В результате исследовательского поиска, проведенного творческой группой конструкторского ученического бюро, обозначилась потребность в более совершенной учебно-материальной базе для подготовки и проведения интегрированного лабораторного практикума по электрорадиотехнологии, повышении безопасности при работе с электрическими цепями и приборами и выполнении творческих проектов по этому разделу программы.

Цель: разработка и изготовление лабораторного универсального комплекса «Лукошко» для общеобразовательной школы, позволяющего выполнять лабораторно-практические работы по электротехнике, радиоэлектронике, автоматике и цифровой электронике.

Исследования, проведенные в процессе работы над проектом

• Изучение и анализ учебной и специальной литературы ло технике, охране труда.

• Исследование существующих методик лабораторных практикумов по физике (электродинамике), электротехнике, радиоэлектронике, автоматике с применением видеосъемки и хронометража учебных занятий.

• Апробирование предлагаемых методик проведения лабораторных работ с применением вновь разработанного оборудования.

• Обработка опытно-экспериментальных данных с применением ЭВМ и корректирование элементов объектов проектирования.

Основные достоинства лабораторного комплекса «Лукошко»

1. Наличие множества энергоносителей, в том числе автономного источника низкого (12В) трехфазного напряжения.

2. Возможность выполнения сборки электрических цепей без применения проводных соединителей.

3. Возможность выполнения лабораторно-практических работ по различным разделам: электротехнике, радиоэлектронике, автоматике.

Практическое использование лабораторного комплекса «Лукошко» в течение учебного года показало его большое значение для выполнения творческих проектов по электрорадиотехнологии.

Описание основных узлов лабораторного комплекса «Лукошко»

1. Панель установочных элементе и съемных стендов предназначена для подключения установочных элементов к шинам узловых соединителей. Она соединена с панелью узловых соединителей 24 шинами, которые проходят через контакты модуля контрольных точек узловых соединителей, причем 14 из 24 шин имеют соединение и контактами разъема поля съемных приборных панелей. Панель установочных элементов и съемных стендов снабжена системой параллельно соединенных клемм — зажимов, облегчающих подключение установочных элементов с гибкими выводами. Съемные стенды закрепляются на ней двумя винтовыми зажимами. На панели размещены также динамическая головка и кнопка с нормально замкнутыми контактами, работающая на отключение электрической цепи (источник регулируемого напряжения 0-10 В).

2. Поле съемных приборных панелей содержит; стойки крепления приборных панелей и разъем-соединитель с 14 контактами; компрессор на базе микроэлектродвигателя с воможностью его реверсивного включения; разъем с винтовыми зажимами для подключения кабеля трехфазного напряжения (12 В переменного тока) внешней электросети; выходной трансформатор, рассчитанный на подключения динамической головки мощностью 0,25-0,5 Вт со звуковой катушкой сопротивлением 6-10 0м; электропатрон для сигнальной лампы с винтовыми зажимами.

3. Панель узловых соединителей состоит из 24 вертикальных контактных стержней с ползунковыми замыкателями, под которыми расположены горизонтальные контактные стержни для 12 узловых точек, промаркированных буквами А, Б, 8, Г, Д Ё, Ж, 3, И, К, Л, М. Основное функциональное назначение панели узловых соединителей — электрическое соединение каждого из 24 контактных стержней с любой из 12 узловых точек с помощью ползунковых замыкателей. А поскольку вертикальные контактные стержни через шины узловых соединителей связаны с клеммами — зажимами панели установочных элементов, то возможна сборка электрических цепей с использованием установочных элементов без применения дополнительных соединительных проводов.

4. Модуль контрольных точек узловых соединителей представляет собой 24 линейно расположенные контрольные точки — контакты для тестирования состояния ползунковых замыкателей и параметров установочных элементов, включенных в цепь через панель установочных элементов.

5. Блок измерительных приборов включает: электронный осциллограф Н 3013, прибор проверки параметров полупроводниковых триодов, магазин резисторов Р-33, магазин емкостей «Интеграл», набор съемных приборных панелей для измерений в цепях постоянного и переменного тока.

6. Банк установочных элементов (рис. 2) состоит из элементов, выполненных на основе типовых резисторов, конденсаторов, транзисторов, диодов, герконов, ламп накаливания и некоторых других, заключенных в полиэтиленовые пеналы с гибкими выводами со штекерами.

7. Блок источников питания представляет собой набор преобразователей электрического напряжения, в который входят стабилизированный источник электрического напряжения 0-ЗОВ с электронной защитой, электронные преобразователи электрического напряжения (6 В постоянного тока в 50 6 переменного и 12 В постоянного тока в 100 В постоянного тока), машинный преобразователь 12 В постоянного тока в 12 В трехфазного переменного тока, понижающий трансформатор 220 /4,12, 20, 36 В, батарея аккумуляторов 3x1,25 В, 10 А-ч, батарея аккумуляторов 10x1,25 8, 1,5 Ач.

8. Базовый стенд первого уровня предназначен для сборки электрических цепей, поиска и устранения в них неисправностей. Имеет набор основных элементов, входящих в состав бытовых электроприборов: выключатели, соединители, эпектропатроны и др.

9. Базовый стенд второго уровня предназначен для сборки разветвленных электрических цепей. Заложенная в нем универсальная основа электрических соединений предполагает возможность сборки с минимальной дополнительной коммутацией.

Основные технологические операции при выполнении лабораторного комплекса «Лукошко»

1. Макетирование модулей основных узлов в комплексе.

2. Изготовление заготовок из металла.

3. Пайка установочных элементов с помощью технологического устройства «третья рука» (рис. 4).

4. Сверление отверстий с использованием кондукторов.

5. Общий монтаж комплекса.

6. Изготовление надписей на лицевых панелях с помощью печатного устройства.

7. Термообработка деталей из пластмасс на специальном технологическом оборудовании.

Безопасные приемы труда при выполнении проекта

В нашем случае особого внимания требуют мероприятия по охране труда при производстве радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Электромонтажные работы ведутся в основном с применением пайки. В состав припоев входит свинец, поэтому без применения необходимых мер защиты возможно отравление организма свинцом с изменениями в нервной системе, крови и сосудах человека. Флюсы, применяемые при пайке (канифольно-спиртовой, хлористый цинк), токсичны. Канифоль вызывает раздражение кожи, появление сыпи. Предусматривается специальная, плотно закрытая тара для хранения припоев, флюсов и других химических веществ. Рабочее место, где осуществляется пайка, оборудуется местной вытяжной вентиляцией, обеспечивающей концентрацию свинца в рабочей зоне не больше предельно допустимой —0,01 мг/м3.

Поражение электрическим током опасно для жизни человека. Электрический ток оказывает тепловое (ожог), механическое (разрыв тканей), химическое (электролиз) и биологическое (сокращение мышц, паралич дыхания или сердца) воздействия. Степень влияния электрического тока на организм человека зависит от силы тока, его напряжения и частоты, продолжительности воздействия, путей прохождения тока и индивидуальных особенностей организма человека. Опасным для человека является ток больше 10 мА, при котором человек все же может освободиться от токоведущих частей. Ток 50 мА вызывает тяжелое поражение, а ток 100 мА, воздействующий более 1-2 с, является смертельным.

Переменный ток с частотой 50-1000 Гц для человека опаснее, чем постоянный, но при напряжении свыше 300 В опасность постоянного тока резко возрастает.

Для предотвращения поражения электрическим током необходимо строго соблюдать правила безопасности труда. Напряжение электроинструмента при проектной работе выбрано не превышающим 50 В. Напряжение паяльника — 42 В.

Расчет себестоимости лабораторного комплекса

Общая себестоимость комплекса в значительной степени зависит от себестоимости основных узлов. Себестоимостью изделия принято считать сумму затрат на изготовление и реализацию изделия. Ее можно определить по формуле:

С - Мзп + Мзр + Роп + Ао + Очес + Окр + + 3др,

где: С — себестоимость продукции;

Мзп — материальные затраты на производство продукции;

Мзр — материальные затраты на реализацию продукции;

Роп — расходы на оплату труда;

Ао — амортизационные отчисления на восстановление основных производственных фондов;

Очсс — отчисления на государственное социальное страхование;

Окр — оплата по краткосрочным кредитам банка, кроме процентов по просроченным ссудам, выделенных на пополнение собственных оборотных средств;

Здр — другие затраты на производство и реализацию продукции, включая расходы по всем видам ремонтов основных производственных фондов.

В нашем случае материальные затраты складываются из стоимости основных узлов комплекса, перечисленных в таблице (цены указаны по состоянию на начало 2003 г.).