Магнитоэлектрический бесконтактный генератор с импульсным регулятором напряжения

Итого отпускная цена исследования составляет 27 миллионов 800 тысяч рублей.

Таблица № 15. Смета затрат на НИР.

	Наименование статьи	Сумма тыс.руб	Удельный вес %
1	Основные и вспомогательные материалы	822,000	4.6
2	Спец. оборудование	4350,000	24.4
3	Основная зарплата исследовательского персонала	6505,200	36.0
4	Дополнительная зарплата	650,520	3.6
5	Отчисления на социальные нужды (38.5% от 3+4)	2754,952	15.3
6	Командировочные расходы	1460,000	8.1
7	Прочие расходы	1500,000	8.3
8	Итого себестоимость	18042,672	100
9	Планируемые накопления (прибыль),(1.5 от 3)	9757,800
10	Цена,(8+9)	27800,472

4.3 Предварительная оценка экономической целесообразности исследования

Как уже отмечалось выше расчет конкретной величины экономического эффекта от данного исследования выполнить не представляется возможным. Однако целесообразность этого исследования можно обосновать опираясь на более высокие технические показатели регулятора напряжения, возможность получения экономии в сфере эксплуатации автотракторной техники при улучшении условий работы электропотребителей машины, а также на перспективность работы в данном направлении.

Несмотря на довольно высокий уровень технико-эксплуатационных характеристик современных источников электроэнергии автотракторной техники, предлагаемый в исследовании импульсный регулятор напряжения повышает надежность работы генератора, является простым электрическим прибором с высоким КПД до 95%, улучшает выходные характеристики, обладает большим быстродействием переходных процессов и при определенных условиях применения дает меньшие массогабаритные показатели.

Так в сравнении с обычным генератором применяемым на выпускаемых автомобилях предлагаемая энергоустановка дает синусоидальное напряжение, обладает более высокой стабильностью напряжения (не хуже 0.2 В), дает высокую частоту пульсаций тока (20кГц) при любой частоте вращения привода генератора.

Отмеченные характеристики при существующих потребителях электроэнергии приведут к возрастанию ресурса их работы и дадут экономию издержек в эксплуатации. Известно, что колебания напряжения в сети свыше 10 % приводят к сокращению ресурса осветительных приборов (ламп) более чем в 2 раза, кроме того такой дорогостоящий прибор как аккумуляторная батарея также значительно сокращает свой срок службы в условиях нестабильности напряжения в сети машины или трактора. Однако главным аргументом состоятельности данной работы является, на наш взгляд, перспективность использования с данным источником питания современной микропроцессорной техники, позволяющей управлять системами машины более точно, надежно, безопасно, освобождая оператора от трудоемкости работы. Применение электронной системы подачи топлива, автоматическое управление тормозами, фрикционами машины и другие усовершенствования имеющиеся в современных легковых автомобилях находят применение и в более тяжелых транспортных машинах. Использование же современной микропроцессорной техники невозможно на существующих источниках питания. Данная разработка открывает такую возможность.



5. Безопасность жизнедеятельности

5.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов (ОФВП)

Оценивая рассматриваемую в проекте генераторную установку с точки зрения ОФВП необходимо отметить, что отсутствие скользящих контактов, простота конструкции и технологии изготовления является предпосылкой более высокой надёжности и безопасности генератора по сравнению с контактными электрическими машинами.

Напряжение бортовой сети автотракторного средства и соответственно генераторной установки не превышает 24-28 В, что по ГОСТ 12.1.038.-82 считается безопасным для человека.

Сам генератор крепится непосредственно к двигателю и находится в подкапотном пространстве, что исключает несанкционированный доступ в процессе работы. При правильной эксплуатации, соблюдении регламента обслуживания и ремонта автотракторные генераторы являются безопасными и надежными машинами.

Опасные воздействия и вредные факторы могут проявится при сочетании неблагоприятных обстоятельств, как правило, связанных с нарушением условий работы и обслуживания.Рассмотрим потенциально возможные опасные и вредные воздействия на человека в процессе эксплуатации, обслуживания и при ремонте автотракторной генераторной установки.

При эксплуатации генераторной установки могут возникнуть следующие опасности:

плохое ненадежное крепление подводящих проводов силовой цепи, а также загрязнение и окисление переходных контактов может привести к искрению и, учитывая довольно значительные токи нагрузки, к перегреву и даже оплавлению электроизоляции проводов. В случае одновременной неисправности в системе питания двигателя в виде утечек топлива возможен пожар;

проскальзывание приводного ремня генератора при недостаточном его натяжении может привести к падению мощности и перебоям в работе генератора, которые в свою очередь могут повлиять на работу всего электрооборудования автотранспортных средств (АТС) вплоть до его остановки;

поломка шкива или обрыв приводного ремня генератора влечёт за собой остановку генератора и обесточивание всех энергопотребителей, что особенно опасно в темное время суток, а в случае электронного привода рейки топливного насоса высокого давления двигателя приведёт к остановке двигателя;

неточность и ненадежность механического крепления генератора к двигателю, а также статическая и динамическая разбалансировка электрической машины создают вибрации и как следствие шум. Кроме того, шум могут создавать изношенные и несмазанные подшипники вращающихся частей, поврежденные лопатки вентилятора охлаждения генератора. Шум суммируясь с шумами остальных агрегатов машины вредно воздействует на человека. Хотя на фоне других источников вибраций и шума генераторные установки занимают не первое место.

Таким образом при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания генераторная установка автотракторной техники является безопасной, а возможные опасности и вредности могут возникнуть лишь при определенном сочетании, случайных факторов, обычно связанных с аварийными ситуациями, с нарушением условий эксплуатации и правил обслуживания.

Обслуживание генераторной установки достаточно простое и не требует трудоёмких операций. Смазка подшипников обычно закладывается на весь срок службы генератора до кап.ремонта. Регламентные работы ограничиваются очисткой от пыли и грязи, проверкой крепежа и натяжением приводного ремня генератора.

При обслуживании генераторной установки непосредственно на машине предполагается доступ в подкапотное пространство, где следует учитывать такие опасные факторы:

наличие вращающихся частей при работе двигателя и генераторной установки может привести к повреждению рук или попаданию посторонних предметов, что чревато механическими повреждениями, ушибами, микротравмами;

повышенная температура агрегатов двигателя (до 100 С и выше), хотя она и не обусловлена непосредственно работой генераторной установки может приводить к ожогам при выполнении регламентных работ по очистке, проверке натяжения ремня и проверке крепежа;

работа с ручным инструментом, ключами, отвертками при неаккуратном обращении с ними может приводить к микротравмам и ушибам кожного покрова.

Таким образом при обслуживании генераторной установки непосредственно на машине не имеется специфических опасных факторов и вредностей, поэтому в данном случае достаточно общих правил безопасности характерных для слесарно-монтажных работ.

При ремонте генераторной установки связанном со снятием её с машины число опасных факторов возрастает пропорционально возрастанию объёмов работ. Как правило, все ремонтные работы проводятся в стационарных ремонтных мастерских. Следовательно, несоблюдение правил безопасности при организации работ, санитарных и гигиенических требований могут повлечь серьёзные последствия.

При проведении ремонтных работ необходимо учитывать следующее:

при пайке электропаяльником возможны поражения электрическим током и ожоги. Также вредное воздействие могут оказать пары олова, свинца, паяльной кислоты и паяльных смол Выделяющихся при пайке;

неправильное обращение с электроинструментом, отсутствие у инструмента заземления, повреждение изоляции проводов приводит к электротравмам человека;

коррозия, неисправности резьбовых соединений, неисправность и загрязнение инструмента, а также работа замасленными руками являются причиной срыва ключей и болтов, нанесением рабочему персоналу травм.

Кроме того, причинами травм и переломов могут быть: падение инструментов и приборов, а при снятии и установке генератора закрывание капота или поднятой кабины, не поставленных на прадохранительные упоры, или поломке запорного механизма.

допуск людей не прошедших инструктаж по технике безопасности и не умеющих работать на испытательном и диагностическом оборудовании может привести к поломке оборудования, созданию аварийной ситуации опасной для человека.

Кроме того, отсутствие средств механизации и технологии снятия и установки агрегата, выполнение работ вручную приводит к ухудшению качества работы, затратам во времени и средствах.

Нужно отметить, что опасные факторы учитываемые при ремонте включают в себя и те факторы, которые были рассмотрены при техобслуживании и эксплуатации генераторной установки, а также: безопасность на рабочем месте, безопасность помещений, инструмента и т.п .

Ремонт генераторной установки содержит комплекс различных опасных производственных факторов, от общих, относящихся ко всем ремонтным предприятиям до чисто специфических, по работе диагностического оборудования и т.д, связанных с физической природой самих бесконтактных электрических машин. В основном, большинство факторов связано со стандартными, возникающими на рабочем месте в ремонтной мастерской.

5.2 Меры безопасности и устранение воздействия ОФВП

Соблюдение правил эксплуатации является залогом безопасной и безотказной работы агрегатов и безопасности человека, но воздействие рассмотренных выше неблагоприятных факторов может вызвать аварийные ситуации опасные и вредные для человека. Поэтому при обеспечении безопасности и безвредности генераторной установки необходимо соблюдать ряд мер:

особое внимание при эксплуатации надо уделять хорошему креплению проводов силовых цепей;

периодически проверять крепление генератора и подсоединительных проводов, состояние клемм, очищая их по мере необходимости от окислов, отключив предварительно аккумуляторную батарею;

из-за искрения контактов и возможного оплавления изоляции проводов может возникнуть пожароопасная ситуация, поэтому необходимо чтобы трактор был укомплектован огнетушителем. Чаще всего используют серийно выпускаемые огнетушители типа ОПУ-2-03 , для устранения очага горения;

внимательно следить за показаниями контрольно-измерительных приборов (амперметра, вольтметра, контрольных ламп), которые могут сигнализировать о проскальзывании ремня привода генератора или неисправности регулятора напряжения, и при необходимости отрегулировать натяжение ремня или заменить регулятор;

перед выездом и при возвращении на место стоянки или гараж обязательно производить контрольный осмотр машины;

Кроме того: для обеспечения нормальной работы генератора необходимо содержать его в чистоте, но не допускается мыть генератор дизельным топливом, бензином, струёй воды под давлением.

на автотракторном средстве должен быть набор медикаментов для оказания первой медицинской помощи. Набор помещается в специальный футляр, находящийся в кабине;

для защиты органа слуха при работе на тракторе следует пользоваться противошумными вкладышами марки "Беруши" или другими, соответствующими требованиям ГОСТ 12.4.051-87.

При техническом обслуживании особое внимание нужно уделять тому чтобы:

обслуживание проводилось регулярно через определенные промежутки времени;

работы по регулировке натяжения ремня должна проводится при остановленном двигателе;

при проверке величины напряжения генератора вольтметром, пустить двигатель, установить частоту вращения коленчатого вала близкую к номинальной.

Не допускается менять полярность при подключении аккумуляторных батарей, и даже кратковременное замыкание выводов генераторной установки на "массу";

нельзя использовать для промывки деталей этилированный бензин. Работать грязными руками, неисправным замасленным инструментом.

Ремонт генератора предполагается в авторемонтной мастерской, в электротехническом отделении. Общая система мероприятий по безопасности труда при ремонте должна соответствовать ГОСТ 12.3.017-79 "Ремонт и техническое обслуживание автомобилей", ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное", ГОСТ 12.3.002-75 "Процессы производственные", а также СН 1024-73 "Санитарным правилам организации технологических процессов и гигиеническим требованиям к производственному оборудованию".

Слесарь по ремонту должен:

строго выполнять правила и требования безопасности труда, правильно применять средства защиты при выполнении отдельных операций;

владеть безопасными приемами выполнения основных слесарных операций, рационально подбирать необходимый инструмент и соответствующие приспособления;

При ремонте необходимо соблюдать следующее:

столы для пайки должны быть снабжены вытяжными вентиляционными установками, помимо вытяжной вентиляции в таком помещении необходимо предусматривать естественную вытяжку из верхней зоны площадью 0.12-0.15 ;

при использовании переносных электроинструментов напряжением 110-220В в помещениях (независимо от их категории) необходимо предусматривать защитный пускатель, обеспечивающий дистанционное управление и мгновенное отключение от сети электроинструментов в случае замыкания на корпус;

инструменты всегда должны быть чистыми. Во избежание травм не следует выполнять рукоятки инструментов из мягких пород древесины(сосны, ели, пихты и др.);

гаечные ключи должны быть исправными и строго соответствовать размеру гаек и головок болтов, обеспечивать удобство пользования ими и обладать высокой прочностью и износоустойчивостью.

Кроме того нужно учитывать требования по:

организации рабочих мест;

безопасности после окончания работ;

средством индивидуальной защиты.

В целом, при ремонте не существует четко определенных особенностей связанных с генераторной установкой. Поэтому необходимы общие требования безопасности для авторемонтных мастерских.

5.3 Пожаробезопасность

Помещения электромеханических мастерских весьма опасны в пожарном отношении, так как находятся вблизи других участков авторемонтных работ.

Источниками пожаров могут стать короткие замыкания, перегрузки, искрения, разлитое масло и топливо, пары бензина и нефтепродуктов.

Поэтому для отделки помещения необходимо использовать огнестойкие материалы: кирпич, стекло, металл с высоким пределом огнестойкости.

Предусмотреть пути эвакуации людей и имущества. Устанавливать тепловые и комбинированные датчики реагирующие на тепло и дым в радиусе до 5 м.

По ГОСТ 12.4.009-75 необходимо наличие на рабочем месте средств пожаротушения (огнетушители ОУ-5, ОХП-10, ОВП-10 и др., противопожарный инвентарь, песок , другие виды грунта).

5.4 Эргономика и производственная эстетика

Подгруппа эргономики (ГОСТ 16035-81) характеризует систему человек-машина и содержит:

требования к конструкции, обеспечивающие соответствие размеров конструкции размерам частей тела и рабочей позе оператора при работе, обслуживании и ремонте генератора. Взаимное расположение элементов должно способствовать оптимальному режиму труда и отдыха, снижению утомляемости оператора, предупреждению появления ошибочных действий.

Производственное помещение должно соответствовать требованиям технической эстетики. Правильная окраска помещения не только способствует снижению психофизиологических нагрузок, но и улучшает условия зрительных работ. Следует иметь в виду, что зеленые, голубовато-зеленые, салатные и желтые цвета благоприятно влияют на зрение и психофизиологические функции человека, способствуют повышению производительности труда, снижают утомление.



Заключение

В данном дипломном проекте была сделана попытка предложить альтернативный источник энергии, состоящий из генератора с постоянными магнитами и импульсного стабилизатора напряжения. Предлагаемая энергоустановка дает синусоидальное напряжение, обладает более высокой стабильностью напряжения (не хуже 0.2 В), дает высокую частоту пульсаций тока (20кГц) при любой частоте вращения привода генератора. Главным аргументом состоятельности данной работы является, перспективность использования с данным источником питания современной микропроцессорной техники, позволяющей управлять системами машины более точно, надежно, безопасно, освобождая оператора от трудоемкости работы.

Применение электронной системы подачи топлива, автоматическое управление тормозами , фрикционами машины и другие усовершенствования имеющиеся в современных легковых автомобилях находят применение и в более тяжелых транспортных машинах. Использование же современной микропроцессорной техники затруднено на существующих источниках питания. Данная разработка открывает такую возможность.



Список сокращений

АМ асинхронная машина,

АТ автотракторный,

БСМ бесконтактная синхронная машина,

БЭМ бесконтактная электрическая машина,

ВВ вращающийся выпрямитель,

ГУ генераторная установка,

ИС интегральная схема,

ИНР интегральный регулятор напряжения,

ИМ индукторная машина,

МС микросхема,

НИР научно-исследовательская работа,

ПМ постоянный магнит,

РЗМ редкоземельные материалы,

ТЭО технико-экономические показатели,

ФУ функциональный узел,

ЭРЭ элемент радиоэлектронный.



Приложение

Текст программы моделирования

Uses Graph,Crt;

{-----Программма SHIM-OC.PAS-----}

Const

numur = 1;

tochperiod:integer=100;

maxtoch=1;

graphtoch:integer=1;

Linestyle=0;

Pattern=0;

Thickness=1;

Type

perem=array[1..numur] of real;

grmas=array[0..640] of real;

CharactMas=array[1..maxtoch] of real;

var

GMaxX,GMaxY,ZP:integer;

r,L,tpil,kpil,U,Upil,Uupr,Uoc,Uzad:real; { <-- Начальные переменнные }

Uvx,Kyc,q:integer; { <-- для расчета. }

t,h,K,L1,per:real;

m1,t1,i,K1,n,gr,gr1,numtoch,Tn:integer;

y,d,p,s:perem;

Text,st:string;

y1g,tg,Ug,Uzadg,Upilg,Uuprg:grmas;

c,ch:char;

mode:integer;

Procedure SetGraphWindow(x1,y1,x2,y2,ZeroPos:real);

begin

GMaxX:=round(abs(x2-x1)* GetMaxX);

GMaxY:=round(abs(y2-y1)* GetMaxY);

ZP:=round(GMaxY*ZeroPos);

SetViewPort(round(x1*GetMaxX),round(y1*GetMaxY),

round(x2*GetMaxX),round(y2*GetMaxY),ClipOn);

end;

procedure ReDraw;

begin

ClearViewPort;

SetColor(GetMaxColor);

SetBkColor(Black);

Line(0,0,0,GMaxY);

Line(0,ZP,GMaxX,ZP);

Line(0,0,3,7);

Line(GMaxX,ZP,GMaxX-6,ZP-3);

Line(GMaxX,ZP,GMaxX-6,ZP+3);

OutTextXY(627,67,'t');

end;

procedure Start;

var gd,gm:integer;

begin

gd:=Detect;

InitGraph(gd,gm,'');

end;

procedure DrawGraf(var y:grmas; MaxY:real; MX,color:integer);

var i:integer;

bg:real;

begin

if ZP>=(GMaxY div 2) then bg:=MaxY/ZP else bg:=MaxY/(GMaxY-ZP);

SetColor(Color);

MoveTo(1*MX,ZP-round(y[0]/bg));

for i:=1 to numtoch div (graphtoch+1) do

LineTo(i*MX,ZP-round(y[i]/bg));

end;

procedure DrawPeriod(var y:grmas; MaxY:real; MX,color:integer);

var i,j:integer;

bg:real;

begin

if ZP>=(GMaxY div 2) then bg:=MaxY/ZP else bg:=MaxY/(GMaxY-ZP);

SetColor(Color);

MoveTo(0*MX,ZP-round(y[0]/bg));

j:=1;

for i:=1 to numtoch div (graphtoch+1) do

if j > (tochperiod div (graphtoch+1)) then

begin

MoveTo(0*MX,ZP-round(y[i]/bg));

j:=1;

end

else

begin

LineTo(j*MX,ZP-round(y[i]/bg));

j:=j+1;

end;

end;

procedure OutPer(Per:real;XX,YY:integer;st1:string);

var st:string;

Per1:Longint;

begin

Per1:=Round(Per);

str(Per1,st);

OutTextXY(XX,YY,St);

OutTextXY(XX-40,YY,St1);

end;

procedure runge(i,n:integer;h:real;var t:real;var p,s,d,y:perem);

var j:integer;

begin

case i of

1 : begin

for j:=1 to n do begin

s[j]:=y[j];

p[j]:=d[j];

y[j]:=s[j]+0.5*h*d[j];

end;

t:=t+0.5*h;

end;

2 : begin

for j:=1 to n do begin

p[j]:=p[j]+2.0*d[j];

y[j]:=s[j]+0.5*h*d[j];

end;

end;

3 : begin

for j:=1 to n do begin

p[j]:=p[j]+2.0*d[j];

y[j]:=s[j]+h*d[j];

end;

t:=t+0.5*h;

end;

4 : for j:=1 to n do

y[j]:=s[j]+(p[j]+d[j])*h/6.0;

end; {case}

end;

function Uimp(t1,tpil,kpil,Uupr:real;Uvx,tochperiod:integer):integer;

begin

tpil:=(t1-(tochperiod*trunc(t1/tochperiod)));

Upil:=kpil*tpil;

if Uupr>Upil then Uimp:=Uvx else Uimp:=0;

end;

{-------------------Тело программы--------------------------}

begin

Repeat

K:=0; K1:=1;

Writeln('Ввод q ?');

Readln(q);

Writeln('Ввод Uzad ?');

Readln(Uzad);

Writeln('Ввод Uvx ?');

Readln(Uvx);

Writeln('Ввод Kyc ?');

Readln(Kyc);

Writeln('Ввод количества периодов Tn ?');

Readln(Tn);

Repeat

per:=0.00005;t:=0;y[1]:=0;numtoch:=Tn*100;r:=1;

{---Ввод изменяемых начальных параметров ШИМ-II---}

Upil:=0;Uupr:=0;Uoc:=0;kpil:=q/tochperiod;L1:=0.0002;

repeat

tg[0]:=t;

y1g[0]:=y[1];

Ug[0]:=U;

Upilg[0]:=Upil;

Uuprg[0]:=Uupr;

Uzadg[0]:=Uzad;

h:=per/tochperiod;

graphtoch:=numtoch div 640;

gr:=1;

gr1:=graphtoch;

TextMode(co80);

for t1:=1 to numtoch do begin

U:=Uimp(t1,tpil,kpil,Uupr,Uvx,tochperiod);

for i:=1 to 4 do begin

d[1]:=(U-(y[1]*r))/L1;

runge(i,numur,h,t,p,s,d,y);

end;

Uoc:=(y[1]*r);

Uupr:=(Uzad-Uoc)*Kyc;

if gr1>0 then gr1:=gr1-1

else

begin

tg[gr]:=t;

y1g[gr]:=y[1];

Ug[gr]:=U;

Uzadg[gr]:=Uzad;

Upilg[gr]:=Upil;

Uuprg[gr]:=Uupr;

gr1:=graphtoch;

gr:=gr+1;

end;

writeln(t:4:3);

end;

{----- Постpоение гpафиков ----}

start;

SetGraphWindow(0,0,1,1/3,0.5);

ReDraw;

DrawGraf(Ug,110,1,White);

OutPer(Tn,530,90,'N=');

OutPer(Uvx,530,110,'Uвх=');

OutPer(Kyc,530,130,'Kyc=');

OutTextXY(5,1,'Uиэ');

SetGraphWindow(0,1/3,1,2/3,0.5);

ReDraw;

DrawGraf(y1g,50,1,White);

OutTextXY(5,1,'Iвых');

SetGraphWindow(0,2/3,1,1,0.5);

ReDraw;

DrawGraf(Uuprg,35,1,White);

DrawGraf(Upilg,35,1,LightGray);

DrawGraf(Uzadg,35,1,White);

OutTextXY(5,1,'Uпил,Uзад,Uупр');

repeat

c:=readkey;

case c of

' ':ReDraw;

't','T': begin

mode:=GetGraphMode;

RestoreCRTmode;

Repeat

Writeln('Step ?');

Readln(m1);

Until m1>0;

t1:=0;

n:=0;

repeat

if (t1 mod m1)=0 then

begin

writeln('t=',tg[t1]:7:5,' Iвых=',y1g[t1]:7:5,' Uвх=',Ug[t1]:7:5,' Uzad=',Uzadg[t1]:7:5,'

Uuprg=',Uuprg[t1]:7:5,' r=',r:7:5);

n:=n+1;

if (n mod 24)=0 then begin readln; n:=0; end;

end;

t1:=t1+1;

until t1=numtoch div (graphtoch+1);

ReadLn;

SetGraphMode(mode);

SetGraphWindow(0,0,1,1/3,0.5);

ReDraw;

DrawGraf(Ug,35,1,LightGreen);

SetGraphWindow(0,1/3,1,2/3,0.5);

ReDraw;

DrawGraf(y1g,30,1,LightRed);

SetGraphWindow(0,2/3,1,1,0.5);

ReDraw;

DrawGraf(Uuprg,35,1,White);

DrawGraf(Upilg,35,1,LightGray);

DrawGraf(Uzadg,35,1,White);

end;

end;

Until (c=#13)or(c='=');

CloseGraph;

Until (c=#13);

K1:=K1+1;

Until K1=maxtoch+1;

CloseGraph;

ch:=readkey;

Writeln('Выход ?- "Y" ');

Readln(ch);

Until (ch='Y')or(ch='y');

end.