Алгоритм снижения уравнения механических колебаний по результатам анализа амплитудно частотных характеристик приборов систем управления

Введение

Практически все современные и перспективные автоматизированные технические устройства, системы и комплексы имеют электронные устройства, осуществляющие функции управления, регулирования, координации и связи. При этом круг задач, решаемых с помощью электронной аппаратуры, с каждым годом расширяется, а их сложность возрастает. Оснащенность электронной аппаратурой современных транспортных средств, кораблей, самолетов, спутников, значительно возросла, и отказ в работе хотя бы одного из устройств может привести к отказу всего объекта. Поэтому требования к надежности электронных и электронно-вычислительных средств постоянно растут.
Надежность и стабильность работы электронных средств (ЭС) значительно ухудшается при механических воздействиях - вибрациях, ударах, линейных перегрузках, акустических шумах. Источниками этих воздействий могут быть различные двигатели, быстро вращающиеся разбалансированные массы, дорожная тряска, взрывы и многое другое. Механические воздействия на радиоаппаратуру (РА) приводят к изменению активного сопротивления в полупроводниках; магнитной проницаемости; ферритов нарушению электрических контактов; наводкам и изменению параметров электрических, магнитных и электромагнитных полей; деформации электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и другим отрицательным явлениям [1]. В конечной итоге, они приводят к помехам в каналах передачи информации, так как параметры электрорадиоэлементов и узлов могут претерпеть обратимые и необратимые изменения; к снижению точности работы аппаратуры и даже механическим разрушениям элементов конструкций. Сложность задачи защиты от механических воздействий обусловлена тем, что, несмотря на непрерывное повышение надежности элементной базы (резисторов, конденсаторов, микросхем и других элементов), интенсивность механических воздействий возрастает быстрыми темпами из-за увеличения скоростей подвижных объектов. Кроме того, узлы и блоки ЭС представляют собой сложные механические конструкции, в которых могут возникать резонансные колебания, усиливающие механические нагрузки в десятки раз.
Для обеспечения необходимой надежности и стабильности работы радиоэлектронных средств при интенсивных механических воздействиях применяется ряд способов [1, 5-7]: использование наиболее устойчивых к механическим воздействиям электрорадиоэлементов и узлов; повышение прочности конструктивных элементов;
1) изоляция ЭС от источников механических воздействий; устранение или уменьшение до допустимого уровня резонансных явлений в конструкциях ЭС, достигаемое путем выведения спектров собственных частот колебаний элементов конструкций, за верхнюю границу диапазона частот возмущающего воздействия или увеличением демпфирующих свойств;
2) уменьшение активности источников механических воздействий; применение активной виброзащиты в виде автоматических систем с внешним источником энергии.
Работа проектировщика по обеспечению нормального функционирования ЭС начинается с сопоставления допустимых параметров механических воздействий на электрорадиоэлементы с требованиями технического задания (ТЗ). Если применяемые ЭРЭ удовлетворяют требованиям ТЗ, проводят анализ и устраняют резонансные колебания, а также обеспечивают прочности элементов конструкций всей системы объекта. В случаях, когда устранить или уменьшить резонансные колебания до допустимого уровня не удается, то используют общую или локальную виброизоляцию. Достаточно часто, для обеспечения необходимого уровня защиты и работоспособности аппаратуры применять рассмотренные способы совместно.
Однако, задача обеспечения надежности ЭС при наличии интенсивных механических воздействий тесно связана с другими задачами конструирования, например, такими как обеспечение высоких массогабаритных показателей изделий, обеспечение теплового режима, ремонтопригодности. Это оказывает существенное влияние на выбор тех или иных способов вибро- и ударозащиты или снижения уровня механических колебаний. Например, заливка электронных узлов полимерными компаундами значительно повышает их жесткость и прочность, но ухудшает тепловой режим и ремонтопригодность и поэтому не всегда возможна.
Представленная работа посвящена проблеме актуальной проблеме снижения зависимости работоспособности РЭА от уровня механических воздействий. В работе предложен алгоритм снижения уровня механических колебаний результатам анализа амплитудно-частотных характеристик приборов управления на гармонических колебания.
 

Оглавление
Техническое задание по проекту 3
Перечень сокращений и обозначений 4
Введение 5
Часть 1 (Теоретическая). АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ 8
1.1. Влияние условий эксплуатации на работу радиоаппаратуры 8
1.2. Испытания радиоэлектронных средств на воздействие внешних факторов 12
1.2. Воздействие механических нагрузок на радиоэлектронную аппаратуру 16
1.3. Периодические вибрации и методы их анализа 17
1.4. Анализ и обработка записей вибрации 22
1.5. Обзор вибростендов и характеристик аппаратуры контроля 26
1.5.1. Система SignalStar Scalar-II 27
1.5.2. Система SignalStar Vector-II 29
1.5.3. Система SignalStar Matrix 32
1.6. Заключение. Анализ технического задания, постановка целей и задач исследования 34
Часть 2. (Практическая). ПОДХОДЫ К СНИЖЕНИЮ УРОВНЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ПРИБОРОВ УПРАВЛЕНИЯ 39
2.1. Основные схемы контроля вибрации 39
2.2. Контроль и диагностирование с помощью аппаратуры вибрации 41
2.2.1. Контроль по предельным уровням вибрации 41
2.2.2. Диагностирование по тенденции изменения уровня вибрации 42
2.3. Программные реализации анализа конструкций электронных средств 44
2.4. Расчет систем виброизоляции 48
2.5. Анализ структуры системы виброзащиты 49
2.6. Синтез алгоритма снижения уровня механических колебаний 53
Часть 3. (Экология и безопасность жизнедеятельности). РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ РАБОТЕ НА ВИБРОСТЕНДЕ 59
3.1. Анализ условий труда разработчика 60
3.4. Разработка проекта защиты от поражения электрическим током 69
Часть 4. (Экономическая часть) ЭФФЕКТЫ ОТ РАЗРАБОТКИ АЛГОРИТМА 75
4.1. Планирование процесса разработки 75
4.2. Смета затрат на разработку 83
Заключение 90
Библиографический список 92

Заключение

Электронные средства (ЭС) широко применяются в системах аэрокосмического комплекса и на других подвижных объектах. Работают такие ЭС в условиях воздействия вибраций, ударов и других интенсивных механических воздействий (МВ). Надежность и стабильность работы ЭС при этом без применения специальных средств защиты могут значительно снижаться. Кроме того, как отмечалось в [12] виброиспытания повышают конкурентноспособность продукции на мировом рынке.
Отсутствие контроля за уровнем вибрации вращающихся узлов ведет к дополнительным и необоснованным затратам материальных средств на ремонт оборудования, а также к тяжелым неисправностям, а иногда и авариям.
В качестве причин все более широкого проведения вибрационных испытаний можно отметить:
• Уменьшается время разработки продукции.
• Гарантируется то, что новая продукция будет соответствовать своему назначению.
• Уменьшаются затраты на доработку продукции не прошедшей контроль качества.
• Уменьшаются повреждения при транспортировке с последующим отказом заказчика от покупки.
• Уменьшаются возвраты из-за невыполнения гарантийных обязательств.
Повышение вибропрочности и виброустойчивссти сложных технических изделий и, соответственно, их надежности и качества, требует разработки новых методов и средств виброиспытаний и постоянного совершенствования виброиспытательного оборудования. Проведённый анализ показал, в настоящее время серийные виброиспытательные стенды представляют собой набор автономных блоков, а задача их настройки и регулировки полностью возложена на экспериментатора и на практике решается за счет больших затрат времени и многократного повторения эксперимента.
В работе решается актуальную и востребованную научную и инженерную задача разработки системы автоматического контроля за уровнем механических воздействий на РЭА на основе алгоритма снижения уровня механических колебаний по результатам анализа амплитудно-частотных характеристик приборов управления на гармонических колебаниях.
В разделе безопасности жизнедеятельности описаны опасные и вредные факторы, которые имеют место при эксплуатации электрооборудования. Приведены мероприятия по обеспечению безопасности труда. Произведен расчет заземляющего устройства.
В экономической части работы описаны эффекты от разработки данного алгоритма, заключающиеся в следующем.
Технический эффект: разработана методика снижения уровня механических колебаний по результатам анализа амплитудно-частотных характеристик приборов управления на гармонических колебания;
Экономический эффект: простота разработки алгоритма позволяет создать и внедрить программное обеспечение без больших затрат, не требует обучение для использования программы;
Социальный эффект: программное обеспечение, разработанное на основе данного алгоритма позволит сократить трудозатраты инженера-исследователя, автоматизировать его рабочее место и снизить уровень брака в серийно выпускаемой РЭА при испытании ее на стенде с ПО, разработанному с учетом рекомендаций, сделанных в данной работе.
Был составлен план разработки, составляющий 4 месяца и определена численность исполнителей – три человека. А также смета затрат на разработку, включая материальные затраты, оплата труда разработчиков, отчисления на социальное страхование, амортизация основных фондов, прочие прямые расходы и накладные расходы. Для разработки потребовалась сумма, равная 140600,93 рублей. Таким образом, можно отметить, что все задачи, поставленные в работе решены, и соответствуют условиям технического задания.

Библиографический список

1. Токарев М.Ф., Талицкий Е.Н., Фролов В.А. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.А.Фролова. — М.: Радио и связь, 1984. — 224 с.
2. Вибрации в технике: Справ.: В 6 т. / Ред. совет: В.Н.Челомей (пред.), — М.: Машиностроение, 1978 — 1981.
3. Бабаков И.М. Теория колебаний. — М.: Наука, 1968. — 560 с.
4. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние),1976.—320 с.
5. Ильинский В.С. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. — М.: Радио и связь, 1982. — 296 с.
6. Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. для вузов. – М.: Радио и связь, 1993. – 200с.:
7. Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М. Дискретные модели приборов. — М.: Машиностроение, 1982. – 136 с.
8. Steinberg D.S. Vibrations analysis for electronic equipment. — New York, 1973. – 456p.
9. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле.— М.: Наука. 1967. — 444 с.
10. Прочность, устойчивость, колебания. Справ. в 3-х т. Под ред. И.А.Биргера, Я.Г.Пановнко.—М.: Машиностроение, 1968. т.3 – 568с.
11. Виброзащита радиоэлектронной аппаратуры полимерными компаундами / Ю.В.Зеленев, А.А.Кирилин, Э.Б.Слободник, Е.Н.Талицкий; Под ред. Ю.В.Зеленева. — М.: Радио и связь, 1984. —120 с.
12. Нашиф А., Джоунс Д., Хендерсон Дж. Демпфирование колебаний: Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. - 488 с.
13. Случайные колебания: Пер. с англ. / Под ред. А.А.Первозванцева. — М.: Мир, 1967. — 356 с.
14. Карпушин В.Б. Виброшумы радиоаппаратуры. — М.: Сов. радио, 1977. - 320с.
15. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования / Под ред. Р.Г. Варламова. — М.: Сов. радио, 1980. — 480 с.
16. Талицкий Е.Н. Защита РЭА от механических воздействий: Уменьшение резонансных колебаний: Учеб. пособие. — Владимир: Владим. политехн. ин-т, 1979. - 90 с.
17. Талицкий Е.Н. Виброзащита РЭС полимерными демпферами: Учеб. пособие. — Владимир: Владим. политех. ин-т, 1993. — 86 с. 251
18. Талицкий Е.Н. Расчет вибро-, ударопрочности и устойчивости конструкций электронных средств: Учебн. пособ. — Владимир: Владим. гос. ун-т, 1998. —58 с.
19. Чеканов А.Н. Вероятностные расчеты и оптимизация несущих конструкций: Учеб. пособие. — М.: ИЧП "Издательство магистр", 1997. – 134 с.
20. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов: Справ. — Киев: Наук. думка, 1971. — 376 с.
21.Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем. — М.: Машиностроение, 1970. — 734 с.
22. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. — М.: Наука, 1986. — 512 с.
23. Ковалев Н.А. Прикладная механика: Учебник для вузов. — М.: Высш. шк., 1972 — 400с.
24. Каленкович Н.И., Фастовец Е.П., Шамгин Ю.В. Механические воздействия и защита радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов. — Минск: Выш. шк., 1989. — 244с.
25. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справ. в 2 кн. / Под ред. В.В.Клюева. — М.: Машиностроение, 1978.
26. Болотин В.В. Случайные колебания упругих систем. — М.: Наука, 1979. — 336 с.
27. Никифоров А.С. Вибропоглощение на судах. — Л.: Судостроение, 1979. — 184с.
28. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. — М.: Химия, 1973. — 296с.
29. Рощин Г.И. Несущие конструкции и механизмы РЭА. — М.: Высш. школа, 1981. — 375с.
30. Ruzicka. J.E. Vibration control: Application. Electro-Technology. — 1964. vol.1, N 73, p.75-82.
31. ОСТ 4Г 0.010.009-84. Модули электронные первого и второго уровней радиоэлектронных средств. Конструирование.
32. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. — Киев.: Наук. думка, 1988. — 536 с.
33. Суровцев Ю.А. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Сов. радио, 1974. – 176 с.
34. Трудоношин В.А., Пивоваров Н.В. Математические модели технических объектов: Учеб. пособие для втузов / Под ред. И.П. Норенкова. – М.: Высш. шк., 1986. – 160 с.
35. Секулович М. Метод конечных элементов / Пер. с серб. Ю.Н. Зуева; Под ред. В.Ш. Барбакадзе. – М.: Стройиздат, 1993. – 664 с.
36. Под ред. В.В.Клюева, Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара, М,"Машиностроение", 1978;
37. Брох Е.Т., Применение измерительных систем фирмы "Брюль и Къер" для измерения механических колебаний и ударов, 1973.
38. ГОСТ 16819-71 Приборы виброизмерительные. Термины и определения
39. ГОСТ 24346-80 Вибрация Термины и определения
40. Киселев Ю.В. Вибрационная диагностика систем и конструкций авиационной техники: учебное пособие/ Ю.В. Киселев-Самара, СГАУ, 2010 (электронный ресурс).
41. Дорошко СМ. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей по вибрационным параметрам. М.: Транспорт, 1984.
42. Карасев В. А., Ройтман.А. Б. Доводка эксплуатационных машин. Вибродиагностические методы. М.: Машиностроение, 1986. §11. С. 68—76