Расчет надежности электропривода с шаговым двигателем ДШ – 5Д1 МУЗ

  1. Расчет надежности электропривода с шаговым двигателем

ДШ – 5Д1 МУЗ

Проблема надежности является одной  из важнейших проблем современного производства, особенно производства средств автоматики, электроники, вычислительной техники. Непрерывный рост сложности  выпускаемой аппаратуры, усложнение условий ее эксплуатации, количественный рост элементов, входящих в состав аппаратуры, приводят к снижению надежности выпускаемой  предприятиями приборостроения  продукции. В свою очередь недостаточная  надежность средств автоматики, электронных  приборов и устройств приводит к  значительным  затратам при ее эксплуатации. Требуется содержать дополнительный обслуживающий и ремонтный персонал, запасные детали и узлы к эксплуатируемой  аппаратуре. Значительно снижается  производительность труда из-за необходимости  частых остановов машин и технологического оборудования.

Надежность представляет собой  комплексное свойство изделия выполнять  заданные функции в определенных условиях эксплуатации в течение  определенного времени при сохранении эксплуатационных характеристик в  допустимых пределах. Надежность характеризуется  безотказностью, долговечностью, ремонта пригодностью и сохраняемостью.

Основными количественными показателями надежности являются:

  • вероятность безотказной работы в течение определенного времени Р(t);
  • интенсивность отказов l(t);
  • средняя наработка до первого отказа Тср.
  • наработка на отказ t ср.
  • коэффициент готовности К г.
  • коэффициент вынужденного простоя К п.

Количественные характеристики надежности связаны между собой аналитическими зависимостями. Поэтому при знании одного из показателей можно определить другие. На практике наиболее часто  интенсивность отказов отдельных  комплектующих элементов изделий  является величиной постоянной (номинальной). В этом случае справедливо следующее  соотношение:

 

                                                  Р(t) = е - l×                                                                           (4.1)

 

где:  е  - основание натурального логарифма ( е @ 2,72 )

         l - интенсивность отказов элемента, 1/час.

         t  -  заданное время работы, в часах.

Реальные условия эксплуатации аппаратуры почти всегда отличаются от нормальных, а интенсивность отказов  отдельных комплектующих элементов  отличается от номинальной. Интенсивность  отказов  элементов при эксплуатации в реальных условиях li равна номинальной интенсивности отказов lо умноженной на поправочные коэффициенты К1 , К2 , К3 ….. Кn , а i учитывающие воздействие механических факторов ( тряски, вибрации), условий среды эксплуатации – влажности, температуры, давления и др.

 В этом случае интенсивность  отказов возрастает и определяется  как:

                              li = k1  k2 k3 ….. kn аi  lоi   = аi  lоi                            (4.2)

Значительное влияние на интенсивность  отказов и другие показатели надежности оказывает коэффициент нагрузки элементов. Чем выше коэффициент  нагрузки в реальном режиме эксплуатации, тем выше их интенсивность отказов.

Если отказ устройства наступает  при отказе одного из его элементов, то считается, что такое устройство имеет основное соединение элементов. При расчете надежности таких  устройств полагают, что в устройстве имеют место случайные и независимые  отказы, т.е. отказы, которые нельзя предусмотреть и которые не вызваны  отказами других элементов, входящих в  устройство. Для средств автоматики, электронных приборов и устройств  допущение случайных и независимых  отказов возможно, потому что неслучайные  отказы можно предусмотреть и  исключить, а зависимые не будут  влиять на надежность устройства с  основным соединением элементов, так  как по определению такая система  теряет работоспособность с отказом  первого вышедшего из строя элемента, т.е. с независимым отказом. В этой связи интенсивность отказов  всего устройства может быть определена:

                                                        (4.3)

Зная интенсивность отказов  всего устройства в целом, можно  определить вероятность безотказной  работы устройства и среднюю наработку  до первого отказа:

                                        Ру(t) = е - lу  t    Тср.у. = 1/ lу                                                         (4.4)

 

где:   Ру(t) - вероятность безотказной работы устройства.   

          Тср.   - средняя наработка до первого отказа, в часах.   

          lу     - интенсивность отказов устройства, 1/час.

          t       - заданное время работы, в часах.

 

В зависимости от этапа проектирования аппаратуры различают прикидочный, ориентировочный и окончательный  расчет надежности. Для оценки надежности спроектированного лабораторного  стенда предполагается выполнение ориентировочного расчета, который проводится на этапе  эскизного проектирования после  разработки принципиальных электрических  схем изделий, когда становится известными количество и типы применяемых элементов, вид соединения элементов для  расчета надежности.

При выполнении ориентировочного расчета  предполагают следующее:

  • все элементы данного типа равно надежны, т.е. интенсивность отказов lI для всех элементов одинакова;
  • все элементы работают в нормальном режиме, предусмотренном техническими условиями;
  • интенсивность отказов не зависит от времени, т.е. lI  =  const;
  • все элементы работают одновременно.

Данные для расчета надежности электропривода сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Исходные данные для  ориентировочного расчета надежности

Электропривода с шаговым  двигателем

  Nп/п

      Наименование и тип

 Элемента

Количество

элементов,

ni  в шт.

Интенсивность

отказов элемента

lоi 10 6   1/час.

Произведение

ni lоi 10 6 1/час.

1.

Резисторы постоянные

34

0,02

0,68

2.

Конденсаторы постоянные

4

0,07

0,28

3.

Конденсаторы электролитические

5

0,5

2,5

4.

Диоды и стабилитроны

2

0,2

0,4

 

Диодные сборки

1

0,6

0,6

5.

Транзисторы

21

0,5

10,5

6.

Микросхемы

2

0,5

1

7.

Кварцевый резонатор

1

0,5

0,5

8.

Трансформаторы

1

3,0

3,0

9.

ШД – 5Д1 МУЗ

1

5

5


 

Суммарная интенсивность  отказов электропривода с шаговым  электродвигателем определится:

 

                 lу  = (0,68+0,28+2,5+2+7+0,4+0,6+10,5+1+0,5+3+5)*10 –6 = 24,46 × 10 –6   1/час.                                                                                           (4.5)

                  Ру(t) = е - lу × t  = е – 24,46 × 1000 × 10 -6 =0,97                               (4.6)

 

Средняя наработка до первого  отказа определится:

 

                          Тср.у. = 1/ lу  = 1/ 24,46× 10 –6 = 40883 часа.                     (4.7)

 

         Как видно  из величин показателей электропривода  с шаговым двигателем обладает  сравнительно высокой надежностью.

        Принимая во  внимание, что элементы выбраны  с большим запасом по мощности, току, напряжению и условия эксплуатации  нормальные (лабораторные), то реальные  показатели надежности лабораторного  стенда будут еще выше. Безусловно, что в процессе эксплуатации  надо обращать внимание на  своевременное техническое обслуживание  наиболее ненадежных элементов.  Это повысит надежность работы  стенда в период его эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Конструкторско экономический раздел.

5.1 Расчет стоимости электронного устройства.

Для начала необходимо определить стоимость электрорадиокомпонентов, а также материалов, входящих в  состав устройства. Расчет стоимости  сырья и материалов сводится в таблицу 5.1

Таблица 5.1

Комплектующие и материалы

Количество

Цена за единицу, руб

Стоимость

Конденсатор Эл-лит 1000мf

2

370

740

Конденсатор Эл-лит 220мf

2

14

28

Конденсатор Эл-лит 4,7мf

1

7,5

7,5

Конденсатор Эл-лит 47мf

1

12

12

конденсатор 0,1 мf

1

8

8

конденсатор  22 мf

2

4,8

9,6

интегральный стабилизатор DA1

1

99

99

микроконтроллер DD1

1

44.48

44.48

Предохранитель 0,5 А

1

28

28

Предохранитель 10 А

1

60

60

ЖК индикатор HG1

1

770

770

свето диод HL1

1

19

19

Резистор 62 кОм

7

7,5

52,5

Резистор 10 кОм

3

8,58

11,58

Резистор 12 кОм

4

1,22

4,88

Резистор 4,3 кОм

2

14

28

Резистор 6,2 кОм

1

15

15

Резистор 1 кОм

1

7,95

7,95

Резистор 2 кОм

6

5,47

32,82

Диодный мост

1

90

90

Транзистор

1

36

36

Транзистор

6

90

540

Транзистор

6

36

216

Транзистор

7

100

700

фототранзистор

1

45

45

Кварцевый резонатор

1

22

22

       

ИТОГО

    

3582,83

       

Материалы

      

Стеклотекстолит

1

60

60

Хлорное железо 100г

1

90

90

       

ВСЕГО

    

3732,83


 

5.2 Расчет стоимости электронного устройства.

 

Таблица 5.2

 

ПОКАЗАТЕЛИ

ЗНАЧЕНИЕ

1

Трудоемкость разработки электронного устройства, (Тпр)час

56

2

Должностной оклад инженера-электроника, руб/мес (Д)

16000

3

Эффективный фонд работы, ч/мес (Фп)

176,00

4

Среднечасовая заработная плата  инженера-электроника, руб/час (Зп.час)

90,91р.

5

З/плата за разработку электронного устройства (З)

5 090,91р.

6

Норматив отчислений на  заработной платы (34)% (ОС)

1 730,91р.

7

Размер накладных расходов (5% от заработной платы) (Н)

254,55р.

8

Итого сметная стоимость  электронного устройства (Кпо), руб. (З+ОС+Н)

7 076,36р.


 

Расчет стоимости электронного устройства (Кпо) проводится путем составления  сметной стоимости разработки с  включением в нее заработной платы  разработчиков (З), отчислений на заработную плату (Ос) и накладных расходов (Н).         Трудоемкость разработки устройства (в часах) определяется самостоятельно.           Под эффективным фондом работы понимается количество рабочих часов в течение месяца. Его принять равным 160 час. (8 час.* 20 дней)

Среднечасовая плата инженера определяется путем деления должностного оклада на эффективный фонд работы.     

час=Д/Фп                                                                                          (5.1)   

Заработная плата разработчиков  определяется исходя из трудоемкости разработки устройства (Т пр) и среднечасовой  заработной платы инженера(3 час).  

З = Т пр * 3 час.                          (5.2)  ЕСН, накладные расходы определяются по соответствующим нормативам.

    1. Расчет затрат на выполнение проекта.

Баланс рабочего времени на 1 работника-пользователя – в год для обоих вариантов расчета

Таблица 5.3.

n/n

Наименование

Единици измерения

Величина

1

2

3

4

1

Календарный фонд времени  в год

дни

365

2

Праздничные дни

дни

12

3

Выходные

дни

105

4

Номинальный фонд времени

дни

248

5

Невыходы на работу: в  том числе

дни

38

очередной отпуск

26

по болезни

12

6

Эффективный фонд времени

дни

210

8

Продолжительность рабочего дня

часы

8

7

Эффективный фонд времени  на одного рабочего в год (Фэфф)

часы

1680


 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.4 Расчет коэффициентов занятости работника-пользователя и загрузки устройства.

Таблица 5.4.

n/n

Показатели

Варианты

До внедрения

После внедрения

1

2

3

4

1

Трудоемкость эксплуатации

1900

1700

устройства, час (Тоб`)

а) эксплуатационное время (Тр`)

1900

1699

б) техобслуживание и ремонт (Тм`)

------

1

2

Эффективный фонд работы за год, в часах (Фэфф)

1680

1680

3

Коэффициент занятости работника (Кз)

1,13095

1,01190

4

Коэффициент использования  устройства (Кис)

------

0,80

5

Эффективный фонд времени  работы устройства, час/год (Фэф)

------

1344,00

6

Коэффициент загрузки устройства (Кзаг)

------

0,00074


Расчет затрат на выполнение одного проекта следует проводить  с учетом коэффициентов занятости  работника и загрузки устройства по выполнению данного проекта. Трудоемкость выполнения проекта это количество времени, которое будет потрачено  непосредственно на данный вид работ, с разбивкой на эксплуатационное время (Тр`) и время на техобслуживание  и ремонт устройства (Тм`)

Коэффициент занятости работника (Кз) определяется таким образом:

                                                                                                   (5.3) Коэффициент использования устройства принимаем равным 0,8

Эффективный фонд времени  работы устройства рассчитываем по формуле:

                                                                                          (5.4)

Коэффициент загрузки устройства рассчитываем по формуле:

                                                                                                 (5.5)

5.5 Расчет условно-переменных затрат на 1 проект

Таблица 5.5

Статьи затрат

Варианты

До внедрения

После внедрения

2

3

4

Основная заработная плата  одного работника (руб)

104500,00

93500,00

Количество работников

3,00

2,00

Основная заработная плата  всех работников (руб)

313500,00

187000,00

Часовая тарифная ставка, руб/час

55,00

55,00

Трудоемкость выполнения проекта (Т`)

1900,00

1700,00

Начисления на зарплату (34%) руб

106590,00

63580,00

Содержание и эксплуатация оборудования: (СиЭО) руб

  

2,66

в том числе:

    

а) амортизация устройства, руб

  

0,53

б) электроэнергия на технологические  цели, руб

  

0,74

в) затраты на обслуживание, руб

  

1,39

Расходные материалы, руб

0,00

0,00

Итого

211090,00

157082,66


 

Годовую амортизацию устройства находим по норме 20% (срок полезного использования – 5 лет) от восстановительной стоимости устройства. 

Сумму амортизации устройства на один проект рассчитываем с учетом коэффициента загрузки устройства ( )

Электроэнергию на технологические  цели рассчитываем с учетом потребляемой мощности устройства, времени на техобслуживание  и ремонт на 1 проект (Тм`) и стоимости 1 квт/час энергии.

Затраты на обслуживание рассчитываем с учетом стоимости устройства, срока  службы и коэффициента загрузки.К  расходам материалам относится писчая бумага, ручка, карандаш, скрепки и  т.д. Их необходимо оценить самостоятельно.

5.6 Расчет условно-постоянных расходов на 1 проект.

Таблица 5.6

n/n

Статьи затрат

Варианты

До внедрения

После внедрения

1

2

3

4

1

Амортизация здания, руб

2489,80

2227,71

—площадь занимаемая работником, квм

12

12

—высота помещения, м

3,3

3,3

—норма амортизации %

10,00%

10,00%

—восстановительная стоимость 1м объема здания, руб

22015,04

22015,04

     

—амортизация за год, руб

2201,50

2201,50

—амортизация здания на 1 проект, руб

2489,80

2227,71

2

Прочие накладные расходы, руб

52250

46750

 

Итого

54739,80

48977,71


 

 

Площадь, занимаемая работником, рассчитывается путем деления площади  помещения на количество человек, которые  в нем работают. Объем здания, приходящийся на 1 работника находится  умножением площади на высоту (как  правило = 3,3 м).

Восстановительная стоимость 1м3 объема здания в ценах на 1970 год равна произведению объема на 27 руб.   

Для пересчета этой стоимости  применяем индексы удорожания 1,24 и 16,605   [4]

Амортизацию на 1 проект рассчитываем с поправкой на коэффициент занятости  работника временем на эксплуатацию устройства, а также на техобслуживание  и ремонт.

                                                                     (5.6)

Норма амортизации принимаем 10% в год, т.е. здания входят в V амортизационную группу (СПИ= 7-10 лет)

В прочие накладные расходы  входят цеховые и общехозяйственные  расходы, приведенные на 1 проект.

Для различных отраслей промышленности величина накладных расходов принимается  от фонда оплаты труда индивидуально  согласно отраслевых нормативов.

Примем условно накладные  расходы равным 50% фонда заработной платы работников, выполняющих проект.

5.7 Определение экономического эффекта от внедрения устройства.

Итоговая таблица.

Таблица 5.7

n/n

Статьи затрат

Варианты

До внедрения

После внедрения

1

2

3

4

1

Основная заработная плата  работника

104500,00

93500,00

2

Начисления на зарплату

106590,00

63580,00

3

С и ЭО

-----

2,66

4

Расходные материалы

0,00

0,00

5

Амортизация здания

2489,80

2227,71

6

Прочие накладные расходы

52250,00

46750,00

 

Итого

265829,80

206060,37


 

На основании проведенных  расчетов делаются соответствующие  выводы о целесообразности применения данного устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

5.8 Заключение

На основание  выполненных расчетов составляется сводная таблица технико-экономических  показателей, делающая выводы.

Технико-экономические  показатели

Таблица 5.8

n /n

Показатели

Варианты

Отклонение 2 от 1

До внедрения

После внедрения

абсолютное

относительное

1

2

3

4

5

6

1

Трудоемкость эксплуатации устройства, час

1900

1700

-200

-10,53%

эксплуатационное время (Тр`)

1900

1700

-200

-10,53%

техобслуживаним и ремонт (Тм`)

0

0

    

2

Коэффициент занятости работника (Кз)

1,13095

1,0119

-0,11905

-10,53%

3

Коэффициент загрузки устройства (Кз)

---

0,8

    

4

Основная заработная плата  работников, руб

104500

93500,00

-11000

-10,53%

5

Начисления на зарплату, руб

106590

63580

-43010

-40,35%

6

Условно-переменные затраты  на 1 устройство, руб

211090

157080

-54010

-25,59%

7

Условно-постоянные затраты  на 1 устройство, руб

54739,8

48977,71

-5762,09

-10,53%

8

Общая себестоимость, руб

265829,8

206057,71

-59772,09

-22,49%

9

Условный экономический  эффект на 1 устройство, руб

---

59772,09

    

Расчет надежности электропривода с шаговым двигателем ДШ – 5Д1 МУЗ 📙 Реферат → 🆔 234234

Расчет надежности электропривода с шаговым двигателем ДШ – 5Д1 МУЗ 📙 Реферат → 🆔 234234

Расчет надежности электропривода с шаговым двигателем ДШ – 5Д1 МУЗ