CC BY
45
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
Суммарное количество контактов ограничено предъявленным требованием по отсутствию одновременно замкнутого состояния замыкающих и размыкающих контактов.
Вариант исполнения контактной системы показан на рисунке 4.
Контактная система работоспособна и обеспечивает сохранение исходного и переключенного состояний при высокоинтенсивных виброударных воздействиях.
При выполнении упругих контактов с использованием технического решения по патенту [2] кон-
тактная система может быть выполнена в малых габаритах, обеспечивающих ее применение соответственно в малогабаритных электромеханических приборах.
Созданная контактная система, являющаяся базовой конструкцией, успешно применена в нескольких разрабатываемых электромеханических приборах - пороговых физфакторных предохранительных датчиках, предназначенных для использования в составе систем автоматики различных технических объектов, эксплуатируемых в жестких
условиях в течении длительных сроков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Китаев В.Н., Китаева Е.Н., Новоселова Н.В. Конструкция контакта для контактной системы электромеханического прибора. НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО - 2 013 : труды Международного симпозиума : в 2 т. /под ред. Н.К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - 2 т. - 418 с. с. 131-132.
2. ьетодология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 377-379.
3. Воробьев Д.В. Одноканальное управление шаговым двигателем / Воробьев Д.В., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В. // Молодой ученый. 2015. № 3 (83). С. 110-113.
4. Контактная система, патент РФ по заявке №2013112091 от 18.03.2013, Н01Н 1/42, опубликовано 27.09.2014, решение о выдаче патента от 28.01.2015.
УДК 621.371
Китаев1 В.Н., Дремков1 М.А., Уралёв1 А.А. , Клитеник2 О.В.
гФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия 2ФГУП «УЭМЗ», Екатеринбург, Россия
ИНДУКЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
Устройства, обеспечивающие преобразование динамических воздействий, которым подвергается объект, в накопленную механическую энергию всякого рода спиральных пружин кручения, например двигателей наручных механических часов с автоподзаводом разработаны в широком многообразии и успешно используются на протяжении многих десятков лет. В связи с распространением в настоящее время мобильных электронных устройств актуальна конструкторская задача разработки преобразователей динамических воздействий с электрическим выходным сигналом. Подобные преобразователи могут производить подзарядку аккумуляторов мобильных электронных устройств, значительно упрощая их эксплуатацию.
Преобразователи могут создаваться с использованием схем инерционных генераторов, основанных на явлении возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него[1].
Возможны различные конструктивные варианты генераторов по расположению статора и ротора относительно друг друга, однако наиболее предпочтительной является система в виде индукционного генератора маятникового типа с поворотным магнитным ротором с осевым направлением поля и неподвижными обмотками. В представляемой конструкции число чувствительных элементов, расположенных между вращающимися блоками магнитов, равно числу пар магнитов, при этом должно обеспечивается смещение одной части магнитного ротора относительно другой так, чтобы разноимённые полюса магнитов располагались друг напротив друга. Выбор) такого рода конструкции
Варьирование межполюсного зазора
является приоритетным в связи с обеспечиваемыми габаритными и функциональными характеристиками преобразователя.
К достоинствам предлагаемой конструкции можно отнести:
- относительную простоту;
- возможность реагировать на низкочастотные и на непериодические инерционные воздействия;
- возможность снятия электрического сигнала с неподвижной части конструкции;
- автономность и отсутствие необходимости в обслуживании.
Регулирование величины, вырабатываемой ЭДС осуществляется за счёт изменения числа витков в катушках статора, среднего диаметра витка, а также за счёт изменения зазора между статором и составным магнитным ротором. При дальнейшей проработке конструкции имеется возможность провести сравнительный анализ используемых высокоэнергетических магнитов из материала - Бш-СО, а также магнитов из материала Ш-Ее-В и магнитов, полученных с использованием Иа1ЬасЬ структур.
Свободное вращение составного магнитного маятника (ротора) обеспечивается применением подшипников качения, что позволяет минимизировать нежелательные перемещения ротора относительно других плоскостей, кроме измерительной и повысить чувствительность индукционного генератора.
Ранее разработанные на предприятии методики по оптимизации конструкций приборов с магнитными и электромагнитными цепями [2, 3] позволят обеспечить требуемые технические характеристики индукционного генератора.
Ъ и высоты обмоток Ь
Обмотка: наружный 09 мм; внутренний 03 мм; средний 06 мм. Длина среднего витка: 18,84 мм. Площадь среднего витка: 28,27 мм2. Рисунок 1 - Конструктивная схема
Таблица 1
Межполюсн зазор, г, мм 9 8 7 6 5 4 3 2
Высота обмотки, И, мм 8 7 6 5 4 3 2 1
В среди, Тл 0,11 0,13 0,15 0,17 0,2 0,24 0,28 0,34
3 окна обмотки, мм2 24 21 18 15 12 9 6 3
1Мтах (0,03) 9480 8295 7110 5925 4740 3555 2370 1185
Мтах (0,04) 6576 5754 4932 4110 3288 2466 1644 822
Поток, мкВб (0,03) 29480 30484,95 30150 28475 26800 24120 18760 11390
Поток, мкВб (0,04) 20449,4 21146,53 20914,1 19752,2 18590 16731,3 13013 7901
ЭДС -1 обмотка (0,03) -1 сек, мВ 29,48 30,48495 30,15 28,475 26,8 24,12 18,76 11,39
ЭДС -1 обмотка (0,04) -1 сек, мВ 20,4494 21,14653 20,9141 19,7522 18,59 16,7313 13,013 7,901
К -1 обмотка (0,03), Ом 4043 3538 3032 2527 2021 1516 1011 505
Р? -1 обмотка (0,04), Ом 1577 1380 1183 986 789 591 394 197
эдс и
35
30
25
СО 2 20
О
а 15
10
5
0
у-.
___■- »- ■---а
-ЭДС, 0.04
Рисунок
23456739 10
2., мм
2 - график зависимости уровня ЭДС от межполюсного зазора Ъ
Рисунок 3 - Конструкция индукционного датчика
углового положения: 1 - ротор маятникового типа; 2 - подшипниковый механизм; 3 - статор
Рисунок 4 - Неподвижный статор с катушками индуктивности: 1 - катушки индуктивности; 2 - корпус статора
Рисунок 5 - Магнитный маятник, состоящий из двух секций: 1 - магниты ; 2 - маятник;
3- груз маятника
По результатам проведения оптимизации конструктивной схемы, представленной на рисунке 1 были получены расчётные данные при изменении межполюсного зазора Z, а также использования для обмотки катушек проводов поперечным сечением 0,03 мм2 и 0,0 4 мм2. Данные в численном и графическом виде занесённые соответственно в таблицу 1 и показанные на графике зависимости уровня ЭДС от межполюсного зазора Z рисунок 2.
Конструкция индукционного генератора с поворотным магнитным ротором маятникового типа показана на рисунке 3. В генераторе применяется неподвижный статор (рисунок 4), состоящий из 12 катушек, для определения угла поворота магнитного маятника, состоящего из двух секций с разно сориентированными магнитными системами (рисунок 5). Использование 12-ти катушек позволяет увеличить значение наведенной ЭДС в катушках чувствительного элемента.
На основе рассмотренной конструкций проводятся разработки малогабаритных индукционных генераторов с высоким уровнем выходного сигнала, достаточной чувствительностью, относительной простотой конструкций и высокой надежностью.
Применение индукционного генератора возможно не только для энергоснабжения портативных мобильных устройств, но и в качестве датчика углового положения охранных систем[4].
ЛИТЕРАТУРА
1. Датчики: Справочное пособие/ Под общ. ред. В.М. Шарапова, Е.С. Полищука. М.: Техносфера, 2012, - 624 с., ISBN 97 8-5-94 83 6-516-5.
2. Кочегаров И.И. Программный пакет моделирования механических параметров печатных плат / Кочегаров И.И., Таньков Г.В. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 334-337.
3. Китаев В.Н., Дремкова Н.Л., Иконникова Н.А. Оптимизация магнитных цепей приборов. Надежность и качество - 2011: труды Международного симпозиума: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. - 1 т. - 398 с., с. 90-91.
4. Кочегаров И.И. Программно-аппаратный комплекс разработки РЭС на основе ПЛИС и исследования их механических параметров / Кочегаров И.И., Таньков Г.В., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 421-424.
5. Китаев В.Н., Иконникова Н.А., Перебатов В.Н. Использование метода конечно-элементного анализа для расчета и оптимизации виброчастотных приборов. Надежность и качество - 2010: труды Международного симпозиума: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2010. - 1 т. - 532 с., с. 462-465.
6. Китаев В. Н., Дремков М. А. Уралёв А. А. Индукционный датчик движения. Надёжность и качество - 2014: труды международного симпозиума: в 2 т. . - Пенза: Изд-во ПГУ, 2014. - 2 т. - 397 с., с. 44-45.
УДК 621.397 Китаев В.Н.
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е. И. Забабахина», Снежинск, Россия
ОПТИМАЛЬНЫЕ ПУТИ РЕШЕНИЯ КОНСТРУКТОРСКИХ ЗАДАЧ НА ПРИМЕРЕ СОЗДАНИЯ НАДЕЖНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯРИЗОВАННОГО ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ
Конструкторские задачи по разработке электромеханических приборов системы автоматики для использования во взрывоопасных технических объектах, создаваемых в отрасли, зачастую характеризуются особой сложностью. Эта сложность обуславливается тем, что обычно требуется разработать прибор, в котором должны быть реализованы взаимоисключающие требования. Например, для различного рода коммутирующих устройств, при малых габаритах, массе и энергопотреблении необходимо обеспечить надежную коммутацию значительного количества электрических цепей с широкими диапазонами токов, как с малыми в несколько микроампер, так и с большими до десятков ампер, сохранение исходного и переключенного состояний контактной системы при значительных виброударных нагружениях. При этом также необходимо обеспечивать стабильность электрических параметров по падению напряжения на контактах или переходному сопротивлению, сопротивлению изоляции, электрической прочности изоляции при и после длительных сроков хранения без технического обслуживания и ремонта. Для обеспечения этого необходим высокий уровень конструирования, тщательная отработка и последующее качественное изготовление подобных приборов, обеспечивающие их работоспособность с требуемым гарантированным уровнем надежности и безопасности во взрывоопасных технических объектах в течение длительных сроков эксплуатации.
К разрабатываемым в отрасли электромеханическим коммутирующим приборам предъявляются требования, как по надежности - вероятности сохранения работоспособности с обеспечением определенных параметров в условиях эксплуатации и применения в течении срока гарантии, так и по безопасности - вероятности самопроизвольного срабатывания при штатной эксплуатации и при воздействии аварийных факторов.
Указанные конструкторские задачи могут решаться различными путями - от адаптации ранее разработанных базовых технических решений электромеханических приборов аналогичного назначения путем их модернизации и оптимизации под новые задачи, до создания новых оригинальных технических решений, обычно выполняемых на уровне изобретений.
Различные пути решения конструкторских задач при проведении опытно-конструкторских работ по разработке электромеханических приборов для систем автоматики различных технических объектов в большинстве случаев открывают значительное многообразие конструктивного воплощения объекта разработки.
Выбор того или иного пути решения конструкторских задач зависит от имеющегося конструкторского задела по аналогичным задачам, решен-
ным ранее, от творческих способностей разработчика, от временного ресурса, отведенного на разработку.
Оптимальные пути решения конструкторских задач рассмотрим на примере создания малогабаритного надежного электромагнитного поляризованного переключателя с контактной системой, исключающей дребезг основных рабочих контактов при высокоинтенсивных ударных и вибрационных воздействиях. Контактная система переключателя также должна иметь увеличенное количество размыкающих и замыкающих контактов.
В отрасли разработаны и серийно изготавливаются электромагнитные поляризованные переключатели, которые в течение длительного времени применяются в различных технических объектах, к которым предъявляются повышенные требования по надежности и безопасности. Технические решения подобных переключателей, ставшие «классическими» не один раз использовались для создания переключателей аналогичного назначения, электромагнитных устройств блокировки для пороговых предохранительных электромеханических приборов. Основная особенность этих технических решений -небольшой, порядка 6° угол поворота якоря и рационально скомпонованная контактная система с упругими контактами оптимальной формы для имеющегося под них пространства. Конструкция электромагнитной системы приведена на рисунке 1, контактной системы - на рисунке 2. Единственный недостаток переключателей - возможность дребезга замкнутых контактов при значительных ударных и вибрационных воздействиях и ограничения по величине тока в коммутируемых электрических цепях объекта применения.
МагнитопроЬод
системы
