Блок управления стеклоочистителем

Содержание

 

 

Введение          (4)

1 Теоретическо-конструкторская часть     (6)

1.1 Назначение и основные характеристики изделия   (6)

1.2 Структурный состав и принцип работы изделия   (7)

1.3 Описание конструкции       (10)

1.4 Анализ надежности изделия       (11)

1.5 Расчет надежности        (12)

2    Технологическая часть       (17)

2.1 Характерные неисправности и способы их устранения  (17)

2.2 Разработка технологии технического обслуживания  (18)

2.3 Перечень используемых инструментов при обслуживании, замене и ремонте изделия          (20)

Заключение          (21)

Список использованных источников       (22)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Введение

 

В 1903 году изобретатель J. H. Apjohn придумал метод движения двух щеток вверх и вниз по вертикальному стеклу.

Также в 1903 году в США изобретатель Мари Андерсон придумала и запатентовала идею колебания щеток стеклоочистителей. Эта идея была встречена с сопротивлением, но к 1916 году все американские автомобили стали оснащаться стеклоочистителями.

Роберт Кернс 1927—2005 г. — Американский изобретатель, придумал, запатентовал и внедрил идею «задержки» или «временной интервал» при работе стеклоочистителя. Данной идеей заинтересовалось компания «Форд», которая и внедрила данное изобретение на свои автомобили, позже это сделали уже другие авто производители. Данное изобретение и внедрение в производство не обошлось без скандала и судебного разбирательства. Дело в том, что компания «Форд» выдало данное изобретение за собственное, но Роберту Кернсу удалось в суде доказать, что именно он был первым и компания «форд» позаимствовала его идею и технологию. Суд присудил ему $10 100 000 от компании «Форд», а позже и компания «Крайслер» выплатила ему $18 700 000.

 Стеклоочиститель обычно состоит из рычага, поворачивающегося на одном конце и резиновой лопасти (щетки) на другом. Лезвие щетки качается взад и вперед, счищая воду с поверхности стекла. Скорость, как правило, регулируемая, с несколькими уровнями постоянной скорости и одна или несколько «прерывистых». Большинство автомобилей используют два синхронизированных рычага радиального типа, в то время как некоторые коммерческие транспортные средства используют один или несколько рычагов. Компания Mercedes-Benz впервые применила систему монолезвие (англ. monoblade), в которой всего один стеклоочиститель и он движется по некоторому "W'-образному пути, располагая щетку вплотную к углам ветрового стекла, повторяя все его контуры.

Некоторые крупные автомобили оснащены «скрытыми» стеклоочистителями. Когда стеклоочистители отключены, механизм или схема «парковки» передвигает  стеклоочистители вниз, недалеко от нижней части ветрового стекла, но все  же на виду. Чтобы скрыть стеклоочистители, ветровое стекло располагается ниже кромки капота, и стеклоочистители сами «паркуются» ниже диапазона очистки на нижней части ветрового стекла, и исчезают из поля зрения.

Стеклоочистители могут  приводиться в движение различными способами, хотя в большинстве существующих сегодня случаев, усилие от электродвигателя идет через серию механических компонентов последовательно или параллельно. Транспортные средства с пневматическими тормозами иногда пользуются пневматическими стеклоочистителями, находящиеся в контуре небольшого объема воздуха тормозной системы, такие небольшие пневматические системы устанавливают чуть выше ветрового стекла и приводятся в действие путем открытия клапана.

Ранее стеклоочистители приводились в движение руками (вращением ручки в салоне), тросом от двигателя. Часто питались от вакуум-коллектора, но это было упущение: стеклоочистители могли замедлиться или даже остановиться. Эта проблема была в некоторой степени преодолена с помощью комбинированных топливно-вакуумных усилителей насоса. Некоторые автомобили, в 1960-х и 1970-х годах имели гидравлические стеклоочистители.

 

 

 

 

 

 

  1 Теоретическо-конструкторская часть

 

1. Назначение и основные характеристики изделия

Блок управления стеклоочистителем предназначен для регулировки режимов работы стеклоочистителя, обеспечивает четыре режима работы.

Основные технические характеристики изделия приведены в таблице 1.

 

      Таблица1-Технические характеристики блока управления стеклоочистителя

 

Параметр	Значение
Рабочее напряжение	24В
Максимальный потребляемый ток  не более 30 мА	30 мА
Диапазон рабочих температур, °C	(-30) – (+40)
Габариты, мм	130х80х60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Структурная схема и принцип работы изделия

 

Структурная схема для блока управления представлена в графической части курсового проекта и состоит из следующих блоков:

 

-Блок питания;

-Регулировка паузы;

-Прерыватель:

-Тринисторный коммутатор;

-Узел включения тринистора;

-Генератор импульсов;

-Защита от ЭДС самоиндукции;

-Переключатель режимов.

Структурная схема построена  на основании принципиальной схемы  устройства

 

 

Рисунок 1 – Принципиальная схема блока управления стеклоочистителя

 

 

 При замыкании контактов SA1 замка  зажигания напряжение бортовой сети поступает на вывод 1 прерывателя  и через обмотки электродвигателя, контакт 4 разъема Х2 - на вывод 2. Диод VD1 закрыт, а конденсатор С1 начинает заряжаться через диод VD2 и резистор R1. Постоянная времени зарядки мала (0,5...1 с), и конденсатор быстро заряжается до напряжения бортовой сети. Прерыватель готов к работе. Если теперь перевести переключатель SA2 в положение "1" - малая скорость движения щеток, - замкнутся его контакты 1, 4 и 2, а значит, замкнутся и выводы 2 и 3 прерывателя. Отключается зарядная цепь конденсатора С1; плюсовая обкладка заряженного конденсатора С1 оказывается соединенной через резистор R3 с эмиттером транзистора VT1, а минусовая через резистор R2 - с его базой. Поэтому конденсатор С1 начинает разряжаться через резистор R2, эмиттерный переход транзистора VT1 и резистор R3. Другой цепи разрядки нет, так как диод VD2 закрыт. Транзистор открывается и открывает тринистор VS1, который подключен параллельно контактам SF1. В результате вал электродвигателя М1 начинает вращаться, замыкаются контакты SF1, замыкая выводы 3 и 4 прерывателя. Это приводит к закрыванию тринистора VS1, а двигатель продолжает работать до момента размыкания контактов SF1. Одновременно с этим продолжает разряжаться конденсатор С1 по указанной выше цепи. Постоянная времени разрядки выбрана большей - 7...9 с.  
  Когда щетки стеклоочистителя закончат полный цикл движения и разомкнутся контакты SF1, напряжение питания вновь поступит на анод тринистора. Поскольку разрядка конденсатора С1 еще продолжается, открытый транзистор VT1 вновь откроет тринистор. Не успев остановиться, вновь включается электродвигатель и цикл повторяется. Такое циклически беспрерывное включение электродвигателя будет продолжаться до тех пор, пока конденсатор С1 полностью не разрядится и транзистор VT1 останется закрытым при очередном появлении напряжения на выводе 3 устройства. С этого момента начинает заряжаться конденсатор С2 генератора импульсов. При достижении некоторого порогового напряжения на этом конденсаторе откроется транзистор VT2 и на резисторе R5 сформируется импульс, открывающий тринистор VS1. Снова включается электродвигатель, и цикл повторяется, но теперь уже с периодичностью, задаваемой зарядной цепью R6R7 конденсатора С2. При минимальном сопротивлении резистора R6 пауза между циклами практически отсутствует, при максимальном - пауза равна примерно 15 с. 

 

 

 

 

 1.3 Описание конструкции

 

Чертёж общего вида блока управления стеклоочистителя приведён в графической части курсового проекта

Конструктивно устройство представляет собой прямоугольный пластмассовый корпус черного цвета с регулирующей ручкой на передней панели и тремя отверстиями для проводов на задней панели. Так же на задней панели располагаются четыре крепежных отверстия. Внутри корпуса находятся крепежные отверстия для фиксации электродвигателя и печатной платы.

Габаритные размеры блока управления стеклоочистителя не должны превышать 130х80х60мм.

 

 

1.4 Анализ надежности изделия 

 

 

В этом разделе производятся расчёты, подтверждающие надёжность разработанной  конструкции, вероятность безотказной  работы в течение заданного времени эксплуатации, среднее время безотказной работы с заданной вероятностью безотказной работы заказчика P_{з =}0,7 , время наработки на отказ и т.д. Расчет надежности производить в соответствии с «Методическим пособием для расчета эксплуатационных коэффициентов и определения суммарной интенсивности отказов».

Для проведения расчета  надежности прибора необходимо знать  интенсивность отказа каждого типа элементов, количество элементов данного  типа и условия в которых будет эксплуатироваться прибор.

-   температурный режим от -40 до +50⁰С;

• влияние высоты 0-1 км.;
• влажность воздуха до 95%;
• прибор не герметизирован и не амортизирован.

 

 

 

 

 

1.5 Расчет надежности 

 

 

Под надежностью понимается свойство объекта сохранять во времени  в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.

Надежность является комплексным свойством, которое  включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохранность или определяем сочетание этих свойств.

Для всех устройств важнейшим  показателем надежности является вероятность  безотказной работы. В составе любого устройства можно выделить n-простейших элементов, отказ каждого из которых может привести к отказу всего устройства в целом, отсюда условием безотказной работы устройства является отсутствие отказов этих элементов.

Безотказность - это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки, характеризует способность прибора до первого отказа.

Важнейшим технико-экономическим  показателем работы любого изделия является надежность, которая характеризуется вероятностью безотказной работы и временем наработки на отказ. От вероятности безотказной работы и времени наработки на отказ зависят время его работы и период его использования, поэтому нередко по данному показателю осуществляют выбор схемы какого-либо изделия из ряда других. При расчете надежности будет учитываться: количество и тип элементов, интенсивность отказов элементов и условия работы изделия, такие как воздействия вибрации и ударов, температуры, влажности, высоты и других параметров.

Для расчета безотказной  работы и средней наработки на отказ необходимо найти Λ, по формуле:

 

                                              Λ=Σ nj·λj·аj                                                                

где λj - интенсивность отказов j-го элемента, шт.;

nj-количество элементов j-ой группы, час^-1;

аj-коэффициент, учитывающий эксплуатационные факторы

 

Таблица 2 – Значение интенсивности отказов отдельных элементов

 

Номер группы	Наименование  и тип элементов	Количество  Элементов в  схеме ni, шт	Интенсивность    отказа                 элемента λi·10-6, час-1	Эксплуатационный коэффициент, аi	Произведение  λi·ai·ni·10-6, час-1
1	Транзисторы кремниевые малой мощности	2	0,4	0,54	0,432
2	Диоды высокочастотные  кремниевые	1	0,20	0,135	0,027
3	Диоды выпрямительные малой  мощности, I<300мА	1	0,20	0,225	0,045
4	Резисторы постоянные не проволочные Рном<0,5Вт, ток постоянный	7	0,05	0,414	0,145
5	Резисторы переменные проволочные	1	1,20	0,54	0,648
6	Конденсаторы танталовые	2	0,02	0,54	0,0216
7	Конденсаторы электролитические танталовые	1	0,25	0,684	0,171
8	Разъемы штепсельные	2	0,20	1,8	0,72
9	Переключатели малогабаритные	3	0,30	1,8	1,62
10	Электродвигатели  постоянного тока	1	13,4	1,8	24,12
11	Триод одиночный	1	1,30	1,8	2,34
12	Места паек	46	0,004	10	1,84
13	Печатная плата	1	0,20	1,8	0,36
14	Корпус	1	1,1	1,8	1,98
Λ=Σ λi · ai · ni					34,47*10-6 ч-1

 

 

 Расчёт эксплуатационных  коэффициентов a_i

 

a₁ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄ ∙ b5₁           

a₂ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄ ∙ b5₂           

a₃ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄ ∙ b5₃                     

a₄ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄ ∙ b5₄                             

a₅ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄ ∙ b5₅           

a₆ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄ ∙ b5₆           

a₇ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄ ∙ b5₇                                       

a₈ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄                                                 

a₉ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄                                                  

a₁₀ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄                                                  

a₁₁ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄ 

a₁₂ = b₆ ∙ b₇ ∙ b₈

a₁₃ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄

a₁₄ = b₁ ∙ b₂ ∙ b₃ ∙ b₄

 

 

b1, b2 - коэффициенты, учитывающие влияния механических воздействий на интенсивность отказов электрических и механических элементов;

b1 = 1,5; b2 =1,2;

 

b3 - коэффициент, учитывающий влияние влажности воздуха на интенсивность отказов электрических и механических элементов;

b3 = 1;

 

b4 - коэффициент, учитывающий влияние высоты полета  на интенсивность отказов механических и электрических приборов;

b4 =1;

 

b5 - коэффициент, учитывающий влияние температуры и режимов работы электрических и механических приборов;

 

b6, b7 - коэффициент, учитывающие влияние механических воздействий на интенсивность отказов электрических и механических приборов;

b6 = 5, b7= 2;

 

b8 - коэффициент, учитывающий влияние влажности воздуха на интенсивность отказов электрических и механических приборов;

b8 =1

 

Коэффициент b5 каждого типа элементов свой:

 

b5₁ = 0,75;

b5₂ = 0,23;

b5₃ = 0,07;

b5₄ = 0,3;

b5₅ = 0,38;

b5₆ = 0,3;

b5₇ = 0, 135;

 

Согласно приведенным  данным рассчитываем эксплуатационные коэффициенты

 

а₁ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 ∙ 0,3 = 0,54;

а₂ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 ∙ 0,075 = 1,135;

а₃ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 ∙0,125 =0,225 ;

а₄ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 ∙ 0,23 = 0,414;

а₅ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 ∙ 0,33 = 0,54;

а₆ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 ∙ 0,3 = 0,54;

а₇ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 ∙ 0,38 = 0,684;

а₈ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 = 1,8;

а₉ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 = 1,8

а₁₀ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 = 1,8

а₁₁ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 = 1,8

а₁₂ = 5 ∙ 2 ∙ 1  = 10

а₁₃ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 = 1,8

а₁₄ = 1,5 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙1 = 1,8

 

Согласно данным приведенным в таблице 2, рассчитываем вероятность безотказной работы в моменты времени 1000, 10000, 10500 часов, t_кр = 0,7.

 

P(t) = е^–Λ·t     

е – основание натурального логарифма, равное 2,72;

L - интенсивность отказа прибора *10^-6;

t – заданный промежуток времени.

 

P(1000)=2,72 ^{-34,47 ∙1000}=0,96;

P(2500)=2,72 ^{-34,47 ∙10000}=0,7;

P(10000)=2,72 ^{-34,47 ∙10000}=0,69;

 

Находим среднее время наработки на отказ:

 

Тср=1/Λ;      

где Λ- интенсивность отказов изделия

Тср=1/29,07*10^-6 =34400 час

 

По данным расчета  надежности строим график зависимости  вероятности безотказной работы прибора P=f(t) /1/.

 

Рисунок 1 – График зависимости  вероятности безотказной работы

 

При вероятности безотказной  работы 0,7 наработка на отказ составляет 10500 часов.

 

       2 Технологическая часть

 

 

2.1 Характерные неисправности блока управления стеклоочистителем и способы их устранения представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 - Характерные неисправности устройства и способы их устранения

 

Тип неисправности	Возможная причина	Способ устранения
При изменении паузы регулирующей ручкой щетки не меняют паузу	Переменный резистор неисправен.	Заменить переменный резистор
Щетки не реагируют на их включение	Нет питания.	Проверить провода и их соединения.
	Не работает электродвигатель.	Проверить витковую изоляцию. Если есть нарушения ее целостности,перемотать.
	Пробой конденсатора.	Заменить конденсатор
	Тринисторный коммутатор неисправен	Заменить тринистор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Разработка технологии технического обслуживания блока управления стеклоочистителя

 

Техническое обслуживание представляет собой комплекс операций по поддержанию работоспособности и исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании.

В техническое обслуживание могут входить  очистка изделия, контроль его технического состояния, крепление болтовых соединений,  замена некоторых составных частей изделия, и т.д.

Все мероприятия, которые входят в техническое обслуживание и ремонт можно разделить на 3 группы:

- контроль технического  состояния;

- профилактическое обслуживание;

- текущее техническое  обслуживание.

Профилактическое обслуживание направлено на предотвращение отказов  и поддержания работоспособности  в течении определенного промежутка времени.

Контроль технического состояния служит для обнаружения  и локализации неисправностей, исключение влияния случайных сбоев в процессе работы.

Под текущим обслуживанием  понимают комплекс регулировочных и  ремонтных работ, которые направлены на восстановление работоспособности после отказов путем замены или восстановления типовых элементов.

Использование стратегии ТО по состоянию. Такое техническое обслуживание является более современным и целесообразным по содержанию работ, сокращает затраты времени и средства на обслуживание. Данный способ ТО является более экономичным по сравнению с ТО по наработке, так как, момент ТО наступает при наличии ошибок. Наиболее широкое распространение получило регламентированное техническое обслуживание, основанное на календарном принципе. Календарный принцип ТО основан на поддержании изделия в работоспособном состоянии в весь период работы изделия. Этот принцип ТО непосредственно пересекается с двумя предыдущими.

Из-за того, что зарядное устройство используется редко при условиях эксплуатации указанных выше необходимо производить работы по техническому обслуживанию непосредственно перед эксплуатацией.

Так как устройство эксплуатируется ежедневно, то внутри образуется непроизвольное скопление пыли, что приводит к засорению узлов устройства, последствием чего является частичная или полная потеря работоспособности изделия. Для того что бы это не происходило, необходимо раз в полгода проводить удаление пыли с внутренних и наружных поверхностей.

Таким образом, работы по техническому обслуживанию проводятся со следующей периодичностью:

-перед использованием;

-раз в полгода.

Техническое обслуживание перед использованием включает в себя следующие виды работ:

-внешний осмотр устройства на отсутствие механических повреждений;

-осмотр соединительных  кабелей;

-проверка работоспособности.

Полугодовое техническое обслуживание включает в себя следующие работы:

-проведение работ  по ТОиР;

-очистка от пыли

Несоблюдение режима работ по техническому обслуживанию может привести к переходу состояния  изделия от исправного к неисправному состоянию раньше назначенного срока. Перед проведением технического обслуживания необходимо убедиться в отсутствии ключа в замке зажигания.

 

 

2.3 Перечень используемых при обслуживании, замене и ремонте инструментов

 

При обслуживании и замене некоторых узлов, необходимо использовать следующие инструменты и материалы:

-антистатический браслет;

-бокорезы 7814-0135-IX9 ГОСТ 22308-77;

-кисть КХМП N3 ОСТ 17-886-81;

-марля хлопчатобумажная  ГОСТ 11109-74;

-нефрас С3-80/120 ГОСТ 443-76;

-отвертка 7810-0964 ГОСТ 1799-71;

-пылесос бытовой;

-пинцет монтажный 7814-0001 МИ500-60;

-электропаяльник 36 В, 50 ВА.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

В данном курсовом проекте  был разработан блок управления стеклоочистителем, его стратегия технического обслуживания.

При разработке курсового  проекта были разработаны: схема электрическая структурная, которая позволяет понять принцип работы данного блока, чертеж общего вида, который дает полное представление о внешнем виде устройства в целом и о месте нахождения отдельных узлов.

При соблюдении регламента разработанного технического обслуживания возможно значительное увеличение срока службы изделия.

 Расчет надежности  показал что при вероятности безотказной работы 0,7 наработка на отказ блока управления стеклоочистителем составляет 10500 часов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1 Соломахо В.Л.  Справочник конструктора-приборостроителя. Детали и механизмы приборов –Мн: Дизайн 1990.;

2 ЕСКД “Общие правила к текстовым документам” Минск;

3 ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.;

    4 Козловский Г.А.  Методическое пособие для расчета эксплуатационных коэффициентов и определения интенсивности отказов Борисов 1999.;

 

5 ЕСКД “Общие правила выполнения чертежей” М.ИПК. Издательство стандартов.;

6 Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. Мн. Издательство “Дизайн ПРО” 1998.-335с.;

7 Журнал «Радио» №3, 2012г., с.22-25.