5, VE6, ;

Затвор;

Двигатель М1;

Магнетроны Mag1, Mag2;

Последовательность процесса:

Выключить mag1,mag2;

Выключить М1;

Закрыть VE2,VE3;

Закрыть затвор, проверить состояние ;

Закрыть VE5,VE6;

Открыть VE1;

Выгрузка стекал;

Запуск программы останова;

6. Программа останова

Критерий начала: по требованию оператора;

Ресурсы:

Клапана VE2- VE6, ;

Затвор;

Двигатель М1;

Магнетроны Mag1, Mag2;

Автономный источник ионов AIS;

Клапана V1-V4;

Насос NA;

Насос NI;

Последовательность процесса:

Выключить двигатель М1;

Выключить магнетроны;

Выключить AIS;

Закрыть VE2, VE3;

Закрыть затвор, проверить состояние;

Закрыть V2, выключить W2;

Закрыть V3, выключить W3;

Закрыть V4, выключить W4;

Закрыть VE5, VE6;

Открыть VE1;

Открыть VE4;

Выключить NA;

Выключить NI;

Закрыть V1, выключить W1;

Открыть камеру;

Выгрузить стекла;

4.3 Выбор сервисных процессов

Сервисные процессы необходимы для:

облегчения работы наладчиков и операторов.

предотвращения отказов оборудования и их последствий.

Решение этих задач возлагается на программное обеспечение промышленного компьютера, в процессную модель заложено достаточно управляющих и управляемых сигналов для получения полной информации о ходе процесса.

4.3.1 Выбор процессов коррекции цели

У данной операции, нанесения тонких пленок в вакууме, есть несколько способов коррекции цели:

изменение напряжения и тока на магнетроне;

изменение времени магнетронного распыления;

изменение объема напускаемых газов в камеру;

изменение рабочего давления в камере.

Время магнетронного распыления изменяет оператор либо в программе (при автоматическом режиме работы) или сам вручную c пульта. Объем напускаемых газов изменяет оператор, регулируя поток газа через регуляторы расхода газа. Рабочее давление в камере изменяется путем напуска определенного объема воздуха в камеру, в результате чего давление уменьшится, и свойства пленки изменятся.

4.4 Техническое задание на элементы и узлы машины

Содержит платы управления установкой. Компьютер состоит из платы PCL 711S, PCL 727, РSА-6275, платы оптронных развязок, сенсорного экрана AWS-843HL.

С сенсорного экрана подают сигналы управления на объект. Сигнал нажатой кнопки обрабатывается программно-процессорной и функциональными платами и далее посылается сигнал дискретного управления на соответствующий блок через ORB, где происходит гальвано развязка и связь с блоком питания; сигналы аналогового управления поступают непосредственно на объект. Из ORB сигнал поступает на блок энергоавтоматики, где происходит увеличение входных напряжений для соответствующих блоков, через преобразователи напряжений, и на блок питания магнетрона.

PCL-711S/B Плата аналогового и дискретного ввода/вывода

PCL-711S - функционально законченный комплект для реализации наиболее распространенных функций ввода/вывода для IBM PC совместимых систем: АЦП, ЦАП, ввод и вывод дискретных сигналов. Эта недорогая плата, обеспечивающая 8 аналоговых и 32 дискретных канала, поставляющаяся в комплекте с кабелем и клеммной платой и совместимая с большим количеством дополнительных плат и аксессуаров, - идеальное решение для небольших локальных задач. Плата также хорошо подходит для целей обучения и любительского использования.

Основные характеристики

Порты ввода/вывода: каждая плата занимает область из 16 портов ввода/вывода

Размеры, мм: 155x100

Питание: +5 В, 1 А (макс.); +12 В, 100 мА (макс.); -12 В, 20 мА (макс.)

Внешние соединители: три 20-контактных типа IDC

Диапазон рабочих температур: 0... +50°С

Диапазон температур хранения: -20... +65°С

Относительная влажность воздуха: 5... 95% без конденсации влаги

Аналоговые входы

Количество каналов: 8 с общим проводом

АЦП : разрешение 12 бит, время преобразования 25 мкс

Диапазон входного напряжения (управляется программно): ± 5 В; ±2.5 В; ±1.25 В; ±0.625 В; ±0.3125 В

Режим запуска: программный, от внешнего сигнала, от встроенной схемы запуска

Передача данных: по команде программы, по прерыванию (IRQ 2-7)

Предел основной погрешности измерения: 0.01% значения ±1МР

Подавление помехи общего вида: 60 дБ

Входное сопротивление: не менее 10 МОм

Допустимая перегрузка по входу: ± 30 В

Аналоговые выходы

Количество каналов: 1, с двойной буферизацией

Разрешение: 12 бит

Диапазон выходного напряжения: 0... 5 В, 0... 10 В

Время установления: не более 30 мкс

Дискретный ввод

Каналов: 16

Уровни напряжения: ТТЛ совместимые

Дискретный вывод

Количество каналов: 16

Уровни напряжения: ТТЛ-совместимые уровень логического "0": не более 0.5 В, нагрузочная способность 8 мА; уровень логической "1": не менее +2.4 В, нагрузочная способность 0.4 мА.

http://www.advantech.com/PCL-727 12-канальная плата ЦАП

Полноразмерная плата PCL-727 имеет 12 каналов аналогового вывода (ЦАП) с индивидуально программируемым диапазоном выходного сигнала и предназначена для использования в промышленных условиях. Плата также имеет 16 входных и 16 выходных дискретных каналов и поставляется в комплекте с программным обеспечением для калибровки и примерами программирования.

Каждый канал аналогового вывода защищен от выхода из строя легко заменяемым предохранителем. Плата PCL-727 является экономически эффективным решением для задач, содержащих много контуров управления в ПИД-регуляторах.

Основные характеристики

Общие параметры

Питание: +5 В, 500 мА (макс.) +12 В, 300 мА (макс.) -12 В, 130 мА (макс.)

Размеры: 340х100 мм

Внешние соединители: один DB-37, два 20-контактных типа IDC

Диапазон рабочих температур: 0... +50°С

Диапазон температур хранения: 0... +65°С

Относительная влажность воздуха: 5... 95% без конденсации влаги

Аналоговые выходы

Количество каналов: 12

Разрешение: 12 бит, с двойной буферизацией

Диапазоны выходных параметров двуполярное напряжение: ±5 В; однополярное напряжение: 0... 10 В, 0... 5 В; "токовая петля": 4... 20 мА

Скорость вывода данных: 15 кГц

Время установления: не более 70 мкс

Предел основной погрешности измерения: 0.012% полной шкалы

Ошибка смещения: ±1 МР (в диапазоне 0... 5 В), ±2 МР (в диапазоне 0... 10 В и ±5 В)

Температурный дрейф: 5 РРМ/°С (0... 50°С)

Предохранитель в каждом канале ЦАП: 0.1 А

Выходной ток: ±5 мА (макс.)

Рабочее напряжение для выхода "токовая петля" (4... 20 мА): 8... 36 В

При старте (перезагрузке) все каналы ЦАП устанавливаются в 0

Дискретный ввод

Количество каналов: 16

Уровни напряжения: ТТЛ совместимые уровень логического "0": 0... +0.8 В; уровень логической "1": не менее +2 В

Дискретный вывод

Количество каналов: 16

Уровни напряжения: ТТЛ совместимые уровень логического "0": не более 0.5 В, нагрузочная способность 8 мА; уровень логической "1": не менее +2.4 В, нагрузочная способность 0.4 мА

PCA-6275. Двухпроцессорная плата на базе процессора Pentium II/Pentium III со 100 МГц FSB.

ОСОБЕННОСТИ

Два процессора Pentium II/Pentium III до 500 МГц

Intel 82440BX PCI

Три DIMM разъема для SDRAM до 768 Мб, поддержка ECC

Защита для охлаждающего вентилятора процессора, контроль температуры и напряжения

Встроенный разъем блока питания ATX соответствует ACPI

Поддержка Ultra DMA/33, PIO 4 и DMA 2 режимов

Дополнительные металлические скобы для поддержки процессоров Pentium

ISA шина с высокой нагрузочной способностью до 64 мА (HISA)

CPU: Intel Pentium II/Pentium III до 500 МГц

Чипсет: Intel 82440BX поддерживает 66/100 МГц FSB

Кеш второго уровня: 512 Кб

BIOS: Award Flash BIOS 2 Мбит

Интерфейс шины: PCI/ISA шина, PICMG совместимая

Шина данных: 64-bit

Скорость передачи данных по шине: ISA - 8 МГц; PCI - 33 МГц

DMA каналов: 7

Число уровней прерывания: 15

RAM: до 768 Мб в трех 168-pin DIMM разъемах. Поддерживает 3.3В SDRAM

Исправление ошибок (только для DRAM с контролем четности): Модули могут обнаруживать многоразрядные ошибки памяти. Исправление 1-разрядных ошибок памяти

Green function: поддержка управления энергопотреблением через BIOS.

Расширенный PCI IDE интерфейс: поддерживает до четырех IDE HDD (до 8.4 Гб) или других IDE устройств. Поддерживает PIO 4 (на скорости 16.67 Мб/с) и Ultra DMA/33 (на скорости 33 Мб/с) режимы. Включается/отключается через BIOS

HISA: ISA шина с высокой нагрузочной способностью до 64 мА

FDD интерфейс: поддерживает до двух HDD. Включается/отключается через BIOS. Также поддерживает японский "Floppy 3" режим

Расширенный параллельный порт: конфигурируется в LPT1, LPT2, LPT3 или отключается. Стандартный DB-25 female разъем. Поддерживает SPP/EPP/ECP.

Последовательный порт: два RS-232 порта с 16C550 UART (или совместимые) с 16-byte буфером FIFO. Поддерживает скорость передачи данных до 115.2 Кб/с. Каждый порт отдельно может быть сконфигурирован в COM1, COM2 или отключен

USB: два USB порта

Разъем для клавиатуры и PS/2 мыши: 6-pin mini-DIN разъем находится на монтажной скобе для упрощения подключения клавиатуры или PS/2 мыши. Разъем для подключения клавиатуры находится также на плате.

Часы реального времени/календарь: встроены в чипсет

Сторожевой таймер: может генерировать сброс системы или IRQ11. Программа использует 043-ий и 443-ий

шестнадцатеричные порты ввода/вывода, чтобы управлять сторожевым таймером, 63 уровня (1 ~ 63 секунда)

Механика и климатика

Рабочая температура: 0 ~ 60° C

Напряжение источника питания: +5 В, +12 В

Габариты: 338 x 122 мм

AWS-843HT/T

Промышленная рабочая станция с 10,4" TFT ЖК-дисплеем

Конструкция: корпус из нержавеющей стали с алюминиевой передней панелью

2 вентилятора для охлаждения

Возможность монтажа в 19" стойку или на панель

10,4" TFT-дисплей с разрешением 800x600 (AWS-843HT) или 640x480 точек

60-клавишная мембранная клавиатура

Возможно оснащение сенсорным экраном

Возможные варианты поставки: шина ISA или ISA/PCI

Отсек для размещения малогабаритного CD-ROM

Габаритные размеры: 482x266x230 мм

Масса 15,6 кг

4.5 Расчёт и описание блока энергоавтоматики

Блок можно конструктивно разделить на 3 части:

Релейная часть, которая содержит 15 реле на симисторном ключе () для подачи напряжения 220 В на различные компоненты установки после получения управляющего сигнала от промышленного компьютера.

Трансформатор для преобразования напряжения переменного тока 220 В в 127 В, 0,4 А для питания реверсивного двигателя.

Трансформатор для преобразования напряжения переменного тока 220 В в напряжение постоянного тока 15 В, 0,2 А для питания регуляторов расхода газа. Для дистанционного включения установлено реле на симисторном ключе.

Трансформаторы и электрические цепи блока энергоавтоматики рассчитаны и подобраны по ГОСТу.

4.5.1. Расчет трансформатора для питания регуляторов расхода газа

Исходные данные для расчета: 1 первичная обмотка--220 В, 2 вторичных обмотки--15 В, 0,4 А.

Расчет габаритной мощности

Суммарная мощность, потребляемая 2 вторичными обмотками:

P=U1I1+U2I2;

P=150,4+150,4=12 Вт.

КПД трансформатора =0,8;

Габаритная мощность трансформатора:

Pг=P/=12/0,8=15 Вт.

Определение типа и размера сердечника:

Выбираем Ш-образную форму сердечника, находим сечение сердечника:

S=1,2(Pг)1/2=1,2(15)1/2=4,65 см2.

Приблизительная ширина рабочего керна сердечника:

a=0,8S1/2=0,8(4,65)1/2=1,73 см.

Фактическая ширина рабочего керна сердечника:

c=S/a=4,65/1,73=2,7 см.

Определение количества витков на 1 вольт:

выбираем размер сердечника Ш-17:

S=сa=2,74,65=12,5 см2, k=45,

N=k/S=4=45/12,5=3,6 витка/вольт.

Определение количества витков обмоток

Первичная обмотка: W1=U1n1=2203,6=792 витка.

Вторичная обмотка 1: W21=m2U21n21=1,02153,6=56 витков.

Вторичная обмотка 2: W22=m2U22n22=1,02153,6=56 витков.

Определение диаметра провода

Выбираем провод ПЭТ, р=0,65.

Сила тока в первичной обмотке: I=Pг/U=15/220=0,068 А.

Первичная обмотка: d1=p(I1)1/2=0,65(0,068)1/2=0,169 мм.

Вторичная обмотка 1: d21=0,65(0,4)1/2=0,411 мм.

Вторичная обмотка 2: d22=0,65(0,4)1/2=0,411 мм..

Принимаем диаметры проводов равными: d1=0,17 мм; d21=d22=0,42 мм.

Выбираем стандартный трансформатор для полупроводниковых приборов на 50 Гц, с броневым ленточным сердечником типа ШЛМ, с уменьшенным расходом меди, исполнение УХЛ--ТПП 237 с мощностью 14,5 ВА, сердечником ШЛМ2020, I1=0,11 А, I2=0,445 А, напряжениями вторичных обмоток U11-12,13-14=4,97 В, U15-16,17-18=10 В, U18-19,19-20=1,3 В.

Схема представлена на рис.4.1

Рис. 4.1 Схема трансформатора

Трансформатор для питания реверсивного двигателя рассчитывается аналогично--в качестве него мы выбираем стандартный трансформатор для полупроводниковых приборов на 50 Гц, с броневым ленточным сердечником типа ШЛМ, с уменьшенным расходом меди, исполнение УХЛ--ТПП 270 с мощностью 57 ВА, сердечником ШЛМ2515, I1=0,36 А, I2=1,26 А, напряжениями вторичных обмоток U11-12,13-14=10 В, U15-16,17-18=10 В, U18-19,19-20=2,59 В.

4.6 Расчет электрических цепей

В качестве стабилизатора напряжения для напряжения +15 В используем КР142ЕН5А--интегральный стабилизатор с фиксированным выходным напряжениием+5 В. Регулируемый стабилизатор отрицательного напряжения

Краткий информационный лист

КР142ЕН18А - регулируемый 3-х выводной стабилизатор отрицательного напряжения, позволяющий питать устройства током до 1.5А в диапазоне напряжений от -1.2В до -37В. Для установки выходного напряжения требуется всего два внешних навесных резистора. Он включает в себя встроенный токовый ограничитель, термозащиту, защиту выходных транзисторов. КР142ЕН18А может быть полезен в широком спектре применений включающих, например, стабилизаторы, расположенные в непосредственной близости от потребителей. На базе данного прибора может быть построен стабилизатор с программируемым выходным напряжением, или, подключением постоянного резистора между входом регулирования и выходом, можно перевести его в режим прецизионного токового стабилизатора.

Основные характеристики

Гарантированный выходной ток 1.5 А

Выходное напряжение от -1.2 В до -37 В

Внутренняя термозащита

Внутренняя термостабильная защита от токов КЗ

Защита выходных транзисторов

Плавающий режим для высоковольтных применений

Стандартный 3-х выводной транзисторный корпус

Изменяя схему включения, доведем выходное напряжение до+15 В. Схема представлена на рис.4.2

Рис.4.2 Схема включения

Выходное напряжение устанавливают выбором номиналов резисторов R2 и R3. Они связаны соотношением:

Uвых=Uвых.мин (1+R2/R3),

при этом ток, протекающий через эти резисторы, должен быть не менее 5 мА. Емкость конденсаторов выбирают обычно большей 2 мкФ.

Принимаем ток равным 15 мА, тогда:

R2+R3=Uвых/I=15 В/15 мА=1 кОм,

R2/R3=Uвых-Uвых.мин-1=15-9-1=5,

R2=5R3, 1=5R3+R3=6R3, R3=166 Ом, R2=833 Ом.

Из стандартного ряда выбираю сопротивление R2=820 Ом, R3=180 Ом.

Рассчитаем мощность на сопротивлении R2:

P=I2R

P=400х10-6х820=0,328 Вт.

Из стандартного ряда выбираем мощность 0,5 Вт.

Рассчитаем мощность на сопротивлении R3:

P=I2R

P=225х10-6х160=0,036 Вт.

Из стандартного ряда выбираем мощность 0,125 Вт.

На остальных сопротивлениях мощность тоже маленькая и из стандартного ряда выбираем мощность 0,1Вт.

Заключение:

В ходе курсового проекта была разработана САУ для лабораторной автоматизированной установки магнетронного распыления, проработана схема полностью автоматического цикла, кроме загрузки и выгрузки подложек. Проведение нанесения пленок можно разделить на следующие процессы:

Загрузка подложек;

Откачка механическим насосом;

Откачка диффузионным насосом;

Напуск газа;

Магнетронное распыление;

Выгрузка подложек;

Программа останова.

Разработан структура промышленного компьютера и его отдельные компоненты.

Для питания большинства устройств установки следует применить блок энергоавтоматики РАВс питающим напряжением в 220 В, и для питания магнетрона отдельный блок с напряжением 380 В. Все блоки располагаются в 19 дюймовой стойке.

5. Промышленная экология и безопасность

5.1 Анализ установки и технологического процесса

Установка получения многослойных покрытий в вакууме представляет собой сложный агрегат, эксплуатация которого связана с рядом вредных и опасных производственных факторов, воздействие которых на человека и окружающую среду в определённых условиях может привести к тяжелым последствиям. Технологические процессы формирования многослойных покрытий, проводимые на установке, являются экологически чистыми и практически безотходными. Вредные выбросы в окружающую среду отсутствуют.

К вредным производственным факторам относятся: ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение разряда. Интенсивность излучения разряда в оптическом диапазоне и его спектр зависят от мощности разряда, материала катода, давления в вакуумной камере. При отсутствии защиты возможны поражения органов зрения (электроофтальмия, катаракта и т.п.).

К опасным производственным факторам относятся воздействие электрического тока; возможность взрыва баллонов и систем, находящихся под давлением; движущиеся механизмы (механический насос и ременная передача).

Технология производственного процесса не предусматривает наличие взрывоопасных веществ на участке производства, но процесс формирования многослойных покрытий требует наличия баллонов с давлением до 15 МПа по ГОСТ 949-73, в которых хранится запас рабочих газов (Ar, O2) на несколько производственных циклов. Все баллоны объединены в единую систему напуска. Нарушение герметичности этой системы представляет серьезную опасность.

В данной установке используется механический форвакуумный насос, который приводится во вращение двигателем посредством ременной передачи. Вращающиеся элементы двигателя и насоса являются источниками шума и вибрации. Следует отметить, что в первые минуты работы через выхлопной патрубок механического насоса выделяется смесь воздуха с мелко-дисперсными капельками масла, которая оказывает вредное воздействие на органы дыхания. Рекомендуется выхлоп механического насоса отводить за пределы помещения.

В качестве источника в данной установке используется магнетрон. При работе магнетрона между катодом и анодом создается напряжение до 300...500 В (рабочий ход), ток разряда при этом составляет до 10 А.

Магнетрон, диффузионный насос, рабочая камера требуют постоянного водяного охлаждения во время работы. Контроль состояния системы водяного охлаждения осуществляется посредством гидрореле.

5.2 Основные требования безопасности при эксплуатации установки

Для предотвращения отравления выхлопными газами механических насосов выхлоп должен быть выведен за пределы помещений, в которых расположена установка. Наиболее целесообразным является применение централизованной форвакуумной магистрали. Естественное и искусственное освещение помещений должно соответствовать СНиП II-4-19. Для размещения установки фундамента не требуется. Установка может быть размещена на любом этаже, выдерживающем нагрузки от массы установки (ГОСТ 17770-79). Температура, относительная влажность и скорость движения воздуха в рабочей зоне должны соответствовать ГОСТ 12.1.005-88:

Таблица 5.1

Сезон	Холодный	Теплый
Температура в помещении	20-23оC	20-23оC
Относительная влажность воздуха	40-60 %	40-60 %
Максимальная скорость движения воздуха	0.2 м/с	0.2 м/с

К работе на установке допускаются лица, изучившие техническое описание установки, инструкцию по эксплуатации, инструкцию по технике безопасности при работе на данном оборудовании и прошедшие местный инструктаж по безопасности труда. Манометры для измерения давления в баллонах должны иметь класс точности не ниже 2,5. Для обеспечения точности и достоверности измерений манометры должны подвергаться проверке не реже одного раза в 12 месяцев с последующим пломбированием или клеймением. Кроме того, не реже одного раза в шесть месяцев должна проводиться проверка рабочих манометров контрольным манометром с записью результатов в журнале проверок. Манометры должны иметь такую шкалу, чтобы при допустимом давлении стрелка находилась во второй трети шкалы. На циферблате манометра красным цветом должна быть нанесена отметка, соответствующая максимально допускаемому давлению.

Требования электробезопасности при работе с установкой:

установка должна быть надежно заземлена;

запрещается во время работы установки снимать предусмотренные конструкцией предохранительные стенки;

не разрешается оставлять без присмотра установку, находящуюся под напряжением;

на установке во время ремонта и настройки должны быть вывешены предупреждающие знаки “Высокое напряжение”, “Опасно для жизни”;

к ремонту и обслуживанию электрических цепей установки допускаются только лица, имеющие соответствующую квалификацию, изучившие техническое описание электрических систем установки и прошедшие местный инструктаж по безопасности труда.

Требования по обеспечению безопасности эксплуатации системы с баллонами высокого давления:

все элементы газовой системы должны быть надежно и герметично собраны;

при проверке герметичности соединений разрешается использовать только мыльный раствор;

не разрешается оставлять без присмотра работающую газовую систему;

запрещается заменять предусмотренные конструкцией манометры на манометры с другими эксплуатационными характеристиками (более низким классом точности, другим пределом измерения и т. п.).

проводить проверку контрольных манометров с последующим пломбированием или клеймением в лабораториях Госстандарта не реже одного раза в 12 месяцев, а рабочих манометров по контрольному манометру не реже одного раза в 6 месяцев с последующей регистрацией результатов проверки в журнале;

к ремонту и обслуживанию газовой системы установки допускаются только лица, имеющие соответствующую квалификацию, изучившие техническое описание газовых систем установки и прошедшие местный инструктаж по безопасности труда.

Пожаробезопасность:

Согласно ГОСТ 12.3.005-80 необходимо соблюдать следующие правила:

участки должны быть оборудованы средствами пожаротушения по ГОСТ12.4.009-83, в соответствии с категорией помещения по пожаробезопасности;

проемы в стенах производственных помещений должны быть оборудованы приспособлениями и устройствами, исключающими сквозняки, а также возможность распространения пожара.

Эргономические требования:

Согласно ГОСТ12.03.025-80 для операторов, участвующих в технологическом процессе должны быть обеспечены удобные рабочие места, не стесняющие их действий во время выполнения работы;

На рабочих местах должны быть стеллажи, столы и другие устройства для размещения оснастки, заготовок и готовых изделий;

Эргономические требования для выполнения работ сидя и стоя обеспечиваются по ГОСТ 12.2.032-78 и ГОСТ 12.2.033-78.

5.3 Средства обеспечения электробезопасности

Согласно ГОСТ12.2.009-80 электрооборудование должно отвечать следующим требованиям:

основной выключатель должен иметь два определенных фиксированных положения: “включено” и “выключено”;

контактные зажимы должны быть надежно защищены крышками из изоляционного материала;

установка должна иметь устройство аварийного отключения: кнопка красного цвета и свободный доступ к ней.

Питание установки осуществляется от 3-х фазной сети переменного напряжения 380 В, 50 Гц с изолированной землей. Исходя из требований охраны труда, такое питание установки требует применения защитного заземления.

Основными мерами защиты от поражения электрическим током являются:

осуществление недоступности для случайного прикосновения токоведущих частей, находящихся под напряжением;

применение возможно малых напряжений в цепях установки;

выравнивание потенциала на нетоковедущих частях установки защитным заземлением;

защитное отключение элементов установки;

организация безопасной эксплуатации установки.

Результат воздействия тока зависит от ряда факторов, в том числе от значения и длительности протекания через тело человека силы тока, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека. Электрическое сопротивление тела человека и приложенное к нему напряжение также влияют на исход поражения, но лишь постольку, поскольку они определяют значение тока, протекающего через тело человека. Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей. При чистой сухой и неповреждённой коже сопротивление тела человека колеблется в пределах от 2 кОм до 2 МОм. При увлажнении и загрязнении кожи, а также при повреждении кожи сопротивление тела оказывается наименьшим - около 500 Ом, т.е. доходит до значения, равного сопротивлению внутренних тканей тела. При проведении расчётов сопротивление тела человека принимают обычно равным 1 кОм.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3 - 5 см и стальные уголки размером от 40х40 до 60х60 мм длиной 2.5 - 3 м. Применяют также стальные прутки диаметром 10 - 12 мм и длиной до 10 м. Для связи вертикальных электродов используют полосовую сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм. Так как установка расположена выше уровня земли, то технологически будет удобно использовать вертикальный заземлитель. Для большей надёжности заземление желательно продублировать. Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншею глубиной 0.7 - 0.8 м, после чего с помощью механизмов забивают трубы или уголки. В качестве заземляющих проводников, предназначенных для соединения заземляемых частей с заземлителями, применяют полосовую или круглую сталь. Прокладку заземляющих проводников производят открыто по конструкциям зданий, в том числе по стенам на специальных опорах. Согласно требованиям Правил устройства электроустановок сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать 4 Ом в установках с трёхфазной сетью с заземлённой нейтралью напряжением до 1000 В. Для искусственных заземлителей сопротивление одиночного заземлителя в виде трубы или стержня, забитого в землю, определяется по формуле:

, где

- удельное сопротивление грунта, Омсм;

l - длина трубы, см;

d - диаметр трубы, см.

Учитывая, что проводимость верхних слоев грунта имеет большие сезонные колебания в зависимости от влажности и температуры почвы, трубы следует вводить в землю на такую глубину, чтобы от поверхности земли до верхнего конца трубы было расстояние не менее 0,5 метра. Сопротивление одиночного заземлителя в этом случае определяется по формуле:

, где

t - расстояние от поверхности земли до середины трубы.

При расчете необходимо учитывать сопротивление стальной соединительной полосы, величина которой определяется по формуле:,



где lП - длина полосы, см;

b - ширина полосы, см;

h - глубина заложения, см.таблицу 5.2

Таблица 5.2

Вид грунта	Удельное сопротивление, .	Вид грунта	Удельное сопротивление, .
Глина	0.8 - 7	Торф	2
Суглинок	4 - 15	Садовая	3 - 6
Песок	40 - 70	Каменистый	50 - 80
Супесок	15 - 40	Грунтовая вода	2 - 7
Чернозем	0.9 - 53	Речная вода	1 - 7

Обычно необходимая проводимость регулирующего устройства достигается закладкой в грунт нескольких труб, которые соединяются между собой стальной полосой. Трубы располагаются обычно на расстоянии lП = 2 м.

Общее сопротивление многоэлектродного заземления определяется по формуле:

, где

- коэффициент взаимного экранирования, который колеблется в пределах 0,65...1;

n - число заземлителей.

Результирующее сопротивление заземляющего устройства определяется по формуле:

.

Для предварительных расчетов примем: Э = 0,7.

В электроустановках с напряжением до 1000В, с изолированной нейтралью источника питания, сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом. Зная максимальное сопротивление заземлителя, можно определить количество труб в заземлителе. Удельное сопротивление грунта выбирается из таблицы №2.

Преобразуем формулу

к следующему виду:

.

Решая это квадратное уравнение относительно n, можно определить требуемое количество труб в заземлителе.

Для оптимального выбора заземлителя необходимо исследовать изменение требуемого количества труб при изменяемых параметрах l (см) и (1000 Омм) и при неизменяемых параметрах : h = 50 см, d = 5 см, rЗ = 4 Ом, Э = 0,7.

Результаты расчетов сведены в таблицу.

Таблица 5.3

	Удельное сопротивление, .
	1	3	5	10	20	30	35	40	45	50	55	60	70	80
Длина трубы l, см.	100	1	6	11	22	44	67	78	89	100	112	123	134	156	179
	150	1	4	8	16	33	49	58	66	75	83	92	100	117	133
	200	1	4	6	13	26	40	47	53	60	67	74	80	94	107
	250	1	3	5	11	22	34	39	44	50	56	61	67	78	90
	300	1	2	3	9	19	29	34	39	44	49	54	58	68	78
	400		1	4	7	15	23	26	30	34	38	42	46	54	62

Для грунта суглинок удельное сопротивление которого соответственно n = 3...13, при l = 300 cм. Учитывая трудности, связанные с устройством заземления при n = 13 (имеется в виду площадь и количество труб), можно принять n = 5, но при условии наличия защитного отключения на установке.

Схема устройства защитного отключения показана на рис. 5.1:

1 - корпус электроприемника; 2 - предохранители; ОК - отключающая катушка автоматического выключателя; РН - реле напряжения; RО - сопротивление заземления нейтрали; RВ - сопротивление вспомогательного заземления; RП - сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника.

5.4 Расчет адсорбера для очистки воздуха от паров масла

Постановка задачи:

определить размеры, энергозатраты и время защитного действия адсорбера для улавливания паров масла из выхлопа вакуумного насоса. Ресурса адсорбера должно хватить на календарный год работы оборудования (или 1940 часов). Эффективность поглощения должна быть не менее 95%. Начальная концентрация паровоздушной смеси С0=0,005 кг/м3.