CC BY
30
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
ровки пороговых предохранительных электромеханических приборов.
Описанные пути решения конструкторских задач, на примере выполнения опытно-конструкторских работ по созданию надежного электромагнитного поляризованного переключателя, убедительно показали их эффективность. Однако для обеспечения возможности использования создаваемых в ходе проведения опытно-конструкторских работ технических решений в качестве базовых при последующих разработках устройств подобного назначения все же целесообразно принимать к разработке конструкции, имеющие значительные конструктивные запасы, с целью выполнения возможных дополнительных требований, предъявленных как в ходе разработки, так и при последующих модернизациях.
По результатам проведенных работ таким требованиям в полной мере отвечают конструкция электромагнитной системы переключателя с использованием высокоэнергитических постоянных магнитов, оснащенная механизмом преобразования малого угла поворота якоря в увеличенный угол поворота перемыкателя контактной системы (рисунок 5), и конструкция электромагнитной системы переключателя, непосредственно обеспечивающая
увеличенный угол поворота якоря и движущий момент, создаваемый на поворотном якоре (рисунок 8).
Магнитопробод
МагнитопроЬод
Рисунок 8 - Конструкция электромагнитной системы с увеличенным углом поворота якоря
ЛИТЕРАТУРА
1 Китаев В.Н., Китаева Е.Н., Новоселова Н.В., Конструкция контакта для контактной системы электромеханического прибора, Надежность и качество -2013.: труды Международного симпозиума.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. - Пенза.: Изд-во ПГУ, 2013. - 2 т. - 418 с., с 131-132.
2. Кочегаров И.И. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов печатных плат методом оптического контроля / Кочегаров И.И., Ханин И.В., Лысенко А.В., Юрков Н.К., Алмаметов В.Б. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2013. № 3 (27). С. 105114.
3 Электромагнитный поляризованный переключатель, патент РФ №2 529 642, H01H 51/00, опубликовано 29.09.2014.
4 Китаев В.Н., Бабушкина Е.В., О создании новой конструктивной схемы электромагнитного поляризованного переключателя, Надежность и качество -2013.: труды Международного симпозиума.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. - Пенза.: Изд-во ПГУ, 2013. - 2 т. - 418 с., с 132-134.
5 Электромагнитный поляризованный переключатель, положительное решение по заявке 2013131673 от 09.07.2013, H01H 51/22, опубликовано 27.01.2015.
УДК 621.371
Китаев В.Н., Деев С.А.
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е. И. Забабахина», Снежинск, Россия
ВОЗМОЖНОСТИ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ БАЗОВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В технических заданиях на ОКР по разработке электромеханических приборов системы автоматики может быть предъявлено требование о том, что разрабатываемый прибор должен являться базовой конструкцией при создании приборов аналогичного назначения. Данное требование обычно воспринимается конструктором, при многообразии тематики и уникальности каждого разрабатываемого прибора, как формальное и ни к чему не обязывающее. При создании конструкций приборов разработчик в первую очередь старается обеспечить выполнение основных требований технических заданий, определяющих технические характеристики приборов [1, 2]. Однако, как показывает многолетний опыт работы конструктором, требование по базовой конструкции следует рассматривать как одно из основных.
В настоящей статье рассматриваются примеры создания электромеханических приборов для систем автоматики технических объектов с использованием ранее разработанных базовых конструктивных элементов, подтверждающие актуальность внутри приборной унификации при решении конструкторских задач.
В электромеханических приборах, разрабатываемых для использования в технических объектах и различных системах этих объектов, можно выделить основные конструктивные элементы, которые, хотя и в различном конструктивном исполнении, входят в конструктивные схемы приборов, то есть являются характерными для этих приборов.
Разрабатываемые предприятием электромеханические приборы обычно предназначены для коммутации электрических цепей систем технических объектов, то есть в состав их конструкций вхо-
дят контактные системы. Конструкторские решения контактных систем весьма разнообразны и определяются требованиями по величине токов в электрических цепях, требованиями по переключению и сохранению замкнутого состояния контактов при воздействии виброударных нагружений, а также продолжительностью и условиями эксплуатации.
Однако удачные конструкции контактов и контактных систем действительно становятся базовыми конструкциями и находят применение в других разрабатываемых электромеханических приборах как не вызывающие у разработчика сомнений в их эффективности и надежности в создаваемой конструкции. При этом для различных требований по величинам токов в электрических цепях и условиям работы разработаны соответствующие этим требованиям и условиям технические решения контактов и контактных систем.
В разрабатываемых электромеханических приборах находят широкое применение контактные системы с подвижными упругими контактами, закрепленными на токовыводах лазерной или точечной дуговой сваркой и неподвижными контактами, конструктивно совмещенными с другими токовыводами. Для обеспечения стабильных электрических параметров по падению напряжения в контактном переходе на места контактирования обычно наносится золотое или серебряное гальваническое покрытие. При этом выполнение покрытия, вместо ранее традиционных золотых и серебряных контактов, позволило значительно повысить собственные частоты упругих контактов и вывести их за диапазон возможных эксплуатационных вибрационных воздействий, что обеспечило вибропрочность контактов. Форма упругого контакта, для увеличения его
рабочей длины в ограниченном пространстве несколько усложняется, однако при этом значительно увеличивается и упругий прогиб. В подобных контактных системах обычно небольшие межконтактные зазоры, требующие небольших углов поворота их приводов переключения.
Из-за этой особенности наиболее широкое применение контактные системы с упругими подвижными контактами нашли в малогабаритных электромагнитных поляризованных переключателях и реле, электромагнитные системы которых обычно обеспечивают небольшие (порядка 6-7°) углы поворота якоря.
По причине простоты и технологичности конструкции заимствованные из этих контактных систем контакты также применяются в качестве контактов управления (отключения) и контактов контроля исходного и переключенного состояний в контактных системах других электромеханических приборов.
Для обеспечения надежной работы контактной системы при значительных виброударных нагруже-ниях, а также для обеспечения пропускания токов от единиц миллиампер до десятков ампер в электромеханических приборах традиционно применяются «врубные» контакты с поворотным перемыкате-лем. Техническое решение таких контактных систем следующее - на токовыводах закреплено по два встречно поджатых упругих контакта с некоторым предварительным поджатием, при переключении в пространство между контактами заходит пластина, закрепленная на поворотном перемыка-теле, выполненном из изоляционного материала.
Подобная контактная система, по сравнению с ранее описанной, более стойка к импульсным и постоянным линейным ускорениям, а также обеспечивает стабильные электрические параметры в течение длительных сроков эксплуатации. Для надежной работы контактной системы, в том числе для обеспечения отсутствия одновременно замкнутого состояния размыкающих и замыкающих контактов, требуется поворот перемыкателя на угол не менее 25°. В ранее разработанных электромеханических приборах с такой контактной системой этот угол (из-за обычно равномерного углового расположения контактов вокруг перемыкателя) составляет 30° и 36°.
По этой причине контактная система очень редко применялась в электромагнитных переключателях, так как разработка надежной электромагнитной системы с увеличенным углом поворота и движущем моментом якоря при одновременном обеспечении значительного удерживающего момента поворотного якоря в исходном и переключенном угловом положении - сложная техническая и конструкторская задача.
Однако в настоящее время подобная конструкторская задача на предприятии все же успешно решена при проведении опытно-конструкторских работ по разработке электромагнитных поляризованных переключателей со специальными требованиями к контактным системам.
Вновь созданные оригинальные технические решения электромагнитных систем открывают возможности их использования в качестве электромагнитных приводов высоконадежных переключателей, предназначенных для работы при интенсивных виброударных воздействиях, а также в конструкциях электромагнитных устройств блокировки (арретиров) предохранительных электромеханических приборов, то есть являются базовыми конструкциями.
В некоторых конструкциях электромеханических приборов все же возможно, а иногда и необходимо использование электромагнитных систем с малым углом поворота якоря. Для этих случаев проведена их оптимизация с целью увеличения движущего момента, создаваемого на якоре, и удерживающего момента якоря при отсутствии напряжения в обмотках управления и повышения технологичности настройки при сборке.
Оптимизированная конструкция электромагнитной системы также является базовой для разрабатываемых электромагнитных устройств.
На предприятии создан значительный научно-конструкторский задел по техническим решениям пороговых датчиков физических факторов. Традиционно разрабатываются оригинальные, практически всегда выполненные на уровне изобретений, пороговые датчики линейного ускорения, абсолютного давления, избыточного давления, разности давлений, гидростатического давления, температуры. Разработаны датчики силы (натяжения строп парашюта), датчики отделения от устройств подвеса различных сбрасываемых грузов при их доставке авиационным транспортом в труднодоступную местность.
Конструкции перечисленных типов физфакторных датчиков или чувствительных элементов физфак-торных датчиков также могут являться базовыми при создании пороговых элекромеханических приборов [3].
С использованием перечисленных базовых конструкций контактных систем, электромагнитных приводов и пороговых датчиков физпараметров возможно создание практически всех типов надежных электромеханических приборов, которые могут быть применены в различных разрабатываемых технических объектах. На рисунках 1 - 5 представлены структурные схемы различных электромеханических приборов, создание которых стало возможной с использованием ранее разработанных базовых конструкций перечисленных конструктивных элементов.
Контактная система
Электромагнитный привод
Управляющее
напряжение
Рисунок 1 - Структурная схема электромагнитного переключателя
Приборы содержат ранее отработанные конструктивные элементы, эффективность технических решений и надежность которых подтверждена соответствующим объемом опытной отработки, испытаниями на надежность и многолетней эксплуатацией без рекламаций.
Контактная система
(вспомогательная)
Контактная система
(основная)
Элс ктромагннтный «_
привод *-
Управляющее напряжение
Рисунок 2 - Структурная схема электромагнитного переключателя со специальной контактной системой
Контактная система (основная) Фи шческий фактор
Контактная система (вспомогательном) 1
Датчик фи ¡параметра
Электромагнитный привод
1
Напряжение
Рисунок 3 - Структурная схема порогового физфакторного прибора с электромагнитным приводом контактной системы
Подобная технология проектирования электромеханических приборов значительно сокращает время на разработку оптимальной конструкции и позволяет прогнозировать с достаточной вероятностью обеспечение требуемых технических характеристик.
Взаимодействия отдельных конструктивных элементов друг с другом также могут быть унифицированными, данное обстоятельство дополнительно упрощает процесс конструирования.
Физический фактор
Рисунок 4 - Структурная схема порогового физфакторного прибора
Физический фактор
Управляющее напряжение
Рисунок 5 - Структурная схема порогового физфакторного прибора с электромагнитным арретиром
С использованием базовых конструкций основных конструктивных элементов рассматривалась возможность создания «универсальной» конструктивной схемы порогового предохранительного прибора [4].
Таким образом, представленные проработки показывают широкие возможности разработки электромеханических приборов системы автоматики на основе удачных базовых конструкций.
Контактная система (основная)
Контактная система (вспомогательная)
Чувствительный элемент
Контактная система (вспомогательная)
Чувствительный элемент
Электромагнитный арретир
ЛИТЕРАТУРА
1 Китаев В.Н., Китаева Е.Н., Обеспечение надежности электромеханических приборов на стадии конструирования, Надежность и качество - 2012.: труды Международного симпозиума.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. - Пенза.: Изд-во ПГУ, 2012. - 1 т. - 508 с., с 63-65.
2 Китаев В.Н., Карих В.С., Иконникова Н.А., О необходимости совершенствования конструкций электромеханических приборов на ранних стадиях их разработок, Надежность и качество - 2012.: труды Международного симпозиума.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. - Пенза.: Изд-во ПГУ, 2012. - 2 т. -508 с., с 205-207.
3. Щербакова О.И. Методы изготовления многослойных печатных плат / Щербакова О.И., Граб Ю.А., Белов А.Г., Баннов В.Я., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 154-157.
4. Китаев В.Н., Китаева Е.Н., Совершенствование базовых конструкций - эффективный путь разработки новых электромеханических приборов системы автоматики, Надежность и качество - 2013.: труды Международного симпозиума.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. - Пенза.: Изд-во ПГУ, 2012. - 1 т. -418 с., с 126-128.
5. Китаев В.Н., О возможности создания «универсальной» конструктивной схемы порогового предохранительного прибора, - 2013.: Труды Международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2 т. -Пенза: ПГУ, 2014. - 2 т. - 398 с., с 160-161.
УДК 621.3.032 Кудрявцева Д.А.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРЕМНИЕВОГО РЕЗОНАТОРА В РЕЗОНАНСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ДАВЛЕНИЯ
Теория и практика использования струнных датчиков достаточно развита, так как в той или иной мере этими вопросами занимались с начала XX века. Однако по мере накопления опыта эксплуатации стали возникать вопросы, связанные с точностью и надежностью как самих датчиков, так и вторичных измерительных преобразователей. Это обусловлено в разной степени:
-длительным сроком эксплуатации датчиков, уже достигшим рубежа 4 0 лет;
-недостаточным совершенством технологии производства, допускающей разброс параметров датчиков в относительно широких пределах;
-повышением требований к надежности конструкции.
В связи с этим представляется провести исследование технологий и методов, используемых в системах, реализующих измерение с помощью струнных датчиков, с целью выявления путей и способов повышения точности и надежности вторичной измерительной аппаратуры.
Струнный метод измерения заключается в том, что любая измеряемая величина либо непосредственно, либо через цепь предварительных промежуточных преобразователей приводится к изменению силы натяжения струны, что вызывает изменение частоты ее собственных поперечных колебаний. Естественной входной величиной струнного преобразователя является продольная сила, а выходной - частота [1].
Основные задачи при конструировании струнных датчиков:
- выбор конструкции струны и способа ее защемления в упругом элементе датчика;
- выбор материала струны;
- определение геометрических размеров струны.
Струнные датчики, у которых один из концов струны не имеет жесткой заделки, работают в режиме измерения силы. Достоинством таких датчиков является малое влияние изменения температуры окружающей среды на метрологические характеристики, поскольку изменение температуры приводит к изменению длины струны, а не к изменению силы ее натяжения. Недостатком является их высокая чувствительность к вибрационным перегрузкам ввиду того, что второй конец струны жестко не зафиксирован.
При возрастании усилия Р появляется упругая деформация балки о, величина которой на длине Ь в соответствии с законом Гука будет равна
8--
РЬ
$8Е8
(1)
где $8,8,8 - площадь поперечного сечения и модуль упругости материала балки соответственно.
При появлении деформации 8 возрастает упругая деформация струны на ту же величину 8 .
На рисунке 1 приведены схемы струнных преобразователей для измерения различных физических величин.
При подаче внутрь полости 3 преобразователя избыточного давления Р1 мембрана 4 прогибается, что вызывает угловое смещение стоек. При этом
