Указанным требованиям в наибольшем степени соответствуют резиновые уплотнители «О» образной формы. Такие уплотнители изготавливается в виде колец по ГОСТ 9833-73 и ГОСТ 18829-72 и в виде шнуров по ГОСТ 6467-79.

Уплотнитель предназначен для обеспечения герметичности дроссельного отверстия. В качестве уплотнителя выбираем кольцо 005-008-19-2-2 ГОСТ 9883-73/ГОСТ 18829-73 диаметром 1,20,2мм из тепло-агрессивной резины на основе фторкаучуков марки ИРП-1314, рекомендованной изготовителем фирмой «Валькар Ко» для применения в вакуумных системах.

Конструкция элементов уплотнения должна обеспечить:

Размещение кольца по заданной траектории.

Простоту ремонта уплотнения.

Ограничение максимального усилия на уплотнитель.

Предъявляемым требованиям соответствует канавка типа «ласточкин хвост», образованная в середине газораспределителя (см. приложение). Такая конструкция позволяет компенсировать возможные отклонения диаметра кольца 0,1d мм и легко заменять кольцо. Объем полученной таким образом канавки больше объема кольца с учетом допусков на изготовление и набухания под действием давления среды. В такой конструкции также минимально колебание деформации кольца, вызванное колебанием глубина канавки.

В соответствии с техническими условиями на кольцо [22] относительная деформация сжатия шнура должна быть в пределах, указанных в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Относительная деформация сжатия кольца

Перепад давлений, МПа	Относительная деформация ,%
	Min	Max
0,1	10	40

Размеры канавки должны обеспечить деформацию сжатия кольца для создания необходимого контактного давления p_ko при всех сочетаниях допусков на размеры канавки и кольца. В соответствии с рекомендациями [23]

(3.1)

, (3.2)

где d_min, d_max - соответственно минимальный и максимальный диаметры кольца, мм;

К - поправочный коэффициент, учитывающий сплющивание кольца и изменение его сечения при изменении температуры;

h_min, h_max - соответственно минимальная и максимальная высота кольца в сечении. Смотрите (рис. 3.1).



Рисунок 3.1 Кольцо в разрезе

Учитывая реальный перепад давлений не более 0,1 МПа, относительная деформация кольца находиться в диапазоне, рекомендуемым в таблице 3.1. Кроме того, имеется небольшой запас на компенсацию неплоскостности прилегающих поверхностей.

Таблица 3.2

Рассчитанные параметры кольца

Размеры, мм	Коэффициент	Относительная деформация,%
hmin	hmax	dmin	dmax	K	min	max
1,00	1,40	7,20	8,80	0,98	14,67	32,73

Одним из важных параметров при расчете усилий является усилие сжатия кольца, которое считается по формуле:

, (3.3)

где L_p - периметр контура кольца по его средней линии, мм;

l^o - ширина контактной поверхности сжатого кольца, мм;

p_k - контактное давление на кольцо, МПа.

(3.4)

Ширина контактной поверхности сжатого шнура l^o и контактное давление р_к зависят от относительной деформации. В таблице 3.3 приведены значения , р_к, l^о и Q принятых на основе рекомендаций [24] и рассчитанных значений, приведенных ранее в таблицах 3.1, 3.2.

Таблица 3.3

Рассчитанные параметры уплотнения

	Pk, Мпа	Lo, мм	Lp, мм	Q, Н
0,02	0,1	0,2	50,3	250

Выбор и расчет механизмов прижима для вакуумных устройств тоже очень важен. В нашем устройстве используется в качестве прижима в газораспределителе пьезопривод характеристики которого приведены в разделе 4.

Абсолютное перемещение пьезоэлемента

=250мкм 20%.

При толщине кольца , относительная деформация составит

%.

Из таблицы 3.2 не должно превышать 32.73%. поэтому пьезоэлемент имеет запас хода 7.73%.

Последнее можно скомпенсировать, уменьшив величину управляющего напряжения на пьезоэлементе.



4. Расчет и выбор пьезоэлектрического микропривода

Действие пьезоэлектрических двигателей основано на электромеханическом явлении в твердых телах -- пьезозффекте. Прямой пьезоэффект -- способность генерировать электрический заряд под действием механического напряжения. Обратный пьезоэффект -- способность пьезоматериалов деформироваться под действием приложенного электрического напряжения. Пьезоэффектом обладают кварц, турмалин, сульфат лития и некоторые другие материалы. Из большого числа пьезоэлектриков наибольшее применение в пьезодвигателях, действие которых основано на обратном пьезоэффекте, получила пьезокерамика благодаря её большому пьезоэффекту, механической прочности, технологичности изготовления элементов, желаемой конфигурации и т. д. Пьезоэлектрический эффект в керамике появляется после поляризации сильным электрическим полем, после снятия которого сохраняется остаточная поляризация в результате доменной переориентации вдоль одной из осей, называемой осью поляризации или полярной осью.

В системе координат, связанной с геометрией пьезоэлектрика, полярная ось обычно обозначается цифрой 3, цифрами 1 и 2 обозначаются две ортогональные оси в плоскости, перпендикулярной оси поляризации. Для поляризованной пьезокерамики, обладающей анизотропией в направлении полярной оси, уравнения обратного пьезоэффекта для линейных деформаций по соответствующим осям записываются в виде

(4.1)



где T₁, T₂, T₃ -- механические напряжения растяжения сжатия по соответствующим осям; E₃ -- напряженности электрического поля по полярной оси.

Упругие податливости вида S^E_ij характеризуют связь деформации с механическим напряжением при условии постоянства электрического поля, на что указывают верхние индексы, при приложении лишь одной компоненты механического напряжения, когда другие компоненты поддерживаются постоянными.

Пьезоэлектрический модуль d_ij определяет для случая обратного пьезоэффекта деформацию, вызываемую полем в 1 В/м. Например, модуль d₃₃ описывает воздействие электрического поля, направляемого по полярной оси на продольную деформацию вдоль этой оси, модуль d₃₁, связывает электрическое поле вдоль оси поляризации и деформацию в любом из направлений, нормальном к полярной оси. В частности, поэтому d₃₁=d₃₂.

Деформация пьезоэлемента от приложенного электрического поля связана с переориентацией электрических доменов. Это ведет к диэлектрическому гистерезису, т. е. к несовпадению по фазе электрического поля и поляризации. При подаче переменного напряжения на пьезоэлектрик получаются зависимости деформации от напряжения в виде петель гистерезиса, из которых предельной петле соответствует насыщающее поле, при котором происходит полная доменная переориентация. Гистерезис пьезокерамики не превышает 20%. Уменьшения влияния гистерезиса добиваются схемными путями, линеаризуя характеристику использованием аналоговых элементов памяти [25].

Статическая характеристика пьезоэлемента --зависимость деформации и усилия от значения приложенного напряжения. Если на пьезоэлемент не действуют внешние механические напряжения, т. е. T₁ = T₂=T₃ = 0, то деформация холостого хода получается из (4.1) в виде



(4.2)

Механические напряжения, развиваемые зажатым пьезоэлементом (S_i = 0), из (4.1) определяются так

(4.3)

В частности, если элемент зажат по оси поляризации 3, то он развивает при условии T₁=T₂=0 максимальное механическое напряжение

(4.4)

где Е_ю -- модуль Юнга.

В общем случае механическое напряжение, развиваемое элементом по оси поляризации 3, при T₁=T₂=0

(4.5)

или

(4.6)

Деформация пьезоэлемента в общем случае наличия электрического поля и механического напряжения выразится как

(4.7)

Рисунок 4.1 Пьезоэлектрическая шайба

По уравнениям (4.2) - (4.7) рассчитываются деформации и усилия пьезоэлементов. Для пьезокерамической пластины (рис.4.1) деформация холостого хода по оси поляризации 3 от напряжения U, приложенного между верхней и нижней плоскостями, в соответствии с (4.6) выразится как

,

.

где -- абсолютная величина деформации холостого хода по оси 3, h толщина пластины; U -- напряжение, приложенное к пластине по оси 3. Согласно (4.5), усилие по оси 3



где F_3max=T_3maxS₃; S₃ -- площадь поверхности пластины, перпендикулярной оси 3.

Наибольшее распространение для пьезодвигателей получила пьезокерамика на основе титана и цирконата свинца. В частности в нашем случае используется керамика, основные параметры которой следующие:

удельная плотность

диэлектрическая проницаемость

модуль Юнга

пьезомодуль

Из приведенных выше расчетов видно, что одна шайба не может обеспечить существенных перемещений. Для увеличения деформации и усилия часто применяют пакеты пластин, склеенные токопроводящим клеем и соединенные электрически параллельно.

При перемещении 250 мкм 20% необходимо включение пакета пластин.

Основной проблемой при изготовлении таких пакетов является трудность выполнения акустических и электрических контактов. Акустические контакты требуют совершенства клеевого соединения между торцами пластин. Даже небольшое воздушное или инородное включение между пластинами резко снижает КПД привода. Электрическая схема соединений пьезоэлектрических шайб представлена на рис. (4.2)



Рисунок 4.2 Схема соединений пьезоэлектрических шайб

Основная трудность в организации электрического контакта это высокая вероятность замыкания соседних контактных площадок, в следствии малой толщины шайб (h=0,1 мм). Учитывая последнее изготовить в условиях отечественного производства такие устройства невозможно (по крайней мере, в литературе нет сведений об устройствах с подобными характеристиками). Аналогичные устройства, выпускаемые в Росси имеют параметры на 3-4 порядка меньше. Поэтому в результате информационного поиска были выбраны пьезоприводы австрийской фирмы Festo фирмы LFPA 80003621PH [26].



5. Расчет надежности ГРС

Из показателей надежности нашего устройства необходимо определить вероятность безотказной работы , и интенсивность отказа элементов , суммарную интенсивность отказов и среднее время безотказной работы [27].

Интенсивность отказов - важнейший показатель надежности элементов, равна отношению числа отказавших изделий в единицу времени.

Суммарная интенсивность отказов находится по формуле:

, (5.1)

где - интенсивность отказов элементов,

- количество элементов.

Среднее время безотказной работы:

. (5.2)

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что случайное время безотказной работы будет не меньше заданного [26].

Вероятность безотказной работы, учитывающая экспоненциальный закон распределения случайной величины:

(5.3)



Таблица 5.1

Интенсивность отказов основных устройств ГРС

	N
Резьбовое соединение	70	0.02	0.2
Газораспредилитель	16	18	0.5
Пьезопривод	16	10	0.4
Плата управления пьезоприводом	1	20	0.3

Рассчитаем суммарную интенсивность отказа:

.

Среднее время безотказной работы:

часов.

Вероятность безотказной работы:

.

Далее необходимо рассчитать такие показатели восстанавливаемости аппаратуры, как вероятность восстановления , среднее время восстановления , и случайное время восстановления i - того элемента .

Вероятность восстановления - это вероятность того, что случайное время восстановления будет не больше заданного.

Количественно эта вероятность зависит от конкретного закона распределения случайной величины.

. (5.4)

Для экспоненциального закона распределения эта вероятность определяется:

, (5.5)

- среднее время восстановления для элементов входящих, которое определяется как среднее арифметическое.

, (5.6)

- случайное время восстановления i - того элемента,

- количество отказов.

определяется из выражения:

, (5.7)

- определяется из таблицы.

Среднее время восстановления можно также определить по формуле:

, (5.8)



- вероятность отказа элемента i - той группы, которая определяется по выражению:

. (5.9)

Затем необходимо определить доверительные границы. Предположим, что на испытание поставлено N партий изделий, время испытания которых, тогда суммарная наработка на отказ будет равна:

. (5.10)

Для экспоненциального распределения используется - закон, где - параметрическая функция (т.е. функция долговечности). Произведение должно быть в пределах:

, (5.11)

. (5.12)

Необходимо задаться и - число отказов, после которого прекращают испытания. Учитывая, что можно найти доверительные границы для :



. (5.13)

Случайное время восстановления:

.

Вероятность отказа для элементов каждой группы:

Рассчитаем среднее время восстановления:

часа.

Вероятность восстановления:

.

Определяем доверительные границы. Значение переменных:



, , , , .

Граница слева:

.

Граница справа:

.

Неравенство выполняется как для левой так и для правой части. Это связано с наличием большого числа надежных элементов.

Требуется определить коэффициенты готовности и ремонтопригодности , а также вероятность нормального функционирования и вероятность безотказной работы с учетом восстановления .

Коэффициент готовности:

. (5.14)

Коэффициент ремонтопригодности:

. (5.15)



Вероятность нормального функционирования:

. (5.16)

Вероятность нормального функционирования:

. (5.17)

После расчета необходимо построить графики

и в логарифмическом масштабе (рис.5.1):

Коэффициент готовности:

.

Коэффициент ремонтопригодности:

.

Вероятность нормального функционирования:

.

Вероятность безотказной работы с учетом восстановления:



.

Рисунок 5.1 Зависимости и

По расчетам приведенным в данном пункте составим таблицу 5.2.

Таблица 5.2

Рассчитанные коэффициенты надежности

0.00047 2128	0.91 1	0.5 0.87	0.9 0.1	0.98 0.99



6. Описание схемы натекания газа

По одному каналу подается кислород, по другому аргон. Расход газа поддерживается автоматически с помощью регуляторов расхода РР1 и РР2 типа LR-D-7-MINI (162598) австрийской фирмы Festo с электромагнитным приводом.

Коммутация пневмомагистралей осуществляет коллектор КЛ1, установленным на несущей ранее установке. Точное дозирование газов осуществляется с помощью вибронатекателей НТ1 и НТ2. В камеру вакуумную газы подаются через специальный фланец ФВ1. Поскольку система газовая ГР1 вместе с магнетронами МГ1 и МГ2 перемещается на расстояние 0.46 м в обе стороны, шланги свернуты спиралью чтобы не порвались. Во всей газовой системе в качестве газопроводов используются гибкие полиэтиленовые трубки с внутренним диаметром 6 мм, немецкой фирмы Legris [28].

В качестве газовых соединителей использованы уголковые, прямые, тройные и корпусные фитинги австрийской фирмы Festo.

Набор унифицированных комплектующих обеспечивает быструю, технологичную и качественную сборку газовой схемы исполнителями средней квалификации.



7. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

Проектирование технологического процесса сборки ГРС начинается с тщательного изучения исходных данных (ТУ и технических требований, комплекта конструкторской документации, программы выпуска, условий запуска в производство и т.д.). На основании этого делается заключение о пригодности изделия к промышленному образцу. На данном этапе основным критерием, определяющим пригодность изделий к промышленному выпуску, является технологичность конструкции.

Под технологичностью конструкции (ГОСТ 18831-73) понимают совокупность ее свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий аналогичного назначения при обеспечении заданных показателей качества.

Оценка технологичности преследует цели:

определения соответствия показателей нормативным значениям;

выявление факторов, оказывающих наибольшее влияние на технологичность;

установление значимости этих факторов и степени их влияния на трудоемкость изготовления и технологическую себестоимость изделий.

Вид изделия, объем выпуска, тип производства и уровень развития науки и техники являются главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции изделия. Для оценки технологичности используются качественные и количественные показатели. К качественным относят взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность и инструментальную доступность конструкции. Количественные показатели по ГОСТ 14.205-83 ЕСГПП подразделяются на:

базовые (исходные) показатели, регламентируемые отраслевыми стандартами;

показатели технологичности конструкций, достигнутые при разработке;

показатели уровня технологичности конструкции, определяемые как отношение показателей разрабатываемого изделия к соответствующим базовым значениям.

Номенклатура показателей технологичности конструкций выбирается в зависимости от вида изделия, специфики и сложности конструкции, объема выпуска, типа производства и стадии разработки конструкторской документации. Значения относительных частных показателей технологичности должны находится в пределах 0к1. Отработка конструкций на технологичность в соответствии с ГОСТ 14.205-83 ЕСТПП включает:

1) комплекс работ по снижению трудоемкости и себестоимости изготовления изделий, в который входят:

повышение серийности посредством стандартизации, унификации и группирования изделий и их элементов по конструктивным признакам;

ограничение номенклатуры элементов и применяемых материалов;

преемственность освоенных в производстве конструктивных решений;

снижение массы изделий;

применение высокопроизводительных типовых ТП и средств технологического оснащения;

2) комплекс работ по снижению трудоемкости, цикла и стоимости ремонта и эксплуатации, в который входят:

рациональное выполнение конструкций, обеспечивающих удобство технического обслуживания и ремонта;

повышение надежности и ремонтопригодности конструкции [26].

Основными показателями технологичности согласно ЕСТПП являются:

1. Трудоемкость изготовления изделия:

Т_и = T_i (н/ч), (7.1)

где Т_i - трудоемкость i-й операции; n -- количество операций.

2. Себестоимость технологическая:

С_т == С_м + С_з + С_ин + С_о (руб.), (7.2)

где С_м - затраты на сырье и материалы; С_з - зарплата рабочих; С_ин - стоимость инструмента и оснастки; С_о - расходы на амортизацию и эксплуатацию оборудования.

3. Уровень технологичности конструкции по трудоемкости:

(7.3)

где Т_Б.И. - трудоемкость базового варианта изделия.

4. Уровень технологичности по себестоимости:

К_у.т. = С_т / С_Б.И. (7.4)

где С_Б.И. - себестоимость базового варианта изделия,

Дополнительными техническими показателями технологичности являются:

коэффициент унификации:

К_у = (Е_у+Д_у) / (Е+Д ), (7.5)

где Е_у + Д_у - число унифицированных сборочных единиц и деталей соответственно; Е + Д - общее число сборочных единиц и деталей соответственно;

коэффициент применяемости типовых технологических процессов (ТП):

К_т.п. = Т_т.п. / Т_и, (7.6)

где Т_т.п. - число деталей и сборочных единиц, которые выполняются по типовым или групповым ТП.

3) коэффициент автоматизации и механизации:

К_м.а. = Т_м.а. / Т_и, (7.7)

где Т_м.а - трудоемкость операций, выполненных на автоматическом и полуавтоматическом оборудовании.

Базовые показатели технологичности блоков и узлов, характерных для отрасли изделий установлены стандартом отраслевой системы технологической подготовки производства ОСТ 4ГО.091.219-81.

Для каждого из них определяются семь показателей технологичности, имеющих свою весовую характеристику .

Величина коэффициента весомости зависит от порядкового номера частного показателя в ранжированной последовательности и рассчитывается по формуле:

= g / 2 ^g-1, (7.8)

где g - порядковый номер показателя в ранжированной последовательности частных показателей.

Затем на основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности по формуле:



К = К_ii / _i , (7.9)

Коэффициент технологичности находится в пределах:

0 < К < 1.

Составим таблицу 7.1 рассчитанных результатов.

Таблица 7.1

Показатели технологичности

Tи, н/ч	Ст, руб.	Ку.т.	Ку.с.	Ку	Ктп	Кма
4.3	6751000	2.6	0.86	0.92	0.95	0.65

Оценка уровня технологичности разрабатываемой ГРС при известном нормативе комплексного показателя К_н согласно ГОСТ 14.201-73 выражается отношением величины достигнутого показателя К к нормативному К_н. Это отношение должно удовлетворять условию:

К / Кн 1.

Произведем оценку уровня технологичности:

0.82 / 0.8 = 1.025 1.

На основе полученных данных можно сделать вывод: конструкция изделия технологична, можно разрабатывать техпроцесс.



8. ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

8.1 Обеспечение электробезопасности при эксплуатации системы

В проектируемой системе (с точки зрения безопасности) одним из самых опасных факторов, влияющих на жизнедеятельность человека, является опасность поражения электрическим током.

Оценка опасности поражения заключается в расчёте протекающего тока через человека или напряжения прикосновения U_ПР и сравнения этих величин с предельно допустимыми в зависимости от продолжительности воздействия тока. Эта оценка проводится как в нормальном режиме работы электроустановки, так и в аварийном.

Оценка опасности электропоражения позволяет определить необходимость применения способов и средств защиты, а фактические и предельно допустимые значения U_ПР и I_К служат исходными данными для их проектирования и расчёта.

Ввиду того, что проектируемая система может иметь различную конфигурацию по количеству контролируемых пунктов, месту их размещения и расстояния между ними и центральным пультом управления, будем исходить из следующего. ГРС пусть будет иметь пять контролируемых пунктов и один центральный пульт управления, расположенные в одну линию (рис.8.1).

Контролируемый пункт представляет собой систему шлюза с двумя сдвижными дверями, которые управляются электродвигателем питающимся от сети. Электродвигателем управляет микропроцессорное устройство.

Работу контролируемых пунктов (КП) контролирует центральный пульт управления (ЦПУ), выполненный на базе IBM PC совместимого компьютера. Каждый КП и ЦПУ запитываются от однофазной сети переменного тока. Расстояние между контролируемыми пунктами выбирается равным 10 метрам.

Рисунок 8.1 Заземлители

Исходя из вышесказанного ясно, как важно оценить потенциальную опасность электропоражения. В системе предполагается использовать заземляющие устройства на базе искусственных и естественных заземлителей. Фактические значения напряжения прикосновения Uпр и протекающего тока через человека Iк могут быть определены расчетным путем или экспериментально.

При расчете Iк необходимо знать сопротивление в цепи человека Rск, которое включает в себя сумму сопротивлений тела человека Rк, обуви Rоб и основания Rос, на котором стоит человек, то есть

Rск = Rк + Rоб + Rос. (8.1)

Сопротивление тела человека Rк, принимается равным 1кОм. Сопротивление обуви принимается равным 1,5кОм [29].

Электрическое сопротивление основания Rос зависит от материала и степени влажности пола. Так как очень часто в качестве материала для пола используется бетон, будем сопротивление считать для бетона, пологая, что пол мокрый (худший случай). Тогда из таблицы [29] ,берем:

Rос=0,1кОм.



Следовательно, сопротивление в цепи человека

Rск=1+1,5+0,1=2,6кОм.

Рассчитаем Iк для случая с заземленным проводом (прикосновение к незаземленному проводу)

I_к=U/(Rск+r₀) ,(8.2)

где U -- напряжение сети, равное 660/380В;

г₀ -- сопротивление заземления провода, равное 10 Ом.

Тогда

I_к=380/(2600+10)=0,145А.

Теперь рассчитаем Iк для случая с заземленным проводом (прикосновение к заземленному проводу). При прикосновении к заземленному проводу человек оказывается под воздействием напряжения Uпр, равного потере напряжения в заземленном проводе на участке от места его заземления до места касания:

Uпр= I_нг* r.(8.3)

где I_нг -- ток нагрузки;

r - сопротивление провода на участке от места его заземления до места касания .

В нормальных условиях Uпр невелико. Наибольшее его значение соответствует прикосновению человека к точке в непосредственной близости с нагрузкой и составляет не более 5% напряжения сети. То есть

Uпр=380*0,05=19В (худший случай).

Тогда

I_к=U_пр/R_ск=19/2600=0,007А.

При коротком замыкании между проводами ток резко возрастает и потеря напряжения в проводах достигает почти 100%U. Напряжение прикосновения возрастает практически пропорционально увеличению тока в проводе и при коротких замыканиях может достигать опасных для человека значений, особенно вблизи нагрузки, тогда

I_к=380/2600=0,146А.

Подведя итоги можно сделать вывод, что наиболее опасный случай для человека возникает при прикосновении к проводу при коротком замыкании, когда ток равен 85мА. Неопасным для человека является ток равный 4,2мА [30] при прикосновении к заземленному проводу при нормальном режиме работы.

При выборе средств защиты работающих от электропоражения необходимо учитывать особенности производства и условия эксплуатации оборудования, потребляющего электрическую энергию. Согласно правилам и условиям электробезопасности для обеспечения электробезопасности объекта в случае повреждения изоляции следует применять, по крайней мере, один из следующих способов защиты: защитное заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор и другие.

В проектируемой системе в качестве основного способа защиты выбираем защитное заземление. Оно применяется в электроустановках, питающихся изолированными от земли выводами источника однофазного тока, что применительно к данному случаю.

В системе предусматривается автономная шина заземления технических средств для подключения корпусов устройств, экранов кабелей и подключения логических нулей цепей элементов схем. Основным требованием к автономному заземлению является то, чтобы сопротивление заземляющего устройства между клеммой земли контролируемых пунктов, центрального пульта управления и землей (грунтом) не превышало 4 Ом в любое время года [30].

Расчет заземлителей в проектируемой системе с напряжением до 1кВ выполняют методом коэффициента использования по допустимому сопротивлению заземлителя растеканию тока.

Вначале определим допустимое сопротивление заземляющего устройства R_з.доп. Согласно ПУЭ значение R_з.доп устанавливается в зависимости от напряжения сети и суммарной мощности трансформаторов, питающих эту сеть, а именно: при напряжении до 1000В и мощности менее 1000 кВ*А допустимое заземляющее сопротивление R_з.доп=4Ом. Возможно, на территории, где будет эксплуатироваться СЗКДП, будут присутствовать естественные заземлители, которые можно использовать. Поэтому общее сопротивление заземляющего устройства R_з.у будет складываться из сопротивления естественных и искусственных заземлителей, т.е.

1/ R_з.у=1/R_ест + 1/R_иск < R_з.доп (8.4)

Так как требуемое значение R_з.доп может быть обеспечено только естественными заземлителями, то сначала необходимо выполнить расчет сопротивления естественных заземлителей и полученный результат сравнить с требуемым значением R_з.доп.В виду того, что отсутствуют исходные данные для расчета сопротивления естественных заземлителей, произведем расчет искусственных заземлителей.

Для заземления стационарных установок наибольшее распространение получили групповые искусственные заземлители, размещенные в грунте на определенной глубине. Они представляют собой систему вертикальных электродов, параллельно соединенных горизонтальным проводником. Расстояние (Q) между соседними вертикальными электродами рекомендуется выбирать не менее 2,5 м. Для заземлителей, расположенных в ряд отношение Q к длине (L) вертикального электрода предпочтительно выбирать равным около 2, а при расположении электродов по контуру -- равным 3.

В начале определим сопротивление одиночного вертикального электрода. Предполагается использовать заземлитель стержневой круглого сечения или уголковый у поверхности земли (рис.8.2).

Рисунок 8.2 Заземлитель

Тогда:

R_в=р/(6,28*L)*ln(4*L/d),(8.5)

гдеR_в - сопротивление одиночного заземлителя;

p - удельное сопротивление земли;

L - длина стержня;

d - ширина стержня.

Удельное сопротивление земли (p) определяется эксперемтально и зависит от типа грунта. Из таблицы [31] выбираем наиболее распространенный вид грунта -- почва. Рекомендуемое значение p для почвы равно 200 Ом*м. С учетом коэффицента сезонности (y) из таблицы определим расчетное сопротивление грунта,

p_p=p*y.(8.6)

Коэффициент сезонности y исходя из таблицы для вертикального электрода длиной 3 метра равен 1,5. Тогда

p_p=200*1,5=300 Ом*м

Ширину заземлителя (d) выберем равной 0,05 метров. Теперь найдем сопротивление одиночного заземлителя,

R_в=300/(6,28*2)*ln(4*2/0,1)=20 Ом

Далее определим ориентировочное количество вертикальных электродов (n) с некоторым избытком. Для этого находят произведение коэффицента использования вертикальных электродов (n_в) на их количество (n) по формуле

n*n_в=R_в/R_з. (8.7)

Следовательно,

n*n_в=20/4=5.

Для нахождения числа электродов используем таблицу [31].

Из таблицы видно, что при размещении в ряд получим: n_в=0,77, n=6.

Далее, зная ориентировочное количество электродов, с учетом их размещения в грунте, найдем длину горизонтального проводника связи при расположении в ряд,

l=1,05*(n- 1)*a=1,05*(6-1)*10=52,5 м.

Рассчитаем сопротивление растекания тока горизонтального проводника связи (в виде стальной полосы шириной (b)), соединяющего верхние концы вертикальных электродов из выражения,

R_r=р_р/(6,28*L)*ln(2*l²/b) Ом. (8.8)

Тогда

R_r=300/(6,28*3)*ln(2*52,5²/0,05)=84 Ом.

Результирующее сопротивление искусственного группового заземлителя будет равно,

Rи=R_в*R_r/ (R_в*n_г+R_r*n_в*n) Ом.(8.9)

Тогда

Rи=20*84/(20*0,84+84*0,77*6)=4,14 Ом.

При использовании естественного заземлителя параллельно с искусственным даст нужный результат, и сопротивление заземляющих проводников не превысит требуемого значения.

Таким образом, проектируемый заземлитель состоит из 6 вертикальных стержневых электродов длиной по 2 метра и диаметром 10мм и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 52 метра углубленных в землю (грунт). При таких условиях Rи искусственного заземлителя в самое неблагоприятное время года не превышает 4,14 Ом, при требуемом сопротивлении 4 Ом. Можно сказать, что проектируемый заземлитель соответствует требованиям электробезопасности.



9. Технико-экономическое обоснование

В данном дипломном проекте спроектирована ГРС для МРС, которая предназначена для работы в различных производственных учреждениях.

Особенностью разработки является использование новейшей элементной базы, и принципиально новый подход к улучшению подачи газа такого как аргон и кислород, в МРС.

Предполагаемый объём выпуска новой продукции устанавливается на основе заказов потребителей, выявленного в процессе изучения, рынка спроса, с учётом возможностей и сроков развёртывания производства, материально-технического обеспечения ресурсами всех видов (оборудование, кадры, материалы). Выпуск изделия может носить массовый характер. Исходя из этого, предполагаем физический объём выпуска 400 штук в год. При эффективном функционировании предприятия возможно производство объекта на протяжении нескольких лет. В качестве расчётного периода выберем срок 3 года [31].

9.1 Определение себестоимости товара и рыночной цены проектируемого изделия

Одним из важнейших показателей, характеризующих изделие как объект производства, является его себестоимость. Она включает сумму затрат на производство и реализацию продукции.

По способу отнесения затрат на себестоимость продукции они группируются на прямые и косвенные. Прямые - это затраты, непосредственно связанные с изготовлением определённой продукции и относимые на её отдельные виды. К прямым статьям относятся такие затраты как: сырьё и основные материалы (за вычетом отходов); комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты; основная заработная плата производственных работников.

Косвенные - это затраты которые не могут быть прямо отнесены на себестоимость продукции и рассчитываются по нормативам, установленным в процентах либо к основной заработной плате производственных работников, либо к производственной себестоимости продукции.

Расчёт себестоимости единицы проектируемой техники (С) производится по всем статьям затрат в соответствии с "Основными положениями по планированию, учёту, калькулированию себестоимости на промышленных предприятиях".

Расчет будем выполнять по статьям затрат. Для этого необходимо определить затраты на материалы, которые используются при изготовлении ГРС. Затраты на материалы, используемые при изготовлении ГРС, рассчитываются по следующей формуле:

, руб, (9.1)

где - килограмм i-го материала;

- коэффициент, норма расхода материала на одно изделие;

- цена за единицу, с учётом транспортно-заготовительных расходов.

Расчет затрат на материалы, используемые при изготовлении ГРС, приведён в таблице 9.1.

Таблица 9.1

Затраты на основные и вспомогательные материалы.

Наименование материала	Норма расхода на 1 изделие, кг	Цена за 1кг,тыс. руб	Сумма затрат на 1 изделие, тыс.руб
Припой ПОС-61	0.090	34.85	3.136
Канифоль сосновая марка А	0.200	1.585	0.317
Спирт этиловый ректификованный, высшей очистки, (л)	0.250	6.3400	1.585
Краска НЦ 132, черная	0.040	14.600	0.584
Лак УР-231	0.007	25.600	0.179
Всего	5.801
Итого, с учётом транспортно-заготовительных расходов (5%)	6.091

Величину затрат по статье "Сырье и основные материалы" можно рассчитать по формуле:

, руб, (9.2)

где: - количество i-ых полуфабрикатов и комплектующих изделий, необходимых для сборки единицы изготавливаемой продукции;

- оптовая цена i-го полуфабриката, комплектующего изделия.

- коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы.

Результаты расчёта затрат на комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты приведены в таблице 9.2.

Таблица 9.2

Расчёт затрат на комплектующие изделия и покупные полуфабрикаты

№	Наименование комплектующих изделий и полуфабрикатов	Количество на единицу изделия, шт.	Цена за единицу, тыс. руб.	Сумма затрат, тыс. руб.
	Игла натсекателя	16	1.000	16.000
	Газораспределитель	16	1.500	24.000
	Планка	4	2.500	10.000
	Пробка	16	0.600	9.600
	Стенка	4	3.100	12.400
	Стойка	4	4.700	18.800
	Золотник	16	1.400	22.400
	Крышка	2	3.000	6.000
	Пьезопривод	16	2.000	32.000
Итого:	124.200
Транспортно-заготовительные расходы 5%	5.602
Итого с учётом транспортно-заготовительных расходов:	118.398

Величина затрат по статье "Основная заработная плата производственных работников" определяется по формуле:

, руб, (9.1)

где: - часовая тарифная ставка, соответствующая разряду работы на i-ой операции, руб;

- норма времени на выполнение i-ой операции, мин;

- коэффициент премий.

Расчет основной заработной платы основных производственных рабочих приведен в таблице 9. 9.3.

Таблица 9.3

Расчет основной заработной платы основных производственных рабочих

Наименование	Норма времени tшт мин/шт	Колво элементов,шт.	Раз-ряд работ	Часовая тарифная ставка Тс, тыс. руб.	Сумма ОЗП, тыс. руб
Подготовка прокладок и пробок	0,5	40	3	0.472	0.157
Установка приводов	3	16	4	0.653	0.228
Установка натсекателей	3	16	4	0.653	0.196
Установка стойки	3	4	4	0.653	0.064
Сборка и установка ппривода с натсекателем	10	16	4	0.653	0.108
Пайка волной припоя	0.5	1	3	0.472	0.0787
Межблочный монтаж	5	1	4	0.653	0.109
Настройка	10	2	4	0.653	0.218
Окончательная сборка устройства	8	1	3	0.472	0.263
Контроль	3.0	1	4	0.653	0.327
Всего	1.638
Итого, с учётом премий за выполнение плана (10%)	1.801

Результаты расчета себестоимости и отпускной цены единицы изделия приведены в таблице 9.4.

Таблица 9.4

Результаты расчета себестоимости и отпускной цены

Статьи затрат	Обозначение	Сумма,тыс. руб.	Расчётная формула
1. Сырье и материалы за вычетом отходов		6.091	См. табл. 9.1
2. Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты		118.398	См. табл. 9.2
3. Основная заработная плата производственных рабочих		1.801	См. табл. 9.3
4. Дополнительная заработная плата производственных рабочих		0.360	= 20%
5. Отчисление органам социальной защиты и в фонд занятости		0.778	= 36 %
6. Чрезвычайный чернобыльский налог		0.086	= 4%
7. Износ инструментов и приспособлений целевого назначения		0.216	= 12%
8. Общепроизводственные расходы		2.162	= 120%
9. Общехозяйственные расходы		2.882	= 160%
10. Прочие производст-венные расходы		0.036	= 2%
Производственная себестоимость		140.014112	Спр = Рм + Рк + Зо + Зд + Рсоц + Рчн + Риз + Робп + Робх + Рпр
11. Коммерческие расходы		4.2	= 3%
Полная себестоимость		144.214	Сп = Спр + Рком
12. Плановая прибыль на единицу продукции		50.475	= 35%
Оптовая цена продукции	.	194.689	Цопт = Сп + Пед
13. Отчисления в местный бюджет		4.992	= 2,5%
14. Отчисления в республиканский бюджет		3.503	= 2 %
Итого		203.184	Ц = Сп+Пед+Осф+Осх
15. Налог на добавленную стоимость (20 % от Ц*)		40.636	= 20%
Отпуская (свободная) цена		243.821	Цотп = Сп + Пед + Осф + Осх + НДС

Итак, в результате произведенных расчетов себестоимости и отпускной цены единицы продукции, имеем:

- отпускная цена ГРС: Ц_отп = 243.821 тыс. руб.

- себестоимость ГРС: С_п = 144.214 тыс. руб.

9.2 Расчет сметной стоимости НИОКР

Смета затрат на проведение научно-исследовательских и опытно_конструкторских работ рассчитывается по следующим статьям:

- материалы и комплектующие;

- расходы на оплату труда ;

- отчисления в фонд социальной защиты;

- расходы на служебные командировки;

- услуги сторонних организаций;

- прочие прямые расходы;

- налоги включаемые в себестоимость;

- плановая (нормативная ) прибыль;

- добавленная стоимость;

- налог на добавленную стоимость;

- отчисления на содержание ведомственного жилого фонда и аграрный налог.

Расчет сметной стоимости НИОКР приведен в таблице 9.5.

Таблица 9.5

Расчет стоимости материалов и комплектующих

Наименование	ед. изм.	Количество ед.	Цена,тыс. руб. / ед.	Сумма,тыс руб.
Бумага писчая	Кг	3	5.000	15.000
Ватман (ф.А1)	шт.	10	0.700	7.000
Чертежные принадлежности.	шт.	-	6.000	6.000
Электроэнергия	кВт/ч	130	30	3.900
Итого	31.900
Транспортно-заготовительные расходы (5%)	1.595
Всего	33.495

Расчет основной заработной платы участников НИОКР приведен в таблице 9.6.

Таблица 9.6

Расчёт основной заработной платы

Исполнители	Кол-во	Количество человеко-дней	Средняя ЗП в день, тыс. руб.	Сумма ОЗП,тыс. руб
Научный сотрудник	1	35	4.417	154.623
Инженер	3	70	2.945	206.166
Лаборант	2	70	2.105	147.366
Итого основная заработная плата всех работников	508.155

Полная смета затрат на НИОКР приведена в таблице 9. 9.7.



Таблица 9.7

Смета затрат и договорная цена разработки

Статьи затрат	Условное обозначение	Значение,тыс. руб	Примечание
Материалы и комплектующие	Рм	33.495	Таблица 9.5
Основная зарплата	Зо	508.155	Таблица 9.6
Дополнительная зарплата	Зд	101.631	= 20%
Основная и дополнительная зарплата прочих категорий работ.	ЗПК	4.878	= 0,8%
Отчисления органам социальной защиты	Рсоц	2.195	= 0,36%
Прочие расходы	Рпр	10.163	= 2%
Себестоимость разработки	Спр	716.619	Спр = Рм + Зо + Зд + Рсоц + Риз + Рпр
Плановые накопления	Пед	250.816	= 35%
Отчисления в местный бюджет	Омб	24.806	= 2,5%
Отчисления в республиканский бюджет	Орб	17.673	= 2%
Итого	Ц	992.2423	Ц = Спр + Пед + Омб+Орб

9.3 Расчет экономического эффекта

На основе расчетов, приведенных ранее определим целесообразность внедрения инженерного проекта [31]. Чистую прибыль будем определять по формуле:

П_t = П_едN_t(1 - H_t/100), (9.2)

где П_t - чистая прибыль в году t;

N_t -объем выпуска в году t;

H_t -процент налога на прибыль (24%).

Для определения величины чистой прибыли в последующие годы необходимо учитывать коэффициент приведения. Приведение осуществляется путем умножения разновременных затрат и результатов за каждый год на коэффициент приведения , вычисляемый по формуле:

(9.3)

где t - год, на который осуществляется расчет прибыли;

t_р - текущий год.

При условии предоплаты на сумму начисленной годовой арендной платы за помещение и оборудование (расходы будущих периодов), исходя из стоимости 5000 руб./мес. за 1 м², можно найти стоимость переданной в аренду без права выкупа производственной площади (60 м²):

А = 5000·60·12 = 3 600 000 руб. (9.4)

Расчет чистой прибыли и определение экономического эффекта приведены в таблице 9.8.



Таблица 9.8

Расчёт прибыли и экономического эффекта.

Показатель	Единица измерения	Расчетный период.
		2002	2003	2004	2005
1.Прогнозируемый объем производства	шт.	200	400	400	400
2.Прогнозируемая цена	тыс.руб.	203.1848	203.1848	203.1848	203.1848
3.Себестоимость	тыс.руб.	144.2145	144.2145	144.2145	144.2145
Результат:
4.Чистая прибыль	тыс.руб	8255.84	16511.69	16511.69	16511.69
5.То же с учетом	тыс.руб	8255.84	10319.80	6439.56	4028.85
Затраты:
6.Предпроизводственные затраты (НИОКР)	тыс.руб.	992.2423
7.Аренда оборудования и помещения	тыс.руб.	6662.5	6662.5	6662.5	6662.5
8.Затраты на рекламу изделия	тыс.руб.	50	40	25	15
9.Всего затрат	тыс. руб.	7704.742	6702.500	6687.500	6677.500
10.То же с учетом Кпр	тыс. руб.	7704.742	4189.116	3004.849	1879.957
Экономический эффект:
11.Превышение результата над затратами	тыс. руб.	551.098	9809.800	11429.81	15025.19
12. То же с нарастающим итогом	тыс. руб.	551.098	6130.743	4457.625	3666.146
13.Коэффициент приведения Кпр	-	1	0.625	0.390	0.244

Таким образом инженерный проект экономически эффективен при объеме производства 400 шт/год и анализируя таблицу 9.8 можно сказать, что экономически эффект составляет 2011312.47 тыс.руб за четыре года.

Вывод: сведения о затратах на НИОКР представлены в таблице и составляют 992.2423 тыс.рублей.

При этом: - отпускная цена составила: Ц= 243.82184 тыс. руб.

- себестоимость: С_п = 144.21454 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе дипломного проектирования был разработан газораспределитель магнетронной распылительной системы с пьезоэлектрическим приводом.

Была исследована технологичность конструкции, коэффициент технологичности равен 0.82, разработана технологическая схема сборки и комплект документов на технологические процессы сборки, а именно маршрутная карта.

В результате расчетов были выбраны пьезоприводы австрийской фирмы Festo, для уплотнения дроссельных отверстий были использованы резиновые кольца фирмы «ВалькарКо». Длина зоны газораспределения составила 530 мм, число сопел 16. Уровень надежности получился очень высокий - это связано с количеством надежных деталей входящих в состав ГРС. Габаритные размеры составили 8565540 мм³. Рабочее давление составило 2-8 кПа при не уравновешении по краям 5%.

В результате экономического расчета выяснили, что выгоден разработанный технологический процесс с программой превышающей 2000, экономический эффект за 5 лет составит 2011312.47 рублей.

Рассмотрены вопросы охраны труда и экологической безопасности. А именно, электробезопасность при эксплуатации данного устройства.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Данилин Б. С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы. - М.: Радио и связь, 1982. - 72 с.

2. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. - М.: Радио и связь, 1986. - 282 с.

3. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.

4. Данилин Б.С., Киреев В.Ю., Неволин В.К. Выбор оптимального давления рабочего газа и межэлектродного расстояния в диодных системах ионного распыления и травления. - Электронная техника. Сер. Микроэлектроника, 1976. - 329 с.

5. Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Расчет скорости ионного травления. - Электронная техника. Сер. Микроэлектроника, 1974. - 42 с.

6. Hosokawa N., Tsukuda T., Misumi T. Self-sputtering phenomena in high-rate coaxial cylindrical magnetron sputtering. - J. Vac. Sci. Technol, 1987. - 422 c.

7. Данилин Б.С., Сырчин В.И., Тимофеев П.А. Исследование равномерности нанесения тонкопленочных слоев в магнетронных системах ионного распыления материалов. - Электронная техника Сер. Микроэлектроника, 1978. - 146 с.

8. Данилин Б.С., Неволин В.К., Сырчин В.К. Исследование магнетронных систем ионного распыления материалов. - Физика и химия обработки материалов, 1984. - 278 с.

9. Данилин Б.С., Мотузенко В.И. Получение пленок методом ионного покрытия. - Зарубежная радиоэлектроника, 1982. - 421 с.

10. Wasa K., Hayakawa S. Sputtering in crossed electromagnetic Field. - IEEE Trans. On parts, mater. and pack., 1987. - 139 c.

11. Данилин Б.С., Киреев В.Ю., Сырчин В.И. Энергетическая эффективность процесса ионного распыления материалов и систем для его реализации. - Физика и химия обработки материалов, 1989. - 298 с.

12. Tsukuda T., Hosokawa N., Kobuyashi H. Increase of substrate temperature in high rate coaxial cylindrical magnetron sputtering. - Jap. J. Appl. Phys., 1978. - 329 c.

13. Fraser D. B., Cook H. D. Film deposition with the sputter gun. - J. Vac. Sci. Technol., 1988. - 103 c.

14. Орлов В.И. Применение ионно-плазменных процессов в производстве изделий электронной техники. - Обзоры по электронной технике. Сер. Технология, организация производства и оборудование, 1979. - 621 с.

15. Aronson A.J. Magnetron sputtering using the moving deposition mode. - NTG-Fachber, 1991. - 271 c.

16. Joly J., Ranger J.-B. The use of magnetron sputtering for hibrid integrated circuits manufacturing. - NTG-Fachber, 1992. - 391 c.

17. Данилин Б.С. Вакуумная техника в производстве интегральных схем. - М.: Энергия, 1982. - 254 с.

18. Данилин Б.С., Минайчев В.Е. О рациональном использовании откачных средств для установок ионного распыления и травления материалов. - Электронная техника. Сер. Микроэлектроника, 1984. - 268 с.

19. Hoffman V. New orifice plate offers high film parity for thin film sputtering. Electron. Pack. and prod, 1983. - 435 c.

20. O'Hanlon J.F. Turbomolecular pumps for high gas flow applications. - J. Vac. Sci. Technol., 1989. - 213 c.

21. Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учеб. Для вузов по спец. «Вакуумная техника». - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк. - 231 с.

22. ГОСТ 6467-79. Шнуры круглого резинового сечения и прямоугольного сечения. Технические условия.

23. Анурев В.И. Справочник конструктора-машиностроитетеля В 3-х т. - М.: Машиностроение, 2001. - 319 с.

24. ГОСТ 9833-73. Кольца резиновые круглого сечения для уплотнения гидравлических и пневматических устройств.

25. Сазонов А.А., Корнилов Р.В., Кохан Н.П. Автоматизация технологического оборудования микроэлектроники. - М.: Высшая школа, 1991. - 330 с.

26. Онегин Е.Е., Макаров И.М. Точное машиностроение для микроэлектроники. - М.: Высшая школа, 1992. - 282 с.

27. Боженков В.В., Шахлевич Г. М., Бордусов С. В. Методическое указания по дипломному проектированию для студентов спец. Т08.03.00 «Электронно-оптическое аппаратостроение». - Мн.: БГУИР, 1998. - 78 с.

28. Каталог вакуумного оборудования фирмы Festo. - J. Vac. Sci. Technol., 2000. - 261 с.

29. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. - М: Энергоиздат, 1985. - 224 с.

30. Задачи и расчеты по охране труда по курсу «Охрана труда» для студентов радиотехнических и приборостроительных специальностей. Часть 1 «Защита от электрического тока». - Мн.: МРТИ, 1988. - 98 с.

31. Носенко А.А., Грицай А.В. Методическое пособие по технико-экономическому обоснованию инвестиционных проектов. -Мн.: БГУИР, 2002. - 45 с.



РЕЦЕНЗИЯ

на дипломный проект студента гр. 711101 ФКП

Казущика Андрея Ивановича

на тему: «Газораспределитель магнетронной распылительной системы с пьезоэлектрическим регулятором»

Студент Казущик Андрей Иванович выполнил дипломный проект на 110 листах расчетно-пояснительной записки и 6.5 листах графического материала формата А1.

В дипломном проекте Казущик А.И. провел разработку технологического процесса сборки изделия, произвел расчет пьезоэлектрических приводов, надежности системы и расчет дроссельных отверстий. Обосновал и выбрал комплектующие и материалы для проектируемого устройства.