Модернизация блока управления аппарата искусственной вентиляции легких Спирон201 (стр. 14 из 18)

По условию

Вт.

Тепловой расчет двигателя.

1. Превышение температуры статора двигателя.

Удельные потери:

В меди обмотки статора:

(2.5.103)

В стали статора:

(2.5.104)

Трения:

(2.5.105)

2. Междувитковая изоляция проводников в пазу:

мм (2.5.106)

где

3. Общая толщина изоляции от меди до стенки паза:

мм, (2.5.107)

где d_и=0,3 мм.-толщина пазовой изоляции и изоляции одной стороны проводника.

4. Результирующий коэффициент теплоотдачи наружной поверхности статора:

, (2.5.108)

где a – коэффициент теплопроводности междувитковой изоляции проводов в пазу и пазовой изоляции.

5. Среднее превышение температуры обмотки статора над окружающей средой.

(2.5.109)

2.6 Расчет надежности

Свойство изделия, обеспечивающее его возможность выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки, называют надежностью системы. Для медицинской промышленности проблема надежности имеет большое значение. Во-первых выход из строя медицинской техники приводит к ее простою, а это ухудшает показатели системы массового обслуживания, в которой эта техника работает; во-вторых, возникает проблема квалифицированного ремонта, которую, учитывая специфику работы учреждений здравоохранения, решить не просто; в-третьих, неисправность медицинской техники может вызвать крайне нежелательные проблемы для пациента: врач может поставить неверный диагноз или нарушить требуемую дозировку терапевтического воздействия. Наконец, в ряде случаев, если устройство входит в систему жизнеобеспечения (например, наркозная или реанимационная техника), отказ в устройстве создает непосредственную угрозу жизни больного. Такой же результат наблюдается и в случае отказа, нарушающего электробезопасность устройства.

Правильный выбор и назначение показателей надежности зависят в основном от той функциональной задачи, которую выполняет изделие в лечебно – диагностическом процессе.

В данном разделе проводится расчет надежности блока управления аппарата искусственной вентиляции легких «Спирон-201».

Блок управления содержит следующие элементы: плата питания ИМ, плата питания ИС, плата ввода – вывода, плата управления индикацией, микроконтроллер, плата питания ВИП.

Коэффициенты нагрузки, интенсивности отказов и поправочные коэффициенты взяты из справочников [2,3,4] и сведены в таблицах 2.6.1, 2.6.2, 2.6.3.2.6.4, 2.6.5. Рабочая температура дается в соответствии с паспортными данными прибора по [1].

Для повышения вероятности безотказной работы соединителей и дорожек монтажных применено их дублирование. Следовательно, вероятность безотказной работы соединителей и дорожек монтажных рассчитывается по формулам:

P_п(t) = 1 – (1 – e^{-λс t})² (2.6.1)

P_Д(t) =1 – (1 – e^{-λД t})² (2.6.2)

Вероятность безотказной работы остальных элементов блока управления определяется уточненным средне – групповым методом по формуле:

, (2.6.3)

где l_i- интенсивность отказа элемента;

P_{общ i}(t) = P_c(t)· P_д(t)·P(t) (2.6.4)

Вероятность безотказной работы всего блока управления рассчитывается по формуле:

P_у=å P_{общ i}(t) (2.6.5)

Вероятность безотказной работы рассчитывается в течение заданной наработки на отказ и в течении средней интенсивности эксплуатации.

Рассчитаем вероятность безотказной работы платы питания ВИП (таблица 2.6.1)

L=ål_I=1,0345*10^-6

P_{общ. 1}(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,0021=0,997

P_{общ. 1}(8)= e^{-L 8}= e^-0,00=0,99997

Рассчитаем вероятность безотказной работы платы ввода – вывода (таблица 2.6.2)

L=ål_I=26,51*10^-6

P(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,053=0,988

P(8)= e^{-L 8}= e^-0,00021=0,9997

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lп 2000})=1 – (1 – e^-0,002)=0,99999

P_п(8)= 1 – (1-e^{-lп 8)}=1 – (1 – e^-0,000008)=0,999999999

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lд 2000})=1 – (1 – e^-0,003)=0,99999

P_д(8)= 1 – (1-e^{-lд 8)}=1 – (1 – e^-0,000012)=0,99999998

Р_{общ. 2}(2000)= Р(2000)×Р_д(2000)×Р_п(2000)=0,988×0,99999×0,99999=0,988

Р_{общ. 2}(8)= Р(8)×Р_д(9)×Р_п(8)=0,9997×0,999999999×0,99999998=0,9996

2.6.3 Рассчитаем вероятность безотказной работы платы питания ИМ (таблица 2.6.3)

L=ål_I=2,773*10^-6

P(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,00555=0,9988

P(8)= e^{-L 8}= e^-0,000022=0,99999

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lп 2000})=1 – (1 – e^-0,0005)=0,999999

P_п(8)= 1 – (1-e^{-lп 8)}=1 – (1 – e^-0,000002)=1

P_д(2000)= 1 – (1-e^{-lд 2000})=1 – (1 – e^-0,00093)=0,999999

P_д(8)= 1 – (1-e^{-lд 8)}=1 – (1 – e^-0,0000037)=1

Р_общ.3(2000)= Р(2000)×Р_д(2000)×Р_п(2000)=0,9988×0,999999×0,999999=0,998

Р_общ.3(8)= Р(8)×Р_д(8)×Р_п(8)=0,99999×1×1=0,99999

Рассчитаем вероятность безотказной работы платы питания МС (таблица 2.6.4)

L=ål_I=15,7857*10^-6

P(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,0318=0,989

P(8)= e^{-L 8}= e^-0,000127=0,9998

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lп 2000})=1 – (1 – e^-0,00074)=0,999999

P_п(8)= 1 – (1-e^{-lп 8)}=1 – (1 – e^-0,0000029)=1

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lд 2000})=1 – (1 – e^-0,00138)=0,99999

P_д(8)= 1 – (1-e^{-lд 8)}=1 – (1 – e^-0,0000055)=1

Р_общ.4(2000)= Р(2000)×Р_д(2000)×Р_п(2000)=0,989×0,999999×0,99999=0,98899

Р_общ.4(8)= Р(8)×Р_д(9)×Р_п(8)=0,9998×1×1=0,9998

Рассчитаем вероятность безотказной работы платы управления индикацией (таблица 2.6.5)

L=ål_I =28,1*10^-6

P(2000)= e^{-L 2000}= e^-0,0562=0,98

P(8)= e^{-L 8}= e^-0,00022=0,9997

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lп 2000})=1 – (1 – e^-0,0014)=0,999999

P_п(8)= 1 – (1-e^{-lп 8)}=1 – (1 – e^-0,0000058)=1

P_п(2000)= 1 – (1-e^{-lд 2000})=1 – (1 – e^-0,0039)=0,99998

P_д(8)= 1 – (1-e^{-lд 8)}=1 – (1 – e^-0,00002)=1

Р_общ.5(2000)= Р(2000)×Р_д(2000)×Р_п(2000)=0,98×0,999999×0,99998=0,98

Р_общ.5(8)= Р(8)×Р_д(9)×Р_п(8)=0,9997×1×1=0,9997

Вероятность безотказной работы всего блока управления

Р_у.(2000)=Р_общ.1(2000)×Р_общ.2(2000) ×Р_общ.3(2000) ×Р_общ.4(2000)

×Р_общ.5(2000) × Р_общ.6(2000),

Р_у.(8)=Р_общ.1(8)×Р_общ.2(8) ×Р_общ.3(8) ×Р_общ.4(8)

×Р_общ.5(8) × Р_общ.6(8),

где Р_общ.6(2000)=0,989 и

Р_общ.6(8)=0,9998 – вероятность безотказной работы микроконтороллера.

Р_у(8)= 0,9996×0,99997×0,99999×0,9998×0,9997×0,9998=0,9988

Р_у(2000)=0,997×0,988×0,998×0,98899×0,98×0,989=0,968

Полученная вероятность безотказной работы соответствует ГОСТу Р50444–92 для изделий класса А.

Определим среднюю наработку до отказа:

Т=1/L_общ,

L_общ.=88,56 – суммарный поток отказов.

Т=1/88,56×10³=11290 часов.

Наименование и тип элемента	Обозначение по чертежу	Количество Ni	Интенсивность отказа при номинальном режиме l0i *10-6 1/ч	Режим работы		Поправочный Коэффициент Аi	Интенсивность отказов i-го элемента Аi * loi *10-6, 1/ч	Интенсивность отказа изделия Из-за элементов i-го типа Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
				Коэф-т нагрузки Кн	Температура рабочая Т,о С
Микросхемы: К142ЕН9Е	D1	1	0,1	0,5	40	1	0,1	0,1
Резисторы: С2-33Н – 0,5–75 ОМ±5% С2-33Н – 0,5–3 кОМ±5% Конденсаторы: К50–24–63В-2200 мкФ К73–11–250В – 0,33 мкФ К50–24–63В-100мкФ Прибор выпрямительный КЦ402А Индикатор единичный АЛ307КМ Вилка РШ 2НМ-1–5 Пайка Провода	R1…R3 R4 С1 С2 С3 V1 V2 X1	3 1 1 1 1 1 1 1 24 18	0,04 0,04 0,135 0,035 0,135 0,02 0,2 0,01 0,004 0,015	0,5 0,5 0,9 0,9 0,9 0,5 0,8 1 1 1	40 40 40 40 40 40 40 40	2,5 2,5 0,9 0,9 0,9 0,6 1,19 1 1 1	0,1 0,1 0,1215 0,0315 0,1215 0,012 0,238 0,01 0,004 0,015	0.3 0,1 0,1215 0,0315 0,1215 0,012 0,238 0,01 0,096 0,27

Таблица 2.6.2. Плата ввода – вывода

Наименование и тип элемента	Обозначение по чертежу	Количество Ni	Интенсивность отказа при номинальном режиме l0i *10-6 1/ч	Режим работы		Поправочный Коэффициент Аi	Интенсивность отказов i-го элемента Аi * loi *10-6, 1/ч	Интенсивность отказа изделия Из-за элементов i-го типа Ni * Ai * loi * 10-6, 1/ч
				Коэф-т нагрузки Кн	Температура рабочая Т,о С
Микросхемы: КР1006ВИ1 КР544УД1В К555ЛН1 К155ЛП9 КР590КН6 К1113ПВ1А К555ЛН2 К155ЛП10 К155ЛП11 К555ЛАЗ	D2 D3, D4, D8 D1, D9, D10 D5, D11 D12 D13 D14, D17 D15 D16 D19… D22	1 3 3 2 1 1 2 1 1 4	0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1	0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5	40	1	0,1	0,1 0,3 0,3 0,2 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,4
Резисторы: С2–33Н – 0,125–3 кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,125–820Ом±5%-А-Д С2–33Н – 0,125–3,9кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,125–10кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,125–75кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,125–4,7кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,125- 3,3 кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,125–330Ом±5%-А-Д С2–33Н – 0,25–160 кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,25–8,2 кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,5–510 Ом±5%-А-Д С2–33Н – 0,25–560Ом±5%-А-Д С2–33Н – 0,25–240 кОм±5%-А-Д С2–33Н – 0,5–2 Ом±5%-А-Д СП5–22В-1Вт – 1,5 кОм±10% СП5–22В-1Вт-10 кОм±10% СП5–22В-1Вт – 1,0 кОм±10% Конденсаторы: КМ-5б-Н90–0,033 мкФ КМ-5б-Н90–0,1 мкФ К53–14–32В-15 мкФ±30% К53–14–25В-22 мкФ±30% К50–16–50В-100 мкФ-В Диод полупроводниковый КД521В Транзистор КT1817В Транзистор КТ315В Транзистор КТ819В Индикатор единичный АЛ307Км Вилка СНП58–64/94х9В-23–2–0 Пайка Провода	R1, R2, R9, R10 R3, R19, R29R31, R33, R34, R36, R42, R46, R53…R55 R4, R5 R6, R8 R11, R12 R13..R15, R17, R18, R28, R77…R82 R20 R21…R26, R47…R52 R37 R38 R39 R65…R70 R89…R94 R71…R76, R95…R100 R82…R88 R7 R5, R16, R35, R40, R41 R27 С1 С2, С3, С5, С9…С20 С4 С21, С22 С23 V1, V2 V3 V10 V25…V30 V4…V9 V13…V18 X1, X2	4 13 2 2 2 12 1 12 1 1 1 12 12 7 1 5 1 1 15 1 2 1 2 1 1 6 12 2 260 104	0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,053 0,053 0,053 0,6 0,6 0,6 0,6 0,135 0,2 0,5 0,5 0,5 0,2 0,01 0,004 0,015	0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,9 0,9 0,5 0,5 0,9 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 1 1 1	40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40	2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 0,3 0,3 0,3 0,7 0,7 2 2 0,9 1,19 0,9 0,9 0,9 1,19 1 1 1	0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0159 0,0159 0,0159 0,42 0,42 1,2 1,2 0,1215 0,238 0,45 0,45 0,45 0,238 0,01 0,004 0,015	0,4 0,13 0,2 0,2 0,2 0,12 0,1 0,12 0,1 0,1 0,1 0,12 0,12 0,7 0,0159 0,0795 0,0159 0,42 6,3 1,2 2,4 0,1215 0,476 1 1 6 2,856 0,02 1,04 1,56

L=ål_I=26,51*10^-6