ChSTU repository

Зміст 
 
Стор. 
Вступ.................................................................................................................5 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі огляду літературних 
джерел...........................................................................................................................8 
1.1 Прилади обліку тари і фасованої продукції............................................8 
1.2 Прилади і пристрої контролю якості тари і упаковок фасованої 
продукції.......................................................................................................................11 
1.3 Вимірювачі об’єму.....................................................................................14 
2 Обґрунтування технічного завдання...........................................................21 
3 Розробка варіантів схем системи керування карусельним однорядним 
автоматом для харчової промисловості……………………………………………..22 
3.1 Розробка варіантів структурної схеми.....................................................22 
3.2 Розробка принципової схеми....................................................................25 
3.2.1 Розробка принципу дії блоку дозатора для рідких продуктів............26 
3.2.2 Розробка електричної принципової схеми рівнеміра..........................28 
4 Розрахунок основних елементів схеми об'єкту проектування.................33 
4.1 Розрахунок дозуючого циліндра..............................................................33 
4.2 Розрахунок привідного пневмоциліндра дозуючого циліндра............34 
4.3 Вибір привідного пневмоциліндра відсікача продукту.........................35 
4.4 Вибір привідного пневмоциліндра золотника........................................35 
4.5 Розрахунок основних елементів електричної схеми рівнеміра.............36 
4.5.1 Розрахунок вимірювального ланцюга..................................................37 
4.5.2 Розрахунок мікропроцесорного блоку.................................................41 
4.6 Розрахунок компенсаційного стабілізатора напруги безперервної дії..45 
4.7 Розрахунок похибки рівнеміра..................................................................48 
 
 РС93.21047.001 ПЗ 
Зм. Аркуш № докум. Підп. Дата 
 
 Розроб. Пузік Д.О. Система керування карусельним Літ. Аркуш Аркушів 
 Перев. Гальченко В.Я. однорядним автоматом для 3 100 
  харчової промисловості 
 Н. Контр. Тичков В.В. ЧГТУ 
Пояснювальна записка 
 Затв.  
 
4.8 Оцінка терміну служби дозуючого циліндра..........................................48 
4.9 Визначення надійності рівнеміра..............................................................50 
5 Спеціальний розділ………………………………………………………….54 
5.1 Технологічний розділ..................................................................................54 
5.2 Економічний розділ....................................................................................62 
5.3 Розділ охорони праці..................................................................................66 
Висновок...........................................................................................................79 
Список використаної літератури...................................................................80 
Додаток А Відомість технічного проекту....................................................82 
Додаток В Специфікації і перелік елементів................................................84 
Додаток Г Результати розрахунку проектованих елементів на ЕОМ........90 
Додаток Д Комплект документації на технологічний процес виготовлення 
деталі з пластмаси.......................................................................................................93 
 4 
Вступ 
 
В даний час в харчовій промисловості широке застосування отримали 
упаковки з різних видів пластмас. Упаковки з пластичних мас дозволили 
використовувати вакуумні методи консервації продукції, що значною мірою 
сприяло збільшенню терміну їх зберігання без використовування консервантів і 
без втрати якості самого продукту. Використовування пластмасової упаковки 
здешевлює вартість продукції, технологічно проста у виготовленні, достатньо 
міцна, легко утилізується, має естетичний вигляд, надійна при транспортуванні і є 
екологічно чистою продукцією. 
Традиційно, автомати по переробці і упаковці продукції працювали з 
скляною і металевою тарою, що забезпечило високою ціну кінцевого продукту. 
Пропонована система для фасування молочних продуктів має ряд переваг, які 
описані нижче. В даний час вітчизняні підприємства харчової промисловості 
вимушені закупляти устаткування у зарубіжних виробників, що викликає ряд 
незручностей таких як:  
 велика вартість зарубіжного устаткування;  
 труднощі в навчанні технічного персоналу;  
 труднощі в експлуатації і ремонті устаткування; 
 погана взаємозамінність складових частин іноземного устаткування; 
 зв'язок окремих вузлів і агрегатів має болтове або гвинтове з'єднання, 
яке не відповідає ДСТУ, що приводить до збільшення вартості автомата за 
рахунок додаткової закупки спеціального інструменту. 
Все вище висловлені причини зрештою відображаються на вартості 
готової продукції.  
Також негативною стороною у використовуванні імпортного устаткування 
є те, що його ремонт і сервісне обслуговування здійснюється фахівцями фірми-
виробника або представництва, що приводить до додаткових витрат при його 
експлуатації. Тому одна з основних задач сучасного вітчизняного 
приладобудування – це необхідність проаналізувати імпортні аналоги, розробити і 
 5 
упровадити у виробництво лінії по фасуванню і упаковці харчових продуктів в 
пластмасову тару, які б відрізнялися високою продуктивністю, високим рівнем 
автоматизації, низькими показниками браку і порівняно невисокою собівартістю. 
Автомати такого типу не випускаються на території України або, в 
кращому разі, підприємства випускають автоматичні лінії, які можуть 
упаковувати в різні види тари, у тому числі і в стаканчики полістиролів, але такі 
лінії дуже дорогі і не завжди підприємства харчової промисловості можуть 
повністю використовувати їх функціональні можливості або здійснюють крупно 
вузлове складання автоматів іноземних виробників, які теж мають високу 
собівартість через поставки деталей з інших країн. 
В теж час на Україні в кожній області в середньому налічується близько 
двадцяти підприємств харчової промисловості, які випускають продукцію рідкої і 
пастоподібної консистенції. У свою чергу, рідкі і пастоподібні продукти мають 
дуже різноманітні фізичні і хімічні властивості (в'язкість, здібність до спінення і 
ін.), а тому під час дозування і фасування їх в споживацьку тару повинні 
виконуватися відповідні умови, які гарантуватимуть збереження специфічних 
властивостей тієї або іншої продукції. Тому устаткування для дозування і 
фасування рідкої і пастоподібної продукції різноманітно як по технологічних 
процесах, так і по конструктивних рішеннях. 
Існує два основні способи дозування харчових продуктів – ваговий і 
об'ємний. В процесі упаковки рідких харчових продуктів в споживацьку тару 
формування дози здійснюється об'ємним способом. Ваговий спосіб дозування, в 
основному, застосовують під час упаковки рідин в транспортну тару і спеціальні 
контейнери. Об'ємний спосіб дозування, залежно від умов формування дози, 
можна розділити на два вигляд: той що формується безпосередньо в тарі, тобто 
залежить від її геометричних параметрів, і незалежний від тари, який формується 
в тарових заходах або визначається лічильником витрат. До першого вигляду 
відноситься дозування по рівню в споживацькій тарі або формування дози 
розмірами упаковки, що виготовляється в процесі фасування – метод 
видавлювання (пакування в тетраедри). В першому і другому способі, в 
 6 
основному, точність дозування залежить від стабільності внутрішніх розмірів 
упаковки. В даний час підприємства харчової промисловості не можуть 
самостійно виготовляти тару і вимушені її закупляти, отже для забезпечення 
необхідної точності дозування підприємства вимушені застосовувати фасувально-
пакувальні автомати, спосіб дозування яких не залежить від геометричних 
параметрів тари.  
В дозуючому пристрою системи, що розробляється, застосований спосіб 
тарових заходів, який в даний час є сучасним і більш оптимальним. Також 
карусельний метод переміщення пакувальних одиниць між операціями дозволив 
істотно зменшити габаритні розміри системи, що дуже важливо для невеликих 
приватних молочних цехів, які останнім часом придбавають все більше 
розповсюдження. В системі використовуються матеріали, деталі, вузли і прилади 
вітчизняного виробництва; система призначена для фасування продукції тільки в 
стаканчики полістиролів двох різних діаметрів, що спрощує конструкцію, а отже і 
ціна системи буде менше ніж у аналогів. 
 7 
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі огляду 
літературних джерел 
 
1.1 Прилади обліку тари і фасованої продукції  
Для отримання інформації про кількість тари або готової продукції на 
транспортерах, що рухаються, застосовують рахункові пристрої (лічильники), що 
складаються з первинного перетворювача (датчика) і вторинного інтегруючого 
рахункового приладу. 
Залежно від методу, встановленого в основу роботи первинного 
перетворювача, розрізняють рахункові пристрої: 
електромеханічні, засновані на застосуванні кінематичних механізмів 
(важелі, зірочки, турнікети, заслінки і ін.), впливаючі на рахункові пристрої, 
контактні або безконтактні перемикачі; 
фотоелектричні, засновані на перериванні світлового променя або зміні 
його інтенсивності, викликаній об'єктом рахунку; 
радіоактивні, засновані на зміні об'єктом рахунку інтенсивності 
радіоактивного випромінювання. 
Вторинними інтегруючими приладами служать механічні, 
електромеханічні і електронні лічильники. 
Електромеханічні рахункові пристрої (лічильники). Пристрої V-115 
призначені для рахунку прямокутних корзин (ящиків) з скляними пляшками або 
банками, що рухаються на транспортерах. В основу роботи пристрою 
встановлений принцип механічної дії корзин, переміщуваних транспортером, на 
шляху нескінченного ланцюга. 
Пристрій V-115 встановлюють збоку транспортера. Корзина 9 (рисунок 
1.1), переміщаючись транспортером 2, передньою нижньою кромкою торкається 
до щупа 3, приводячи в рух ланцюг 7, зірочка 6 якої за допомогою зубчатої 
передачі 8 приводить в дію лічильник 5, показуючий кількість проходячих по 
транспортеру корзин. При цьому наступний щуп відштовхує убік корзину, 
причому наступна корзина стикається з цим же щупом. Один оборот зірочки 
 8 
відповідає проходу однієї корзини. Для щільного прилягання щупа до корзини 
встановлена пружиняча пластина 1, регулююча ширину транспортера і знімаюча 
можливість проходу корзин без ліку і застрявання корзин. Для дистанційної 
передачі свідчень передбачений безконтактний кінцевий вимикач 4, працюючий 
спільно з проміжним блоком, до якого підключається лічильник імпульсів для 
дистанційного контролю результатів рахунку. 
 
Рисунок 1.1 - Лічильник корзин V-115: 1 — пружиняча пластина; 2 — 
транспортер; 3 — щуп; 4 — безконтактний датчик імпульсів; 5 — лічильник; 6 — 
зірочка; 7 — ланцюг; 8 — зубчата передача; 9 — корзина 
Габаритні розміри лічильника 540260220 мм. Маса до 50 кг. Механізм 
рахунку корзин призначений для експлуатації в закритих приміщеннях при 
температурі навколишнього середовища 10  35 °С і відносної вогкості до 80 %. 
Пристрої (лічильники) БЗ-ОМГ призначені для рахунку прямокутних 
ящиків з скляними пляшками на транспортерах. Прилад складається із 
захищаючих і направляючих конструкцій і системи рахунку. Захищаючі 
конструкції призначені для обмеження доступу до датчика системи рахунку. 
Направляючі конструкції призначені для орієнтування ящиків на транспортері 
 9 
щодо датчика, змонтованого на корпусі і що складається з щупа і трьох путніх 
вимикачів. Система рахунку є корпусом, в якому змонтовано три лічильники 
імпульсів. Ящики, що переміщаються на транспортері, взаємодіють з 
направляючими конструкціями і придбавають таку траєкторію руху, яка 
приводить кожний ящик в зіткнення з щупом датчика. Останній видає три 
незалежні імпульси, які підраховуються лічильниками імпульсів. Після взаємодії з 
щупом ящик змінює траєкторію руху таким чином, що щуп датчика звільняється 
для зіткнення з наступним ящиком. Пропускна спроможність лічильника до 4000 
ящиків в годину. Відносна похибка рахунку до 0,025 %. Габаритні розміри 
пристрою 3000650484 мм Маса до 65 кг. 
Рахунковий пристрій АСК-3 призначений для рахунку прямокутних 
ящиків (корзин) з пляшками. Працює за принципом механічного відхилення 
переміщуваних ящиками важелів чотирьох датчиків і перетворення переміщень 
цих важелів в електричні імпульси. Останні передаються на логічний блок, що 
формує сигнали рахунку ящиків, передаванні на цифровий прилад (лічильник). 
 
Рисунок 1.2 - Лічильник шестигранних корзин (ящиків) з паперовими 
пакетами: 1 — хрестовина; 2 — сталевий лист, 3 — прокладка; 4 — кулька; 5, 7 — 
фланець; 6,8 — гайка; 9 — кронштейн; 10 — болт; 11 — пружина; 12 — упор; 13 
— транспортер 
 10 
При повороті хрестовини датчика упор 12 діє на мікро вимикач, число 
включень якого підсумовується електроімпульсним лічильником. Можна 
підключати також другий лічильник, встановлюваний дистанційно. 
Фотоелектричні рахункові пристрої. Вони засновані на зміні 
освітленості фотодатчика, викликаній появою об'єкту рахунку в зоні світлового 
випромінювання. Ці прилади звичайно містять первинний фотоперетворювач, в 
склад, якого входить джерело світлового потоку (лампа розжарювання, 
світлодіод) і приймач випромінювання — фотодатчик (фототранзистор, 
фотоопори), а також логічний перетворювач для формування рахункових 
імпульсів і інтегруючий лічильник одиниць. 
 
1.2 Прилади і пристрої контролю якості тари і упаковок фасованої 
продукції 
Якість упаковок з готовою продукцією оцінюється такими показниками, як 
герметичність, маса і ін. Пристрої дозволяють не тільки виявити браковані 
упаковки, але і виконати їх відбраковку. Існують також прилади, що дозволяють 
оцінити підготовлені до заповнення скляні пляшки на наявність в них сторонніх 
предметів, забрудненні, сколовши і тріщин і виконати відбраковку дефектних 
пляшок. 
Пристрій AI-ОГП служить для об'єктивного вибіркового контролю 
герметичності і міцності пакетів з молоком тетраедральної форми місткістю 0,5 л, 
виготовлені на автоматах АПН. Призначено для застосування на молочних 
заводах при наладці автоматів АПН і при повсякденному контролі готової 
продукції службою ОТК. Принцип роботи пристрою полягає в створенні 
статичного навантаження на пакети протягом певного проміжку часу за 
допомогою пневмоцилідрів, на штоках, яких встановлені нажимні циліндрові 
черевики і сопла, закриті підпружиненими стрижнями — заслінками. В результаті 
навантаження черевиків на пакет в ньому створюється заданий тиск, що впливає 
на шви пакету. При недостатній міцності пакетів розкриваються зварні шви, і 
прогинається стінка пакету, навантаженого черевиком циліндра. При цьому 
 11 
скріпляючи з штоками і циліндрами сопла відходять від заслінок, внаслідок чого 
змінюється тиск стислого повітря в порожнині сопла. Якщо тиск в порожнині 
сопел виявляється нижче порогового, то включаються пневматичні індикатори, 
що інформують на сигнальному табло про негерметичність пакетів. 
Пристрій складається з панелі 5 (рисунок 1.5), на якій розміщені кубла-
осередки 4, системи навантаження 3 і блоку управління 2. Карусель розташована 
на столику-підставці 7, на якому кріпиться блок живлення 6. Усередині столика є 
ємність для збору протікання молока. На панель 1 за допомогою 
пневмоіндикаторів 9 виведена інформація про роботу пристрою і кнопка «Пуск» 
8. Пристрій розрахований на одночасний контроль восьми пакетів з молоком, які 
по черзі закладаються в осередки карусельної матриці, що повертаються, а після 
контролю вивантажуються. 
Блок управління реалізований на базі універсальної системи елементів 
промислової пневмоавтоматики і розміщений на двох платні: управління 
системою навантаження; реєстрації браку. Управління системою навантаження 
здійснюється за допомогою кнопки, тригера, двох реле часу, індикатора циклу і 
індикаторів браку. Блок живлення містить фільтр - вологовіддач, фільтр тонкого 
очищення повітря, манометр контролю вхідного тиску повітря, стабілізатор тиску 
з манометром. Панель-табло містить вісім індикаторів браку, кнопку пуску і 
індикатор циклу. 
Навантажують пакет в два етапи: перший — тривалістю 25 з при 
звільнених стрижнях-заслінках, другий — тривалістю 5 з при фіксованих 
положеннях стрижнів-заслінок. Всі операції перевірки пакетів, виключаючи їх 
завантаження і вивантаження, після натиснення кнопки «Пуск» виконуються 
автоматично. Час перевірки восьми пакетів 30 с. Тиск повітря живлення 0,35  0,8 
МПа. Габаритні розміри 8406001390 мм Маса до 150 кг. Температура 
навколишнього повітря 10  35 °С. Відносна вологість навколишнього повітря до 
90 %. 
Бракеражний пристрій типа ЄВУ фірми TY Fords призначений для 
контролю порожніх скляних пляшок на наявність сторонніх включень, залишків 
 12 
продукту, сколовши і тріщин. Пляшки проходять над розсіюючим екраном, 
освітлюваним знизу джерелом світла, що обертається. При цьому фотодіоди 
проглядають дно пляшки. При виявленні зміни в інтенсивності світла, 
обумовленого стороннім включенням, спрацьовує відбраковочний механізм. 
Виявлення пошкоджень шийок пляшок здійснюється випромінювачем 
інфрачервоного світла, яке заломлює світло, що проходить через обід шийки 
пляшки. В пристрої передбачена автоматична компенсація кольору пляшок. 
Продуктивність пристрою до 48 тисяч пляшок в годину. 
 
Рисунок 1.3 - Пристрій AI-ОГП для вибіркового контролю герметичності 
пакетів тетраедральної форми: 1 — панель; 2 — блок управління; 3 — система 
навантаження; 4 — осередки; 5 — каруселі; 6 — блок живлення; 7 — підставка; 8 
— кнопка «Пуск»; 9 — пневмоіндикатор 
Для контролю упаковок з фасованою продукцією використовують також 
пристрої, контролюючі масу упаковок і вібракуючі їх при масі упаковки, нижче 
номінальній. 
 13 
Безконтактні конвеєрні терези для автоматичного контролю маси пачок 
масла в потоці встановлюють на виході з фасувального автомата. 
 
1.3 Вимірювачі об’єму 
Для отримання інформації про об'єм молока і рідких молочних; продуктів, 
що протікають по трубопроводу (в потоці), застосовують технічні засоби 
вимірювання двох видів: лічильники і витратоміри. Лічильники служать для 
вимірювання сумарного об'єму продукту за певний проміжок часу в кубічних 
метрах або літрах, витратоміри — для вимірювання об'ємної витрати в кубічно: 
метрах або літрах в годину. Витратоміри, оснащені блоками інтеграції, можуть 
виконувати функції лічильників. Лічильники використовую в молочній 
промисловості, як правило, для контролю кількості молока при прийманні, для 
між цільового контролю і в інших випадках Витратоміри застосовують в 
основному при нормалізації і заквасці молока, для дозування закваски, в процесі 
згущування молока і ін. В комплекті з інтегруючими приставками вони служать 
для міжцехового контролю. 
На основі лічильників і витратомірів випускають також комплектні 
стаціонарні і пересувні установки для вимірювання кількостей; молока і рідких 
молочних продуктів в потоці, зокрема при прийманні на молочних заводах. 
Лічильники. Лічильник є встановлювану на трубопроводі проточною 
вимірювальною камерою, що містить робочий елемент, який ділить протікаючу 
рідину на порції (об'єми) певної величини, що обертається. Суми цих порцій, що 
витісняються з вимірювальної камери за певний проміжок часу, рівні об'єму 
рідини, що виміряється, і пропорційні частоті обертання робочого елемента: 
V  V n
0 ,                                                       (1.1) 
де V — об'єм рідини, що виміряється, л або м3; 
Vo — об’єм порції рідини за один оборот робочого елемента, що 
обертається, л або м3; 
n — частота обертання робочого елемента. 
 14 
Частота обертання підраховується рахунковим пристроєм, пов'язаним з 
елементом, що обертається, за допомогою передавального механізму. Залежно від 
виду елемента, що обертається, розрізняють лічильник з кільцевим поршнем і з 
овальними шестернями. Порції рідині витісняються елементом, що обертається, з 
вимірювальної камери під дією різниці тиску. 
Схема дії лічильника з кільцевим поршнем приведена на рисунку 1.7. 
Вимірювальна камера обмежена двома концентричними циліндрами і розділена 
перегородкою 1, з обох боків якої розташовані вхідне Е і вихідне А отвори. Вхід 
від виходу ізольований з одного боку перегородкою, з іншою — рухомим щільно 
приганяючим поршнем 2. Кільцевий поршень складається з циліндрового кільця, 
проріз якого ковзає по перегородці. В середині поршня розташована провідна 
цапфа, яка рухається в кільцевому просторі. 
 
Рисунок 1.4 - Схема дії лічильника з кільцевим поршнем: I, II, III, IV — 
положення поршня; 1 — перегородки; 2 — поршень; 3 — провідна цапфа; А — 
вихідний отвір; Е — вхідний отвір; V1, V2 — об'єми продукту 
 
Рисунок 1.5 - Схема дії лічильника з овальними шестернями: V1, V2 — 
частини вимірювальної камери; I, II, III, IV, V — положення шестерень 
В положенні I рідина поступає через вхідний отвір, заповнюючи, кільцевий 
поршень і повертаючи його в положення II. В положенні II виміряється об'єм 
продукту V1, що знаходиться усередині поршня, відключений від вхідного і 
вихідного отворів і заповнюється об'ємом V2. Під тиском, створюваним 
продуктом, поршень переходить в положення III, і відміряний об'єм продукту 
виливається у вихідний отвір. Коли кільцевий поршень переміститься в 
 15 
положення IV, об'єм V1 буде повністю від'єднаний від вхідного і вихідного 
отворів. В наступний момент почнеться заповнення об'єму V1 через вхідний 
отвір, а спорожнення відміряного об'єму V2 — через вихідний отвір. Потім 
кільцевий поршень перейде в положення II, і цикл повториться. Обертання 
кільцевого поршня передається рахунковому механізму за допомогою магнітного 
зв'язку (муфти), що має наступний пристрій. 
Один з постійних магнітів (напівмуфта) запресовується в диск, який 
обертається з цапфою усередині мірної камери. Другий постійний магніт (друга 
напівмуфта) встановлений зовні мірної камери і жорстко пов'язаний з валом 
рахункового механізму, який показує загальну кількість продукту, що, виключає 
необхідність застосування сальникових ущільнень. 
Схема дії лічильника з овальними шестернями приведена на рисунку 1.8. 
На схемі зображено п'ять послідовних положень овальних шестерень, що 
проштовхують відміряний об'єм молока через вимірювальну камеру. 
Овальні шестерні ділять вимірювальну камеру на дві частини V1 і V2, які 
по відношенню до напряму потоку є камерами впускання і випускного. Рухомою 
перегородкою вхідної камери складе поверхню овальних шестерень, яка 
обмежується лініями зіткнення із стінками вимірювальної камери і лінією 
зачіпляє шестерень. Таку ж рухому перегородку має вхідна камера. 
Якщо потік молока рухається зліва направо, як показано на рисунку 1.8, то 
у вхідній камері (положення I) утворюється тиск р1, який більше тиску р2 у 
вихідній камері. В результаті цього овальні шестерні при достатній різниці тиску 
р1—р2 обертаються по напряму стрілок. В положенні I рух створюється тільки 
результуючим моментом обертання на другу шестерню, в т0 час як момент на 
першій шестерні не сприяє руху. 
При переході з положення I в положення II і III привідний момент на другу 
шестерню постійно зменшується, а на першу шестерню діє, як тільки вона 
виходить з положення I. При повороті на кут /2 (положення III) ролі шестерень 
міняються, поки не буде досягнуто при повороті на кут  через проміжне 
значення IV положення V, відповідне початковому. 
 16 
Оскільки об'ємні лічильники враховують також об'єм повітря, що 
проходить разом з продуктом через вимірювальну камеру, то для забезпечення 
необхідної точності обліку перед лічильником встановлюють спеціальні повітряні 
фільтри, які працюють за принципом відцентрової сепарації. Повітря віддаляється 
автоматично через клапан у верхній частині. 
Щоб уникнути попадання сторонніх предметів в проточну частину 
лічильника, перед ним встановлюють дрібнодисперсний фільтр. 
Рахунковий пристрій градуюють рідині, що за об'ємом виміряється. 
Відносну похибка лічильника, обумовлену витоками рідини через зазори 
вимірювальної камери, підраховують по формулі: 
V V 100
C Д
  ,                                           (1.2) 
C
V
Д
де з — відносна похибка лічильника %; 
Vc — об’єм рідини за свідченнями лічильника, л або м3; 
VД — дійсний об'єм рідини, л або м3. 
Із зростанням витрати відносна похибка лічильника зменшується, а втрата 
тиску — збільшується. 
Оскільки при зменшенні витрати відносна похибка лічильника зростає, то 
нижня межа діапазону вимірювання звичайно обмежується значенням: 
V  0.1V
CH CB ,                                                 (1.3) 
де VСН і VСВ — відповідно нижня і верхня межа вимірювання лічильника, л 
або м3. 
Проточну частину лічильників виготовляють легко розбірною для 
періодичного чищення і миття. 
Залежно від призначення лічильники оснащують блоками дистанційної 
передачі первинної інформації і вторинними приладами (показуючим, підсумовує 
і друкуючим). 
Об'ємні лічильники з кільцевим поршнем для молочної промисловості 
випускає ряд зарубіжних фірм. З них на Україні в основному використовують 
лічильники фірм Chirana (Чехія), Diessel (Німеччина), OT-Tehdas OY (Фінляндія). 
 17 
Лічильники ПМ фірми Chirana випускають в двох базових модифікаціях: 
ПМ-2/50 з діаметром умовного проходу 50 мм (діапазон вимірювань 220 м3/ч) і 
ПМ-2/65 з діаметром умовного проходу 65 мм (діапазон вимірювань 440 м3/ч). 
Лічильник (рисунок 1.10, а) складається з об'ємного проточного вимірника 
і рахункового пристрою. Власне вимірник складається з камери, обертаючого 
кільцевого поршня, кришки вимірювальної камери з перегородкою, фланцевої 
кришки (стопорне кільце), внутрішнього і зовнішнього магнітів магнітної муфти і 
механізму передачі рахунковому пристрою. Використовується рахунковий 
пристрій роликового типу, що складається з корпусу, механізму передачі, 
цифрових кілець, пристрою скидання на нуль і накопичувального роликового 
покажчика. 
Частини лічильника, що контактують з продуктом, виготовлені з 
матеріалів, застосування яких в молочній промисловості дозволено 
(корозійностійка сталь і ін.). Кільцевий поршень виконаний з епоксидної смоли з 
мінеральним наповнювачем. В магнітній муфті використані феритові магніти; при 
цьому магніт у вимірювальній камері футерований пластмасою. 
Лічильники ПМ-2/50-В і ПМ-2/65-В мають пристрій для дистанційної 
передачі свідчень. Межа допустимої відносної похибки лічильників на всьому 
діапазоні витрат, що виміряються ± 0,5 % на молоці і + 0,2  - 0,8 % на воді. 
При оптимальних витратах 10  15 м3/ч для лічильників ПМ-2/50 і 2030 
м3/ч для лічильників ПМ-2/65 межа допустимої відносної похибки ± 0,3 % на 
молоці і - 0,6  0 % на воді. Вказані межі відносної похибки гарантуються для 
продукту з динамічною в'язкістю до 610-3 Паз і температурі продукту 4  40 °С. 
Максимальний тиск продукту у вимірювальній камері лічильника до 0,4 МПа. 
Ціна тиску відлікового пристрою разового обліку 110-4 м3 (0,1 л) для ПМ-2/50 і 
110-3 м3 (1 л) для ПМ-2/65. Циркуляційному миттю лічильників повинне 
передувати вилучення кільцевого поршня. 
 18 
 
Рисунок 1.6 - Лічильники для молока з кільцевим поршнем: а — фірми 
Chirana; би — фірми Ot Tehdas QY; в — фірми Diessel; 1 — вимірювальна камера; 
2 — перегородка; 3 — кільцевий поршень; 4 — кришка; 5 — стопорне кільце; 6 — 
магнітна муфта; 7 — рахунковий пристрій 
Лічильники ВІД фірми OT-Tehdas OY (рисунок 1.6, б) дещо відрізняються 
від розглянутого вище. 
Кришка, що закриває вимірювальну камеру, притискається до неї 
стопорним кільцем із замком. Вимірювальна камера виготовлена з 
корозійностійкої сталі, поршень — з особливо жорсткої гумової суміші, стійкої до 
механічних навантажень і високих температур. Випускають лічильники ВІД в 
двох модифікаціях: з механічним рахунковим пристроєм і з електронним 
датчиком імпульсів. Обидві модифікації мають три номінальних типорозміри з 
умовним проходом 38, 51 і 71 мм Електронні датчики імпульсів мають виконання 
 19 
з фотоелектричним або індуктивним перетворювачем. Лічильники з прохідним 
перетином 38 мм розраховані на витрату (продуктивність) 900  9000 л/год; 51 мм 
— 2,5  25 м3/ч; 76 мм —6  60 м3/ч. Максимальний робочий тиск 0,3 і 0,4 МПа, а 
по спеціальному замовленню — до 0,8 МПа. Діапазон температур: продукту 0  
40 °С; миючого розчину при циркуляційному митті з поршнем типу N до 60 °С, з 
поршнем типу Р і S до 95 °С. 
За даними фірми, відносна похибка вимірювань лічильниками на молоці 
до ± 0,25 % — у всьому діапазоні витрат, вказаних вище. Окрім розглянутих, є 
модифікації лічильника з друкуючим пристроєм, із задатчиками і автоматичним 
клапаном для приймання і видачі заданої кількості молока. Лічильник ВІД серії 
1100 відрізняється тим, що замість механічного рахункового пристрою в ньому 
використаний електронний пристрій. Останнє містить центральний 
перетворюючий електронний блок, куди поступають електричні імпульси від 
лічильника. Перетворені імпульси далі поступають на шестизначний показуючий 
вторинний цифровий електромеханічний або електронний прилад. Є два 
різновиди рахункових пристроїв: одне з поверненням на нуль і інше із 
задатчиком. Центральний блок буває двох видів. В першому випадку він 
перетворить сигнали з одиниці об'єму (літри), в другому він має, крім того, 
вихідний Струмовий сигнал 0  20 або 4  20 мА. В останньому варіанті 
лічильник може використовуватися для контролю витрати продукту. 
 20 
2 Обґрунтовування технічного завдання 
 
Система керування карусельним однорядним автоматом для харчової 
промисловості (в подальшому автомат), що розробляється в даній кваліфікаційній 
роботі бакалавра, призначена для харчової (молочної) промисловості. Вона 
відноситься до карусельних, однорядних, переривчастої дії автоматів.  
Автомат має комбінований привід – електромеханічний і пневматичний. 
Для зменшення габаритних розмірів приводу, збільшення КПД автомата, 
зменшення відхилень напруги мережі від номінального живлення автомата 
необхідне підключення від трифазної системи 380 В при частоті мережі 50 Гц. 
Вибрані тип і привід автомата забезпечують габаритні розміри автомата, 
зручні для невеликих молочних цехів. Продуктивність автомата складає 15-40 
пакувальних одиниць в хвилину, що оптимальне для середньо серійного 
виробництва. 
Автомат упаковує рідкі і пастоподібні продукти в полістирольні 
стаканчики і запечатує фольгованими кришками. Температура запечатування, 
контрольована регулятором температури, складає 250 – 270 С, а можливість 
регулювання знаходиться в діапазоні 0 - 300 С ± 3 С , допускається невисока 
точність регулювання.  
Дозування продукту здійснюється на 100 г, 250 г і 500 г (похибка 
дозування залежить від маси дози та складає ± 2 – 3 г, що відповідає 
метрологічним характеристикам для даного типу автоматів). 
В автоматі необхідно розробити пристрій контролю і підрахунку кришок 
перед запечатуванням. Діапазон підрахунку складає 0 - 999 шт., що оптимально 
при даній потужності. 
До автомата необхідно підключати компресор, що створює тиск в 
пневмосистемі в межах 0,58 - 0,63 МПа для нормальної роботи автомата даного 
типу. 
 21 
3 Розробка варіантів схем системи керування карусельним 
однорядним автоматом для харчової промисловості 
 
3.1 Розробка варіантів структурної схеми 
Розглянемо і проаналізуємо декілька варіантів структурних схем блоку 
дозатора для харчових продуктів. На рисунку 3.1 представлена схема структурна 
блока дозатора для пастоподібних харчових продуктів. 
 Подача 
продукта 
 
 4 
1 4.1 4.2 4.3 
 
 
 
2 5 
 
 
 
3 6 
 
 
видача 
 
порції 
 продукта 
Рисунок 3.1 - Схема структурна блока дозатора для пастоподібних 
харчових продуктів 
Структурна схема представлена на рисунку 3.1 містить: бункер для 
продукту – блок 1; дозатор – блок 2; відсікач – блок 3; сигналізатор рівня – блок 4; 
привід дозатора – блок 5; привід відсікача – блок 6. 
Сигналізатор рівня складається з датчика рівня рідини – блок 4.1, каналу 
індикації 1 – блок 4.2 та індикатора 1 – блок 4.3  
Пристрій працює таким чином: в бункер 1 заповнюється продуктом до 
встановленого рівня. Сигналізатор рівня 4 інформує оператора про кількість 
продукту в бункері. Після заповнення бункера продуктом відбувається дозування 
 22 
продукту таким чином: матеріал, що дозується, нагнітається від воронки бункера 
1 до торця корпусу дозатора за допомогою шнека дозатора 2, який приводиться в 
рухи приводом дозатора 4. В торці корпусу дозатора 2 виконані канали, через які 
проходить матеріал, що дозується. Канали виконані у вигляді ідентичних в 
перетині фігур, розташованих симетрично щодо осі обертання відсікача 3 з 
2
поворотом на . Відсікач 3 приводиться в рух приводом відсікача 6. При 
n
обертанні відсікача 3 поперемінно перекриваються то один, то інший канал 
забезпечуючи тим самим відділення порції один від одного. Розміри дози 
регулюються шляхом зміни швидкості обертання відсікача 3. 
Недоліком структурної схеми, представленої на рисунку 3.1 є висока 
похибка дозування і наявності двох різних приводів, що збільшує споживану 
потужність блоку дозатора. Сигналізатор рівня має тільки один канал індикації, 
що зменшує його надійність. 
Розглянемо структурну схему блоку дозатора для харчових продуктів, 
представлену на рисунку 3.2. 
 2 3 
 
6 
 6.2 6.3 
Подача 1 6.1 
п родукта 
 6.4 6.5 
 
 4 5 Видача 
порції  
 продукта 
Рисунок 3.2 - Схема структурна блока дозатора 
Схема містить: бункер для продукту – блок 1; шнек – блок 2; привід шнека 
– блок 3; дозатор – блок 4; відсікач продукту – блок 5; сигналізатор рівня 
продукту в бункері – блок 6. 
 23 
Сигналізатор рівня полягає: датчик рівня рідини – блок 6.1; канал індикації 
1 – блок 6.2; індикатор 1 – блок 6.3; канал індикації 2 – блок 6.4; індикатор 2 – 
блок 6.5. 
Пристрій працює таким чином: заповнюється бункер 1 продуктом до 
заданого рівня. Сигналізатор рівня 6 показує оператору кількість продукту в 
бункері. Відбувається процес дозування.  
Принцип дозування наступний: коли виїмка золотника дозатора 4 сполучає 
отвори і в корпусі золотника з дозуючим циліндром дозатора 4, поршень 
підіймається вгору і продукт з вихідного патрубка бункера 1 заповнює дозуючий 
циліндр дозатора 4. При зупинці поршня золотник пересувається в корпусі і його 
виїмка сполучає дозуючий циліндр з вихідним отвором в корпусі золотника. При 
русі поршня вниз продукт проходить через відсікач 5 і видається в стаканчик. В 
кінці видачі маси дози продукту відсікач 5 відсікає потік продукту. 
Структурна схема блоку дозатора, представлена на рисунку 3.2, 
задовольняє технічному завданні, до складу схеми входь дозатор об'ємного типу з 
малою погрішністю дозування. Даний блок дозатора універсальний, оскільки 
перебудовується на дозування пастоподібних і рідких молочних продуктів.  
Недоліком структурної схеми, представленої на рисунку 3.2, є сигналізатор 
рівня продукту в бункері 6. Пропонований прилад тільки сигналізує про наявність 
продукту в бункері, а для повної автоматизації блоку дозатора необхідно 
розробити прилад, який би виміряв і відображав кількість продукту в бункері 
дозатора. 
Для усунення вище описаного недоліку структурної схеми (рисунок 3.2) 
необхідно використовувати електронний рівнемір. 
Остаточна структурна схема блоку дозатора представлена на рисунку 3.3.  
Схема містить: бункер для продукту – блок 1; шнек – блок 2; привід шнека 
– блок 3; дозатор – блок 4; відсікач продукту – блок 5; електронний рівнемір 
продукту в бункері – блок 6. 
Рівнемір складається з : компенсаційного датчика рівня рідини – блок 6.1; 
робочого датчика рівня рідини – блок 6.2; вимірювального ланцюга – блок 6.3; 
 24 
блока живлення – блок 6.4; мікропроцесорного блока – блок 6.4; індикаторного 
блока – блок 6.6. 
 
 3 2 6 6.4 
 
 
6.1 
По 6.3 6.5 6.6 
 дача 1 
продукта 
 6.2 
 
 Видача 
4 5 
порції  
 продукта 
 
Рисунок 3.3 - Схема структурна блока дозатора 
Пристрій працює таким чином: заповнюється бункер 1 продуктом, 
рівнемір 6 відображає кількість продукту в бункері на напівпровідниковому 
індикаторі. Після заповнення бункера відбувається процес дозування.  
Принцип дозування аналогічний структурній схемі, представленій на 
рисунку 3.2. 
 
3.2 Розробка принципової схеми 
 
3.2.1 Розробка принципу дії блоку дозатора для рідких продуктів 
Блок дозатора для рідких продуктів РС93.21047.001 включає бункер 1 для 
продукту, дозатор 2, відсікач продукту 3. 
Бункер є прямокутним резервуаром з кришкою 10 патрубком 13, в ній, для 
подачі продукту. Усередині бункера розміщені кондуктометричні датчики 8 
рівнеміра, який визначає ступінь заповнення бункера. 
Фланець вихідного патрубка 13 бункера за допомогою двох  гвинтів-ручок 
15 притиснутий до корпусу золотника 4. З другого боку до корпусу золотника 4 за 
допомогою двох двоплечних важелів 7 дозатора притиснутий відсікач продукту 3. 
 25 
Привідний штовхач відсікача продукту 4 сполучений з штоком привідного 
пневмоциліндра. 
Відсікач продуктів 4 призначений для відсікання продукту в кінці видачі 
порції продукту. В крізний циліндровий отвір корпусу дозатора 2 вставлена 
направляюча втулка, а в ній проходить шток відсікача 3, робоча частина якого 
виконана у вигляді зворотного корпусу. 
Під час дозування продукт через приймальну втулку заповнює отвір і 
виходить з неї при опущеному вниз зворотному конусі відсікача 3. Приймальна 
втулка вставляється різного внутрішнього діаметра залежно від консистенції 
продукту. В кінці видачі дози продукту відсікач 3 різко підіймається вгору і 
конусна поверхня, притискаючись до кільця ущільнювача вставленого в корпус 
закриває отвір. 
Дозатор 2 поршневі типи. Конструкція дозатора виконана таким чином: на 
кронштейні 12 кріпиться корпус, в горизонтальний отвір якого вільно вставлений 
золотник 1, у вертикальний отвір - хвостова частина дозуючого циліндра, в якому 
рухається поршень. Один кінець золотника сполучений з штоком привідного 
пневмоциліндра, закріпленого на планці. 
 26 
1    
2    
4    
Б    
3    
Г    5    А    В    6    
а)  .       
1    
2    
4    
Б    
3    
Г    5    Д    В    6    
б)  .       
 
Рисунок 3.1 - Принцип роботи дозатора для рідких продуктів: а - етап 
відділення порції продукту; б - етап видачі порції продукту в стаканчик 
Шток поршня сполучений за допомогою спецгайки через проміжний 
стрижень з штоком привідного пневмоциліндра, який змонтований за допомогою 
 27 
хрестовини на пластинці закріпленої на трьох вертикальних штангах; штанги 
закріплені на кронштейні 12. 
На штанзі закріплений утримувач регулятора дози, включаючий 
двоплечний важіль, обмежуючий хід поршня, і гвинт з ручкою 14 для установки 
положення важеля. 
На штанзі за допомогою утримувача закріплений привідний 
пневмоциліндр відсікача 3 і пневмоперемикач системи управління роботою 
дозатора. 
Принцип дозування представлений на рисунку 4.1. В положенні коли 
виїмка А золотника 5 сполучає отвори Б і В у корпусі золотника з дозуючим 
циліндром 4, поршень 2 підіймається вгору і продукт з вихідного патрубка 6 
бункера 1 заповнює дозуючий циліндр 4. При зупинці поршня 2 золотник 5 
пересувається в корпусі і його виїмка Д сполучає дозуючий циліндр 4 з вихідним 
отвором Г в корпусі золотника. При русі поршня 2 вниз продукт проходить через 
відсікач 3 і видається в стаканчик. В кінці видачі маси дози продукту відсікач 3 
відсікає потік продукту. 
 
3.2.2 Розробка електричної принципової схеми рівнеміра 
Пропонована схема електрична принципова рівнеміра РС93.21047.001 
використовуватися для вимірювання у великих резервуарах харчових продуктів. 
Похибка вимірювання складає близько 0,5 %. 
В даній електричній схемі застосовані кондуктометричні датчики 
РС93.21047.001. Вони є трьома електродами, зануреними в електропровідне 
середовище з рівнем H. Рівень рідини в баку визначають по величині опору 
датчика. Рівень виміряють у відносних одиницях - це або ступінь заповнення бака 
від 0 до 1, або відсоткове заповнення від 0 до 100 % і розраховують по формулі: 
h
X  ,                                                     (3.1) 
H
де Н - загальна висота датчика або резервуару. 
 28 
Електропровідність (величина, зворотна опору) кондуктометричного 
датчика рівна сумі електропровідностей Gi окремих частин датчика: 
G  G  XKG
Д i Ж ,                                          (3.2) 
де Gж - електропровідність одиниці довжини рідини, що знаходиться між 
двома електродами. 
В конструкції датчика застосовано три електроди тому що 
електропровідність різних рідин сильно залежить від зміни температури. При 
цьому температурна похибка досягає 2  3 % на один градус зміни температури. 
Для того, щоб підвищити точність вимірювання необхідно використовувати 
компенсаційний датчик невеликих розмірів; і розташувати його на дні резервуару 
так, щоб він постійно знаходився в контрольованому середовищі. Ступінь 
заповнення визначається по відношенню електропровідностей робочого і 
компенсаційного датчиків. При цьому компенсується похибка зміни параметрів 
рідин від зміни температури, тиск і ін. Електропровідність компенсаційного і 
робочого датчиків обчислюють по формулах: 
G  K1G
Р .Д Ж ,                                                  (3.3) 
G  K 2G
К .Д Ж ,                                                  (3.4) 
де К1 і К2 - константи, визначувані геометричними розмірами датчиків. 
З останніх виразів виводимо формулу для поточного значення рівня: 
G
Р .Д
X                                                    (3.5) 
K1G
Ж
З отриманого співвідношення можна запропонувати наступний алгоритм 
вимірювання рівня: 
1. Занурити обидва датчики в рідину і зміряти Gр.д і Gк.д. 
2. Визначити відношення: 
GК.Д / GР.Д  = К2 / К1.                                         (3.6) 
К3 = К2 / К1.                                                (3.7) 
3. Дійсне значення рівня визначити по формулі: 
Х = К3 (GР.Д / GК.Д).                                          (3.8) 
 29 
Таким чином, заздалегідь потрібно обчислити константу КЗ, запам'ятати її 
значення, поточне значення рівня визначати простим множенням. Для реалізації 
алгоритму пропонується використовувати мікропроцесор. 
 
Конструкція датчика 
Найдешевший датчик – це три мідні електроди скріплені діелектриком, 
конструкція датчика представлена на кресленні РС93.21047.001. Проте тут 
потрібно враховувати те, що при пропусканні через датчики змінного струму 
відбувається незначне розчинення (руйнування) електродів. Радикальний шлях 
усунення цього недоліку - використовування срібного, позолоченого або 
платинового покриття електродів, що, звичайно здорожує конструкцію. Можна 
використовувати і графітне покриття, але для його напилення необхідне 
відповідне технологічне устаткування. Істотно зменшити процес руйнування 
можна шляхом підвищення частоти змінного струму до 15  20 кГц. 
На більш високих частотах позначається комплексний характер опору 
середовища (активні і реактивні складові). Відстань між електродами датчика 
близько 5 мм. 
Вимірювальний ланцюг рівнеміра представлений на кресленні 
РС93.21047.001. Електропровідність датчика вимірюється генераторним методом. 
Двотактний генератор побудований на таймері DA1. Частота коливань 
визначаться величинами GК.Д, GР.Д, С4 і С5. В першому такті роботи генератора 
вимірюється провідність GК.Д компенсаційного датчика, в другому - провідність 
GР.Д. робочого датчика. Перемикання здійснюється зовнішнім сигналом, що 
приходить з мікропроцесорного блоку на контакт d роз'єму XS1, при нульовому 
сигналі підключається робочий датчик, а при одиничному - компенсаційний. 
Підключення датчиків здійснюється ключами VT1, VT3 і VT2, VT4 виконаними 
на польових транзисторах з малим опором переходу (Rоткр. = 0,1 Ом). Ключі VT1 
і VT2 утворюють ланцюги заряду конденсаторів С4 і С5, а ключі VT3 і VT4 
відповідно ланцюгу їх розряду. Слід помітити, що завжди підключений тільки 
один датчик - робочий або компенсаційний. Цей режим забезпечується логічними 
 30 
мікросхемами DD1 і DD2. Оскільки заряд і розряд конденсаторів С4 і С5 
відбувається через провідності GК.Д і GР.Д. компенсаційного і робочого датчиків, то 
струм, що проходить через ці датчики, буде змінним. Його частота, струм і 
вихідна частота генератора (вивід з роз'єму XS1), визначається величинами 
провідностей датчиків і номіналами ємностей С4 і С5. Оскільки компенсаційний 
датчик невеликий, то провідності робочого і компенсаційного датчиків 
відрізняються один від одного. 
Для того, щоб датчики могли працювати приблизно на одних і тих же 
частотах (15  20 кГц), в схему введений додатковий ключ, на транзисторі VT5, 
який забезпечує підключення ємностей різних величин залежно від того, який 
датчик використовується. Резистори R1 і R2 служать для обмеження струму через 
транзистори через недостатню крутизну фронтів. В якості ключів 
використовується польові транзистори з р- і n- каналами. 
Живеться вимірювальний ланцюг від стабілізованого джерела живлення. 
Струм споживання не перевищує 150 мА. Мікросхема DA1 стабілізатора 
встановлюється на тепло відвід площею 8  10 см2. 
Мікропроцесорний блок складається з вузлів: формувача вхідного сигналу, 
виконаного на транзисторі VT1, діоди VD1, VD2 обмежувальні; мікропроцесора 
DD1, що виконує функції обчислення значення рівня, що виміряється, і 
управління динамічною індикацією (DD2, HG1, HG2); ланцюги формування 
управляючого сигналу (VТ2, DD3): стабілізатора напруги 5 В (DA1). 
За допомогою перемикача SА задається режим роботи мікроконтролера. 
Якщо SА замкнутий, то процесор працює в режимі вимірювання рівня; при 
розімкненому положенні SА - в режимі калібрування датчика. В останньому 
режимі відбувається обчислення константи КЗ і запис її значення в енергозалежну 
пам'ять процесора. При цьому режимі робочий і компенсаційний датчики повинні 
бути повністю занурений в контрольоване середовище. 
В пристрої застосовані трьох розрядні світлодіодні індикатори підвищеної 
яскравості червоного свічення. Аноди індикаторів через струмообмежуючі 
резистори R6-R13 підключені до порту В мікроконтролера. Катоди сполучені з 
 31 
виходами дешифратора DD2 (SN74LS145 фірми Texas Instruments, Inc.), вихідний 
струм яких може досягати 80 мА. В даному пристрої можна використовувати 
тільки індикатори із загальним катодом. 
В режимі вимірювання відбувається усереднення значення рівня по 
чотирьох наступним один за одним відліках. Це підвищує точність вимірювань і 
зменшує чутливість рівнеміра до хвилювань поверхні рідини і вібрації. При цьому 
зменшується швидкодія рівнеміра (зміна свідчень приблизно через 30 с), проте, 
для рівнемірів це неістотно. Каскад на VT2 служить для узгодження рівнів 
сигналів. Ланцюг С5, R18 формує сигнал скидання при включенні пристрій. В 
режимі вимірювання рівня на індикаторі висвічується буква «h» і значення рівня у 
відносних одиницях від 0.0000 до 1.0000. 
Кварц ZQ1 може бути будь-яким на частоту 3  4 МГц. Конденсатори С4 і 
С5 в блоці вимірювального ланцюга плівкові типу CL11, CL-21 або аналогічні. 
Решта резисторів і конденсаторів - звичайна.  
Для калібрування потрібно заздалегідь заповнити бункер контрольованою 
рідиною і помістити в нього обидва датчики, вимкнути прилад тумблером SА, а 
потім включити його і приблизно через 1 хв. включити SА. Після цього через 2  
3 хв. на індикаторі повинне висвітитися свідчення. Якщо значення істотно 
відрізнятиметься, потрібно повторити процес. В режимі вимірювання рівня SА 
завжди замкнутий. 
Найстійкіші датчики мають платинове або графітне покриття. Що 
підводяться до датчиків дроти повинні мати добру водостійку ізоляцію, особливо 
дріт, що йде до компенсаційного датчика і що знаходиться в рідині. Якщо 
потрібно виміряти рівень на великому видаленні, то блок вимірювального 
ланцюга можна встановити біля резервуару, а мікропроцесорний блок видалити 
на декілька десятків метрів, при цьому необхідно використовувати екранований 
дріт.  
 32 
4 Розрахунок основних елементів схеми об'єкту проектування 
 
4.1 Розрахунок дозуючого циліндра 
Об'єм циліндра розраховується по формулі: 
2
V    r  H ,                                              (4.1) 
де r – радіус підстави циліндра, 
Н – висота циліндра. 
Оскільки відома маса порції продукту m, що дозується = 500 г, то можна 
розрахувати об'єм дози. 
m
V  ,                                                       (4.2) 
д

де  – густина продукту, що дозується. 
кг
За продукт, що дозується, приймаємо сметану 3
  0.8 10 . 
3
м
0.5 3 3
V   0.625 10 м
д . 
3
0.8 10
Враховуючи умову V > Vд розраховуємо геометричні параметри 
дозуючого циліндра. 
Зовнішній і внутрішній діаметр дозуючого циліндра вибираємо із 
стандартного ряду: 
D = 70мм – зовнішній діаметр дозуючого циліндра, 
d = 63 мм – внутрішній діаметр дозуючого циліндра, 
r = 31.5 мм - внутрішній радіус дозуючого циліндра. 
Використовуючи формулу (4.1) розрахуємо хід поршня дозуючого 
циліндра: 
V
д
H  .                                                (4.3) 
2
  r
3
0.625 10
H   0.2м . 
3 2
  (31 .5 10 )
 
 
 33 
4.2 Розрахунок привідного пневмоциліндра дозуючого циліндра 
З довідника [1] вибираємо пневмоциліндр на тиск до 10 кгс/см2. 
Пневматичний циліндр двосторонньої дії з одностороннім штоком, 
призначений для роботи на стислому повітрі при тиску до 10 кгс/см2 і температурі 
від - 45 до + 60 С із швидкістю переміщення штока не більше  0,5 м/с. З таблиці 
74 [1] вибираємо пневмоциліндр з довжиною ходу поршня Н = 0.2м. 
Пневмоциліндр 1011-63х200 – пневмоциліндр без гальмування, на 
подовжених стягуваннях, із зовнішньою різьбою на кінці штока, з метричною 
приєднувальною різьбою D = 63 мм діаметром і довжиною ходу L = 200 мм. 
Витрата стислого повітря для живлення пневмоциліндра, м3/хв.: 
Q  F  ,                                             (4.4) 
де F – площа циліндра, м2; 
 – швидкість переміщення поршня циліндра, м/хв. 
F  2  r  H ,                                              (4.5) 
де r – радіус циліндра, м; 
H – висота циліндра, м. 
3 3 2
F  2 31.5 10 0.2  40 10 м . 
Розрахуємо витрату повітря при максимальній швидкості переміщення 
м
поршня   30 . 
хв.
3
3 м
Q  40 10 30  1.2 . 
хв.
Щоб перейти від витрати стислого повітря до витрати вільного повітря, 
застосовують формулу: 
p
Q  Q  ,                                               (4.6) 
0
p
0
де p – номінальний тиск стислого повітря, кгс/см2 (p = 6.3 кгс/см2); 
p0 - тиск вільного повітря (приймається 1 кгс/см2) 
3
6,3 м
Q  1,2   7,56 . 
0
1 хв.
 
 34 
4.3 Вибір привідного пневмоциліндра відсікача продукту 
Конструкція відсікача представлена на кресленні РС93.21047.001. Як 
видно з креслення, хід штока відсікача рівний 25 мм, отже, необхідний 
пневмоциліндр двосторонньої дії з одностороннім штоком, працюючий при тиску 
до 10 кгс/см2 і з ходом поршня 25 мм. 
З довідника [1] (таб.79. Циліндри з кріпленням на лапах) вибираємо 
пневмоциліндр відповідний вище перерахованим параметрам.  
Пневмоциліндр 1111-025х0025 - пневмоциліндр без гальмування, на лапах, 
із зовнішнім різьбленням на кінці штока, з метричною приєднувальною різьбою 
діаметром D = 25 мм і довжиною ходу поршня L = 25 мм. 
Технічні вимоги до пневмоцилідрів описані вище. 
Площу циліндра визначаємо по формулі 4.5: 
3 3 3 2
F    25 10  25 10  2 10 м . 
м
Розрахуємо витрату повітря при максимальній швидкості   30  та 
хв.
переміщення поршня, м3/хв., по виразу 4.4: 
3
3 м
Q  2 10 30  0,06 . 
хв.
Щоб перейти від витрати стислого повітря до витрати вільного повітря, 
застосовують формулу 4.6: 
3
6,3 м
Q  0,06   0,35 . 
0
1 мин
 
4.4 Вибір привідного пневмоциліндра золотника 
Хід золотника рівний 50 мм, отже, необхідний пневмоциліндр 
двосторонньої дії з одностороннім штоком, працюючий при тиску до 10 кгс/см2 
(6,3 кгс/см2) і з ходом поршня 50 мм. 
З довідника [1] (таб.79. Циліндри з кріпленням на лапах) вибираємо 
пневмоциліндр відповідний вище перерахованим параметрам. 
 35 
Пневмоциліндр 1111-025х0050  - пневмоциліндр без гальмування, на 
лапах, із зовнішньою різьбою на кінці штока, з метричною приєднувальною 
різьбою, діаметром D = 25 мм і довжиною ходу поршня L = 50 мм. 
Технічні вимоги до пневмоцилідрів описані вище. 
Площу циліндра визначаємо по формулі 4.5: 
3 3 3 2
F    25 10 50 10  4 10 м . 
м
Розрахуємо витрату повітря при максимальній швидкості    30  та 
хв.
переміщення поршня, м3/хв., по виразу 4.4: 
3
3 м
Q  4 10 30  0,12 . 
мин
Щоб перейти від витрати стислого повітря до витрати вільного повітря, 
застосовують формулу 4.6: 
3
6,3 м
Q  0,12   0,75 . 
0
1 хв.
Розрахуємо загальну витрату стислого повітря, м3/хв., необхідний для 
роботи привідних пневмоцилідрів дозатора, при максимально допустимій 
м
швидкості переміщення поршнів   30 . 
хв.
Q  Q  Q  Q
ЗАГ д з о .                                      (4.7) 
3
м
Q  1,2  0,06  0,12  1,38 . 
ЗАГ
мин
Розрахуємо загальну витрату вільного повітря, м3/хв., необхідний для 
роботи привідних пневмоцилідрів дозатора, при максимально допустимій 
м
швидкості переміщення поршнів   30 . 
хв.
Q  Q  Q  Q
о.ЗАГ о.д о.з о.о .                                     (4.8) 
3
м
Q  7,56  0,35  0,75  8,6 . 
о.ЗАГ
мин
4.5 Розрахунок основних елементів електричної схеми рівнеміра 
 36 
Електрична принципова схема рівнеміра представлена на кресленні 
РС93.21047.001. До складу схеми входять три блоки: вимірювальна схема - блок 
А1; мікропроцесорний блок – блок А2; живлячий блок – блок А3. 
 
4.5.1 Розрахунок вимірювального ланцюга 
Як датчики рівня використовуються два кондуктометричних датчики: 
робочий і компенсаційний. Конструкція датчиків представлена на кресленні 
РС93.21047.001. Датчики є трьома електродами занурені в електропровідну 
рідину. Електрод 2 (рисунок 4.1) є загальним для обох датчиків. До складу 
робочого датчика входять електрод 1 і електрод 2, а до складу компенсаційного 
датчика – електрод 2 і 3.  
1   2    3     
 
Рисунок 4.1 - Датчики рівнеміра в резервуарі, заповненому рідиною 
Довжина L 1-го і 2-го електроду рівна висоті бункера дозатора. Довжина 
компенсаційного електроду рівна 0.1L. Електроди виготовлені з мідного прутка 
діаметром 5 мм. Відстані між електродами згідно [1] рівні діаметру електроду. 
Через електроди проходить змінний струм, що приводить до їх руйнування. 
Проте, як показали проведені експерименти описані в [2], істотно зменшити 
процес руйнування можна шляхом підвищення частоти змінного струму до 15  
20 кГц. По відомих параметрах можна розрахувати опори компенсаційного і 
робочого датчика при повному зануренні електродів в рідину. 
 37 
Для розрахунку опору робочого датчика об'єкту, що розраховується, 
представимо у вигляді електричної схеми (рисунок 4.2), де R1 – опір 1-го 
електроду, R2 – опір 2-го електроду, С1 – ємність створювана рідиною і 
електродами. 
Uп     
R1     R2        
C 1    
 
Рисунок 4.2 - Електрична схема включення електродів робочого датчика 
поміщених в рідину 
Опір електродів R1 і R2 визначається по формулі: 
l(1    t)
R   ,                                              (4.1) 
S
де  – питомий опір мідного електроду; 
l – довжина електроду; 
S – площа поперечного перетину електроду, 
t – температура навколишнього середовища, 
 – температурний коефіцієнт опору.  
2
 D 
S      ,                                                    (4.2) 
 2 
де D – діаметр електроду.  
Ємність створювана рідиною і електродами C1 прямо пропорціонально 
залежить від площі поверхні електроду зануреного в рідину S1 і від абсолютної 
діелектричної проникності рідини  і обернено пропорційно до відстані між 
електродами d: 
S
1
C1  
0 ,                                                        (4.3) 
d
де 0 = 8.85·10-12 (Ф / м) діелектрична постійна. 
  D  h
S 
1 ,                                                (4.4) 
2
 38 
де h – рівень рідини в резервуарі. 
Реактивні опори даного електричного ланцюга рівні: 
1
X  ,                                                      (4.5) 
c
 C1
де  – кутова частота. 
  2  f ,                                                       (4.6) 
де f – частота змінної напруги. 
Комплексний опір електричного ланцюга змінної напруги з послідовно 
включеним конденсатором рівний: 
2 2
R  (R1  R2)  (X )
k c .                                     (4.7) 
Електропровідність датчика вимірюється генераторним методом. Частота 
коливань визначаться величинами Rk, С4 і С5. 
Використовуючи вище перераховані формули розрахуємо номінали 
конденсаторів С4 і С5. 
Оскільки змінний струм вимірювального ланцюга створюють 
конденсатори С4 і С5, то частота f змінного струму буде обернено пропорційна 
періоду Т заряду і розряду конденсаторів С4 і С5. 
1
f  .                                                   (4.8) 
T
Час заряду конденсатора рівний. 
  R C
k .                                                     (4.9) 
де С – ємність необхідна для створення змінної напруги з частотою f. 
Час розряду конденсатора прагне нулю, тому в подальших розрахунках ми 
їм нехтуємо, отже: 
T  R C
k .                                              (4.10) 
Використовуючи формулу 6.8 одержуємо: 
1
f  .                                               (4.11) 
R C
k
По рекомендаціям [2] f приймаємо рівній 20 кГц. 
З формули 6.4 визначаємо ємність С: 
 39 
1
C  .                                                (4.12) 
f  R
k
Оскільки конденсатори С4 і С5 підключені паралельно, то: 
С = С4 +С5.                                              (4.13) 
Розрахунок компенсаційного датчика аналогічний розрахунку робочого 
датчика, але потрібно враховувати розміри 3-го електроду. Оскільки довжина 
електроду 3 в 10-раз менше довжини електроду 2, то його активний опір дуже 
залежить від температури рідини, формула 4.1. Так само розміри 3-го електроду 
істотно впливають на ємність створюваною рідиною і електродами. 
Використовуючи формули 4.1 – 4.12 ми визначимо ємність С, яка рівна 
ємності конденсатора С4. 
З виразу 6.13 обчислимо ємність конденсатора С5: 
С5 = С - С4.                                              (4.14) 
Розрахунок робочого і компенсаційного датчика і ємностей конденсаторів 
С4 і С5, по вище описаній методиці, розроблений в програмі Mathcad 11. 
Двотактний генератор побудований на таймері DA1 типу аналоги SE555, 
NE555. До складу таймера входять два компаратори, SR-тригер, резистивний 
дільник, вихідні транзисторні каскади. Напруга живлення U+
ЖИВ таймера може 
змінюватися в межах 5  15 В. Резистивний дільник подає, на перший 
компаратор, напругу Uн =U+
ЖИВ/3, а на другій - напруга Uв = 2U+
ЖИВ/3. Таким 
чином, якщо на виводі 2 таймери напруга стане менше ніж, Uн то на тригер піде 
сигнал установки в одиницю; якщо ж напруга на виводу 6 стане більше, ніж, Uв 
то з верхнього компаратора на тригер прийде сигнал установки в нуль. Тригер має 
і додатковий вхід установки в нуль — вивід 4. 
Якщо на входи тригера поступають одночасно сигнали установки в різні 
стани, то тригер спрацьовує відповідно до наступних пріоритетів сигналів. 
Щонайвищий пріоритет має сигнал, що подається на вивід 4. Тому цей сигнал є 
сигналом дозволу Е: якщо Е = 1, то робота таймера дозволена, якщо Е = 0, то 
тригер таймера знаходиться в змозі «нуль». Другим за старшинством є 
безперервний сигнал U6, що подається на вивід 2. Цей сигнал відповідає 
 40 
інверсному входу установки тригера в одиницю: якщо Е = 1 і U2 < Uн, то з виходу 
тригера зніматиметься сигнал «одиниця» (незалежно від напруги на виводу 6). І 
нарешті, наймолодший пріоритет належить безперервному сигналу U6, що 
подається на вивід 6. Цей сигнал при U6 > Uв, U2 > Uн і Е = 1 забезпечує 
установку тригера в нуль. 
Вивід 5 таймера рекомендується [3] сполучати конденсатором ємністю 
порядку 0,01 мкФ із загальним дротом. Це знижує вплив перешкод на тривалість 
формованих імпульсів. 
У вимірювальному ланцюзі на входи R і S таймера подана змінна вхідна 
напруга частота якого визначається ємностями С4 і С5, таймер працює в режимі 
тригера Шмідта - на виході формується напруга прямокутної форми. Рівні 
спрацьовування такого тригера Шмідта рівні Uв і Uн, ширина петлі гістерезису 
Uв - Uн.  
На вході 6 напруга, трохи менша, ніж Uв = 2U+
ЖИВ / 3, а на вході 2 - трохи 
більше, ніж Uн = U+
ЖИВ / 3. Тоді вхідна напруга Uвх щодо невеликої амплітуди є 
достатньою для формування на виході таймера прямокутної напруги.  
 
4.5.2 Розрахунок мікропроцесорного блоку 
Мікропроцесорний блок призначений для обробки частоти логічних 
сигналів приходять з вимірювального ланцюга. Він гранично простий по схемі і в 
роботі і дозволяє виміряти частоту періодичних сигналів в діапазоні 250 Гц  50 
МГц. Похибки вимірювань і відліку для кожного інтервалу частот приведені в 
таблиці 6.1. Вхідний опір пристрою - не менше 2 кОм. Рівень виводу «0» вхідної 
напруги повинен бути не більше 0,2, а виводу «1» - не менше 0,8UЖИВ, де UЖИВ - 
напруга живлення, яке може бути будь-ким в межах 3  6 В. Струм споживання не 
перевищує 100 мА. Як видно з схеми, основний елемент мікропроцесорного блоку 
- мікроконтролер PIC16F84, здійснюючий рахунок імпульсів зовнішнього 
сигналу, що поступає на вхід блоку, обробку отриманих значень і вивід 
результатів вимірювання на табло. Рівень рідини (відсотках) відображається 
індикаторами HG1 –HG2.  
 41 
Мікроконтролер PIC16F84 має в своєму складі восьмирозрядний модуль 
таймера (TMRO), який може використовуватися з восьмирозрядним попереднім 
дільником. Останній функціонує асинхронно, тому таймер здатний рахувати 
частоту сигналів значно вище за частоту генератора мікроконтролера, яка в 
даному випадку рівна 4 МГц. Мінімальний час високого і низького рівнів 
вхідного сигналу - 10 нс, що дозволяє модулю TMRO функціонувати від 
зовнішнього сигналу частотою до 50 МГц (а практично і вище). Попередній 
дільник задіяний для підвищення точності вимірювань. Оскільки його граничний 
коефіцієнт розподілу рівний 256, максимальна роздільна здатність лічильника 
складає 16 двійкових розрядів. Проте вміст попереднього дільника неможливо 
рахувати програмно, подібно регістру. 
Таблиця 4.1 - Похибки вимірювань і відліку для кожного інтервалу частот 
Інтервал частот, кГц Час Похибка, Гц (кГц) 
(МГц) вимірювання, мс вимірювання  відліку 
0,25  0,999 500 ± 2 ± 2 
1  9.99 500 ± 2 ± 5 
10  99.9 500 ± 2 ± 50 
100  127 500 ± 2 ± 500 
128  999 1 ± 1 ± 1 
1  9.99 1 ± 1 ± 5 
10  50 1 ± 1 ± 50 
Сигнал через формувач імпульсів, що виміряється, поступає на вивід RA4 
DD1, що є входом зовнішнього сигналу (TOCKI) таймера TMRO. Перед 
вимірюванням проводиться скидання TMRO (при цьому скидається і попередній 
дільник). 
Для вимірювання частоти вивід RBO конфігурується як вхід на точні 
інтервали часу, що дозволяє зовнішньому сигналу поступати на вхід таймера. 
Відлік тривалості інтервалів здійснюється "зашитої в мікроконтролер програмою" 
і виконується як точна тимчасова затримка. Після закінчення її вивід RBO 
конфігурується як вихід, TMRO припиняє роботу, оскільки на RA4 
встановлюється низький рівень, і зовнішній сигнал перестає поступати на його 
вхід. 
 42 
Потім прочитується накопичене 16-розрядне значення числа періодів 
вхідного сигналу: в старші вісім розрядів записується вміст TMRO, а в молодші - 
попереднього дільника. Для отримання значення попереднього дільника 
виконується додаткова підпрограма (з цією метою на виводу RA4 командами BSF 
і BCF перемикається вихідний рівень, тобто програмно формується послідовність 
коротких імпульсів). Кожний імпульс інкримінує попередній дільник і лічильник 
імпульсів N, після чого перевіряється вміст TMRO, щоб визначити, чи 
збільшилося воно. Якщо воно зросло на 1, восьмирозрядне значення 
попереднього дільника визначається по вмісту лічильника імпульсів N як 256 - N. 
Далі 16-розрядне двійкове значення частоти перетвориться в шестирозрядне 
десяткове, яке округляється до тризначного, а потім формується вказаний вище 
експоненціальний формат для виводу на табло в динамічному режимі. 
Сканування індикаторів відбувається з частотою приблизно 80 Гц. Висока 
здатність навантаження мікроконтролера дозволила підключити індикатори 
безпосередньо до його виводів. 
За допомогою перемикача S1 задається режим роботу мікроконтролера. 
Якщо S1 замкнутий, то процесор працює в режимі вимірювання рівня; при 
розімкненому положенні S1 - в режимі калібрування датчика. В останньому 
режимі відбувається обчислення константи КЗ і запис її значення в енергозалежну 
пам'ять процесора. 
Вимірювання частоти проводиться в два етапи. Спочатку формується 
інтервал часу (програмна затримка) тривалістю 1 мс, що відповідає області 
високих частот. Якщо отримане значення частоти більше 127, воно 
перетвориться. Після цього цикл повторюється. 
Якщо ж значення частоти менше 127, виконується друге вимірювання (для 
низьких частот), при якому формується інтервал часу тривалістю 0,5 с. Для 
оптимізації роботи мікроконтролера він з'єднаний з циклом виводу результату 
попереднього вимірювання на індикатори. Значення частоти більше 127 
перетвориться для індикації, при меншому свідчення індикаторів обнуляються 
 43 
(частота вхідного сигналу - зовні діапазону вимірювань або відсутній взагалі). 
Після цього в обох випадках повний цикл вимірювання повторюється. 
Для відображення обчисленого мікроконтролером результату на 
індикаторі HG1 і HG2 використовується дешифратор DD2 типу SN74LS145 фірми 
Texas Instruments, Inc. , виходи якого підключені на катоди індикатора. 
 Мікросхема SN74LS145 перетворить двійковий код, що поступає на входи 
А0 – А3 в сигнал низького рівня, що з'являється на десятковому вході 0 – 9. Якщо 
десятковий еквівалент вхідного коду перевищує 9, то на всіх виходах 0 – 9 
з'явиться напруга високих рівнів. Ці прилади можуть дешифрувати числа 0 – 8, 
тоді вхід А3 можна використовувати як дозволяючий з низьким активним рівнем. 
Дешифратор SN74LS145 застосовується з навантаженнями, працюючий струм 
яких може досягати 80 мА. Виходи ИЕ10 мають відкриті колектори. Напруга 
живлення Uп = 5  15В. Час затримки сигналу tзд = 50 нс. Струм споживання 
мікросхеми Iп = 13 мА.  
Ланцюг формування управляючого сигналу складається з VТ2 вигляду 
3N140 (транзистор кременевий, дифузійно планарний, з двома ізольованими 
затворами n – типу) і синхронного двійкового лічильника DD3 типу MC14520B.  
Транзистор VT2 служить для узгодження імпульсу між виходом 9 DD2 і 
рахунковим входом ЕС DD3. 
В мікросхемі MC14520B лінії С і ЕС (тактова і дозволи тактів) 
взаємозамінні, але відрізняються протилежними активними рівнями, тому можна 
організувати рахунок по кожному фронту такту: по позитивному і негативному. 
В звичайному режимі на вхід ЕС слід подавати напругу високого рівня, 
тому хід рахунку виявиться синхронним з кожним позитивним тактовим фронтом. 
Лічильник працює при напрузі високого рівня на скидання R. Нульові рівні на 
виходах Q вийдуть, якщо на вході асинхронного скидання R буде присутня 
напруга низького рівня.  
При напрузі живлення UЖ = 15 В максимальна тактова частота досягає 4 
МГц, мінімальна тривалість імпульсу скидання 80 нс, мінімальна тривалість 
 44 
імпульсу дозволу 140 нс (при живленні UЖ = 5 В значення цих параметрів 
приблизно в 3 рази гірше: 1,5 МГц, 250 нс, 400 нс). 
 
4.6 Розрахунок компенсаційного стабілізатора безперервної дії 
Для стабільної роботи мікропроцесора РIC16 необхідно постійне напруги 
живлення UЖ =5 В, з допустимим відхиленням Uвх = ± 2 В, тому необхідно 
вибрати і розрахувати схему послідовного стабілізатора напруги безперервної дії 
з параметрами Kст > 104. Початкові дані для розрахунку: Uвх = 12 В; Uвх = ± 2 
В; Iн мах = 2 А; Uн min = 4 В; Uн max = 6 В.  
Для вирішення поставленої задачі використовуємо схему (рисунок 4.3) 
компенсаційного стабілізатора напруги послідовного типу, де операційний 
підсилювач використовується як підсилювальний елемент.  
V T       
+    +    
R1     
Uв  х      Rб     R2     U  в   ы х       OУ        
R3     
-    V D       -    
 
Рисунок 4.3 - Схема компенсаційного стабілізатора напруги послідовного 
типу 
Вибираємо тип регулюючого транзистора з умов: 
Uкэmах  < Uкэmах доп,                                                 (4.15) 
Uкэmах  = Uвх  + Uвх - Uнmin,                                        (4.16) 
Uкэmах  = 10 В. 
Pкmах <  Pкmах доп,                                            (4.17) 
Pкmах = Uкэmах  Iнmax,                                            (4.18) 
Pкmах = 20 Вт. 
 45 
Iнmax < Iкдоп.                                                   (4.19) 
Цим умовам задовольняє транзистор типу BUX77 з параметрами Iкmax доп = 
10 A, Pкmах доп = 50 Вт, h21э = 80, Uкэmах доп = 65 В. 
Розглянемо можливість отримання заданих параметрів схеми при 
використовуванні як підсилювальний елемент операційного підсилювача 
(рисунок 4.3). Запишемо: 
Uвихоу   = Uбэ + Uнmах ,                                              (4.20) 
Uвихоу   = 6,6 В. 
Uвихоу mах  < Uвихmах оу ,                                          (4.21) 
Iвихоу  = Iбmax,                                                 (4.22) 
Iбmax = Iн max / (1 + h21э min),                                          (4.23) 
Iбmax = 25 мA. 
Iвихоу  < Iвихmax оу ,                                                (4.24) 
де Uвихmах оу, Iвихmax оу  — граничні значення вихідних напруги і струму 
операційного підсилювача. 
Вибираємо операційний підсилювач типа TL750L10, для якого: Uвихmах оу  
= 12 В, Iвих max оу  = 300 мА. 
Якщо умова 4.24 не виконується, то в якості підсилювального елементу 
слід використовувати транзистор. При невиконанні умови 4.24 в якості 
регулюючого елементу використовують складовий транзистор. Тоді: 
Iвихоу  = Iн max / (1 + h21э1 h21э2),                                   (4.25) 
Iвихоу  < Iвихmax оу ,                                              (4.26) 
де h21э1 і  h21э2 — коефіцієнти посилення по струму окремих 
транзисторів. 
Для створення опорної напруги UОП вибираємо стабілітрон BZX46C3V3 з 
параметрами Uст = Uоп = 3 В, Rд = 65 Ом, Iстном = 10 мА.  
Визначаємо опір баластного резистора Rб, вважаючи, що: 
Iстном >> Iвхоу,                                                  (4.27) 
Rб = (Uвх ср - Uоп ) / Iстном,                                     (4.28) 
Rб = 0,9 Ом. 
 46 
Для розрахунку опорів резисторів R1, R2, R3 припустимо, що движок в 
потенціометрі R2 стоїть в крайньому верхньому положенні. Тоді вихідна напруга 
стабілізатора має задане по умові мінімальне значення. При крайньому нижньому 
положенні движка вихідна напруга максимальна. 
В першому випадку: 
Umin = Uвих оу – Uбе,                                        (4.29) 
 R 
U   1
  1U U  .                                      (4.30) 
H min on e
 R  R
2 3 
В другому випадку: 
 R 
U   1
 1U U                                       (4.31) 
H max on e
 R  R
2 3 
Вважаючи R3 = 1 кОм, з системи рівнянь 4.30 і 4.31 знаходимо R1 = 0,5 
кОм, R2 = 0,5 кОм. 
По довіднику [16] вибираємо резистори R1, R2 і R3 відповідно: 
R1 - RCMS02 - 0.25 - 500 Ом ± 10 %. 
R2 - RCMS02 - 0.25 - 500 Ом ± 10 %. 
R3 - RCMS02 - 0.25 – 1 кОм ± 10 %. 
Визначимо мінімальний коефіцієнт стабілізації схеми, застосувавши 
загальну формулу: 
U R
K  H min i K
CT min qe                                   (4.32) 
U R
BX max BUX
Оскільки Ri - внутрішній опір регулюючого транзистора: 
r
R  K
i ,                                          (4.33) 
1 h
21
та Rвих - вихідний опір схеми без урахування дільника: 
r
Rвих   .                                              (4.34) 
K
u oy
То мінімальний коефіцієнт стабілізації схеми рівний: 
U R
K  H min i K
CT min qe                                          (4.35) 
U R
BX max BUX
7
K  1.2 10
CT min  
 47 
4.7 Розрахунок похибки рівнеміра 
При проектуванні пристрою необхідно заздалегідь оцінити його точність і 
упевнитися, що вона менше заданої в технічному завданні. Приймаємо відносні 
похибки для кожного блоку рівнеміра виходячи з довідкової літератури [15]: 
– кондуктометричний датчик: 7 = 1%. 
– АЦП: 2 = 0,5%; 
– формувач: 3 = 0,5%; 
– мікроконтролер: 4 = 0,2%; 
– дешифратор: 5 = 0,2%; 
– резонатор: 6 = 0,5%; 
– лічильник: 7 = 0,2%; 
Отримаємо загальну похибка визначення рівня рідини в бункері: 
2 2 2 2 2 2 2
  1  2  3  4  5  6  7                             (4.1) 
2 2 2 2 2 2 2
  1  0,5  0,5  0,2  0,2  0,5  0,2  0,75%  
Таким чином, отримане розрахункове значення відносної похибки менше 
заданого (0,75 % < 5%), що задовольняє попередній умові проектування. 
 
4.8 Оцінка терміну служби дозуючого циліндра  
Оцінити значення зносу і терміну служби пари тертя дозуючого циліндра. 
Пару тертя утворює і циліндр 1, і поршень 2 навантажені силою Р. Середній 
питомий тиск на поршень q = 0,05 МН / м2. Переміщення — поворотно-
поступальне з ходом  S = 200 мм і середньою швидкістю v = 0,5 м/с. Розрахунок 
необхідно виконати для числа циклів nц = 105, враховуючи, що зноситься 
поршень і циліндр. Матеріал циліндра — сталь 45, поршня — сталь 40Х. 
Розрахунковий знос поршня прийняти = 50 мкм. Час прироблення T0 ср = 5 год. 
Знос направляючих приймаємо U0 ср = 2 мкм. 
Розрахунок проведемо згідно методиці описаної в [18]: 
 48 
По довіднику [18] шорсткість поверхні пар тертя після прироблення: Ra = 
0,24 мкм; середній крок нерівності у напрямі тертя і стираючої поверхні Sm1 = 
0,12 мм; Sm2 = 0,6 мм. 
Приймаємо коефіцієнт тертя f = 0,15. Фізико-механічні характеристики 
пари тертя:  
Пружна постійна матеріалу поверхні, що зношується: 

  1 ,                                            (4.2) 
 E
де  = 0,25 – коефіцієнт Пуассона; 
Е - модуль пружності, Е = 1,6  105 МН / м2. 
0.25 5
  1   0.186 10 м2 / МН. 
5
 1.6 10
По таблиці 15.2 [18] для сталі 45 показники втомного руйнування 
поверхні, що зношується, наступні у0 = 3500 МН / м2 і t = 6. 
Визначимо загальний шлях тертя: 
L  n  2S ,                                                (7.3) 
TP
5 8
L  10  2  200  4 10
TP мм. 
Оскільки відносини середнього кроку нерівностей поршня і циліндра рівні: 
с = Sm1 /Sm2,                                           (4.4) 
с = 0,12 / 0,60 = 0,2. 
то, з таблиці 15.1 [18] для t = 6 визначаємо табульований коефіцієнт k1 = 
7183  108 мм  
Знайдемо середнє значення інтенсивності зносу: 
t
 Ra 1  Ac
I  k  
cp 1     q ,                                                (4.5) 
 Sm 
0  Aa
де Ас і Аа – номінальна і контурна площі деталей. Відносини площадів 
приблизно рівно Ас / Аа = 0,1. 
6
 3
0.24 10 1 
8 5 12
I  7183 10  
 0.186 10  0.05  0.1  5.6 10
cp 5 . 
 0.12 0 
.186 10  3500 
Середній знос нормального періоду роботи по формулі: 
 49 
U  L  I
H .CP TP CP .                                        (4.6) 
8 12 3
U  4 10  5.6 10  2.24 10
H .CP мм або 2,24 мкм. 
Швидкість зношування: 
    I
U CP .                                           (4.7) 
12 10
  0.5  60 5.6 10  1.68 10
U м/хв або 1,68  10-2 мкм/год. 
Найбільше значення зносу з урахуванням напрацьованого зносу знайдемо 
по формулі: 
U  U  U
max 0.cp H .cp .                                       (4.8) 
U  2  2.2  3.6
max мкм. 
тобто при n = 105 знос пари тертя ще далекий від розрахункового значення. 
Знайдемо середній термін служби пари тертя в нормальному періоді: 
U  U
p 0
T 
H .cp .                                         (4.9) 

U
50  2
T   5000
H .cp 3 год. 
9.6 10
Оскільки період прироблення триває Т0ср = 5 год., загальний термін 
служби для розрахункового значення зносу: 
Тср = Т0 ср + ТН. ср                                       (4.10) 
Тср = 5 + 5000 = 5005 год. 
 
4.9 Визначення надійності рівнеміра 
Метою розрахунку надійності є визначення: 
- часу безвідмовної роботи виробу при максимальному, мінімальному і 
середньому рівні інтенсивності відмов елементів, що входять в його склад; 
- інтенсивності відмов виробу при середньому рівні інтенсивності відмов 
елементів; 
- побудова графіків залежності розподілу вірогідності безвідмовної роботи 
від часу напрацювання.  
 50 
Кількісною характеристикою одного або декількох властивостей 
надійності є показники безвідмовності, довговічності, ремонтоздатності, 
комплексні показники. 
Вірогідність безвідмовної роботи визначається по формулі [20]: 
P(to)= 1 – F(to),                                                         (4.11) 
де Fo(to) – функція розподілу напрацювання до відмови. 
Інтенсивність відмов визначається по формулі [23]: 
f (t) 1 d  F (t)
 (t)    .                                         (4.12) 
P(t) 1  F (t) dt
Приблизно: 
N 
 (t)  ,                                                  (4.13) 
N  t
де N – число виробів, що відмовили при випробуваннях протягом 
інтервалу часу  t; 
N- число виробів, працездатних до початку випробування. 
Середнє напрацювання до відмови tср визначається як математичне 
очікування напрацювання до першої відмови. 
Враховуючи те, що закон розподілу експоненціальний, то показник 
надійності: 
t
f (t)    l .                                              (4.14) 
Середнє значення напрацювання до відмови, ресурсу, терміну збереження, 
терміну служби, часу відновлення: 
1
T  .                                                       (4.15) 
0

Гамма – відсотковий ресурс: 
1  ln y
T  ( ) ,                                             (4.16) 
y
 100
де у – вірогідність не виникнення відмови.  
Вірогідність безвідмовної роботи: 
t
P  l .                                                 (4.17) 
0
 51 
Вірогідність відновлення в заданий час: 
t
P 1 l .                                               (4.18) 
b
Середній час безвідмовної роботи визначається по формулі [23]: 
T  1 ,                                                  (4.19) 

де   - інтенсивність відмов всієї системи  
n
   i .                                                   (4.20) 
i1
При невирішених напругах визначають довговічність елемента: 
L  1   ,                                                   (4.21) 
де 1  - тривалість блоку напруги ( сукупність напруг деталі за достатньо 
тривалий термін її роботи) виражається в годинах або циклах;  
 - довговічність, виражається числом блоків навантаження. 
При дії нормальних напруг: 
m
N  1  a
0 p
  ,                                        (4.22) 
m
ai Vi
де N0 – базове число циклів; 
m
  - середнє значення межі витривалості деталей; 
1
V  - число циклів повторення амплітуди  a в блоці навантаження; 
i
a
p  - значення суми відносних довговічностей; 
1
a      ,                                      (4.23) 
p a max 1
2
де a max  - максимальна амплітуда напруги в блоці навантаження;  
 V
коефіцієнт  ai  i
   ; 
 V
a max 
  0,5  , 
ai 1
V   загальне число циклів в блоці навантаження. 

При складному напруженому стані довговічність виражена числом блоків 
навантаження, при показниках ступеня утомленості: 
m  m  m ,                                                    (4.24) 
 
 52 
 
визначається виразом   0 . 
2 m 2 m m 2
(   )
Значення інтенсивності відмов різних елементів приведені в таблиці 1 
додатку Г. 
Вихідні дані та результати розрахунку надійності приведені в додатку Г. 
 53 
5 Спеціальний розділ 
 
5.1 Технологічний розділ 
В даний час найбільше розповсюдження мають наступні способи 
отримання виробу: пряме пресування, лиття під пресуванням і лиття під тиском. 
Способом прямого пресування можуть бути отриманий вироби з будь-
якого пластичного матеріалу, будь-якої величини і конфігурації. Виняток 
становлять вироби, що мають крізну (виступаючу з виробу з двох або більш 
сторін) арматуру або арматуру, яка під дією тиску може деформуватися. Цим 
способом не можна також одержувати вироби з крізними отворами малого 
діаметра (до 3 мм) або отворами, розташованими перпендикулярно напряму 
пресування. 
Способом лиття під пресуванням можна пресувати вироби тільки з 
пластичних мас з доброю текучістю (не нижче 100 мм по Рашигу для 
термореактивних пластмас). Застосовують його для отримання виробів 
характерної конфігурації і підвищеної точності у напрямі роз'єму, тобто таких 
виробів, які неможливо виготовити прямим пресуванням. Під підвищеною 
точністю в даному випадку слід розуміти велику стабільність розмірів. 
Лиття під тиском одержують головним чином вироби з термопластичних 
матеріалів. Для виробництва виробів з термореактивних прес-матеріалів цей 
спосіб має обмежене застосування. 
Литтям під тиском можна одержувати вироби будь-якої величини і 
конфігурації з різною арматурою. 
Виходячи з конструкції корпусу датчика і аналізуючи вище описані 
способи отримання виробів з пластмас, вибираємо для виготовлення корпусу 
датчика спосіб прямого пресування. 
Форми для отримання виробів з пластичних мас відрізняються великою 
різноманітністю конструкцій. Ця різноманітність обумовлена рядом чинників: 
конструкцією самого виробу, властивостями матеріалу, з якого виріб повинен 
бути виготовлений, вибраним способом отримання виробу і т.д. 
 54 
Залежно від цих чинників форми підрозділяють на три основні групи: 
1) прямого пресування; 
2) лиття під пресуванням; 
3) лиття під тиском. 
Кожна з цих груп має свої відмітні ознаки. 
По характеру експлуатації форми розділяють на роз’ємні і стаціонарні. 
Роз’ємними називають такі прес-форми, які знімають з пресу після кожного 
пресування. Застосовують їх, як правило, для отримання невеликих партій 
виробів з термореактивних пластичних матеріалів способами прямого пресування 
і лиття під пресуванням. Роз'єм цих прес-форм і видалення з них виробу 
проводять зовні зони преса за допомогою спеціального розпресовочного 
пристосування. Нагрівають роз’ємні прес-форми за допомогою спеціальних 
нагрівальних плит, встановлених на пресі. 
На відміну від роз’ємних стаціонарні форми жорстко сполучені з пресом 
або литтєвою машиною. Встановлюють їх на тривалий термін, необхідний для 
отримання певної кількості виробів. Витягання виробу проводять за допомогою 
виштовхуючого пристрою самої форми або спеціальних роз’ємних пристосувань. 
Конструкція стаціонарних форм передбачає наявність в них нагріваючих або 
охолоджуючих пристроїв, іноді і тих і інших одночасно, залежно від типу 
пластичного матеріалу, що переробляється. 
Окрім роз’ємних і стаціонарних форм, існують так звані напівстаціонарні 
форми, що поєднують в собі окремі елементи роз’ємних і стаціонарних форм. 
Напівстаціонарними їх називають тому що деяка частина форми встановлена 
стаціонарно, а частина, що є формуючими елементами, витягується з форми після 
кожного пресування. 
Схемні формуючі елементи цих форм звичайно виконують у виді клинових 
блоків або касет. Їх конструкція мало чим відрізняється від конструкції 
формуючих елементів роз’ємних форм. Ця обставина дозволяє класифікувати 
напівстаціонарні форми по тих же ознаках, по яких класифікують роз’ємні форми. 
 55 
По кількості одночасно одержуваних виробів форми діляться на 
одногніздові і багатогніздові. Форма, що має не менше два формуючі види, 
вважається багатогніздовою. 
Класифікують форми і по напряму, і по кількості, площин роз'єму. 
Площиною роз'єму називають поверхню, по якій проводиться роз'єм 
оформляючих виріб частин форми. Визначення «площина роз'єму» частіше за все 
носить умовний характер, оскільки стикування рухомих формуючих елементів 
може здійснюватися не тільки по плоских поверхнях, але і по поверхнях самої 
різної конфігурації, залежної від особливостей конфігурації виробу. Існують 
форми, що мають сферичну, конічну, еліптичну, гвинтову і інші поверхні роз'єму 
формуючих елементів. У зв'язку з цим не слід змішувати такі поняття, як «напрям 
площини роз'єму» і «конфігурація поверхні роз'єму». Не дивлячись на 
різноманітність конфігурацій поверхонь роз'єму, розчленовування формуючих 
елементів звичайно проводиться або поодинці, або по двох (як правило, взаємно 
перпендикулярним) напрямах, одне з яких лежить в горизонтальній, інше у 
вертикальній площинах. 
Таким чином, форми класифікують по двох напрямах площин роз'єму: 
вертикальному і горизонтальному. Вертикальною площиною роз'єму називають 
поверхню, що переміщається в горизонтальній площині, а горизонтальної — 
поверхню, що переміщається у вертикальній площині. 
Кількість площин (поверхонь) роз'єму залежить від конструкції виробу і 
конструкції самої форми. Існують форми, з однією і декількома площинами 
роз'єму.  
При виборі конструкції форми слід керуватися двома основними умовами 
— простотою і надійністю в роботі. Конструктивна розробка прес-форм 
починається з визначення наступних основних експлуатаційних характеристик 
проектованої форми: 
1) положення виробу щодо напряму роз'єму форми; 
2) напрями і кількості необхідних площин роз'єму; 
3) характеру експлуатації (стаціонарна або роз’ємна); 
 56 
4) механізму для видалення стрижнів або вставок (якщо це необхідне); 
5) кількості кубел; 
6) конструкції завантажувальної камери (для прес-форми прямого 
пресування і лиття під пресуванням ); 
7) способу виштовхування і знімання виробу. 
При визначенні положення у формі необхідно враховувати наступне. Виріб 
повинен бути розташований так, щоб в ньому отвори або поглиблення були по 
можливості перпендикулярні до площин роз'єму форми. Крім того, він повинен 
мати якнайменшу площу пресування, а арматура займати найстійкіше положення 
щодо основного потоку пластичного матеріалу. 
Кількість і напрям площин роз'єму залежать в основному від форми виробу 
і положення, в якому його пресують. При конструюванні знімної форми треба 
прагнути зменшення числа площин роз'єму, оскільки це сприяє зменшенню її 
зносу, а отже, збільшенню терміну служби. Крім того, це покращує зовнішній 
вигляд виробу. 
Вибір між роз’ємною і стаціонарною конструкціями прес-форм слідує 
проводити керуючись їх експлуатаційними можливостями і економічним 
чинником, а також способом отримання виробу. 
Роз’ємним формам віддають перевагу в тих випадках, коли необхідно 
відпресувати невелику партію дрібних виробів або коли відсутнє спеціальне 
устаткування, що допускає установку стаціонарних форм. Крім того, роз’ємні 
прес-форми значно дешевше. Унаслідок невеликої ваги роз’ємних прес-форм, що 
допускається, застосовувати їх для виготовлення крупних виробів не 
рекомендується. Застосовують роз’ємні прес-форми, як правило, для отримання 
виробів з термореактивних пластичних матеріалів. 
Стаціонарні прес-форми володіють поряд переваг перед роз’ємними. 
Застосування їх значно полегшує працю робітника-пресувальника і сприяє 
підвищенню продуктивності праці. При конструюванні стаціонарних прес-форм 
слід прагнути максимальної механізації процесу звільнення виробу. Механізми, 
що використовуються при цьому, повинні бути простими в експлуатації і 
 57 
працювати з незначним мастилом. Остання вимога обумовлена тим, що вони 
працюють при високих температурах. Для цієї мети застосовують клинові, 
шарнірні, гвинтові, ексцентрикові і інші механізми. 
Кількість кубел в прес-формах визначають виходячи з потужності 
вживаного устаткування і потрібної кількості виробів. 
При виборі конструкції завантажувальної камери, яка може бути двох 
видів — індивідуальна (на кожний виріб) і загальна (на декілька одночасно 
пресованих виробів), керуються формою і матеріалом виробу. Не слід 
проектувати загальну завантажувальну камеру для виробів складної конфігурації, 
оскільки це зв'язано з труднощами економічного їх розміщення на вибраній площі 
пресування. 
Структура прес-матеріалу робить також вплив на вибір виду 
завантажувальної камери. Так, для прес-матеріалів з довговолокнистим 
наповнювачем небажано застосування прес-форми із загальною 
завантажувальною камерою. 
Спосіб виштовхування визначається головним чином формою виробу. 
Виштовхувачі в оформляючій порожнині форми розміщують так, щоб 
виштовхування виробу проходило рівномірно; 
при нерівномірному виштовхуванні може відбутися його викривлення, 
перекіс або навіть поломка. 
Для виготовлення корпусу датчика в цілях економії і враховуючи мало 
серійність виробництва деталі використовуємо роз’ємні прес-форми. 
Підготовчий етап включає: вхідний контроль прес-матеріалу, підготовку 
заготівки, таблетування, попередній підігрів прес–матеріалів, технологічного 
оснащення.  
Етап формоутворення – пресування, зняття облою і механічна обробка 
деталей.  
Для пресування деталей з пластичних матеріалів застосовують гідравлічні 
преси для переробки реактопластів універсальні. Основні технологічні параметри 
пресів регулюються в широких межах. Наприклад, зусилля стиснення прес-форм 
 58 
регулюються в межах від 10 % номінального зусилля до максимального, зусилля 
розмикання прес-форм в межах 20 – 25 % від номінального. Швидкості стиснення 
прес-форм при робочому ходу складають 250-500 мм/с, а при налагоджувальному 
режимі 9 мм/с. Діаграма циклу прямого пресування показана на рисунку 5.1. 
Таблетування є практично обов'язковою частиною технологічного процесу 
пресування порошкоподібних і волоконних реактопластів. Воно полягає в 
з'єднанні під тиску окремих частинок матеріалу в монолітні таблетки певного 
розміру. 
Процес таблетування скорочує час витримки при пресуванні, час 
завантаження прес-форм і є процесом автоматизованим, оскільки виконується 
машинами циклічної дії. В нормативах часу передбачена організація і виконання 
наступних робіт: 
- піднесення прес - матеріалу машинам таблеток на відстані до 10 м; 
- підйом матеріалу на завантажувальний майданчик; 
- віднесення таблеток на відстань до 10 м; 
- контроль за роботою машини і вагою таблеток. 
 D 
C 
 
D 
 
B 
 E 
 
A t 
 
Рисунок 5.1 - Спрощена діаграма зміни тиску лиття (D) термопластів в 
часі: А – первинний тиск (необхідне для переміщення шнека вперед); В – період 
збільшення тиску при вприску матеріалу у форму; С – період витримки матеріалу 
під тиском; D – падіння тиску при охолоджуванні і застиганні літника; Е – зміни 
тиску у формі при витяганні готового виробу 
Норма часу на виготовлення таблеток визначається по формулі  
Т 1000
Т  CM ,                                                (5.1) 
Т  Н
0 м
 59 
де Т0 – норма обслуговування машин таблеток на одного робітника, в кг; 
Тсм – тривалість робочої зміни, год.; 
Нм – норма знімання таблеток з машини, в кг; 
Т – норма часу на 1000 кг таблеток, в людино-год. 
Процес отримання складальної одиниці на литтевих машинах містить 
наступний перелік основних робіт: 
- установка арматури в прес-форму; 
- дозування прес-матеріалу; 
- завантаження прес-форми; 
- складання прес-форми; 
- установка її під прес; 
- включення преса (створення тиску або уприскування); 
- витримка під тиском (режим автоматичний або ручний); 
- охолоджування (повітрям або холодною водою); 
- витягання готової складальної одиниці ; 
- очищення прес-форми; 
- видалення облою; 
- механічна обробка (свердлення отворів і т.п.); 
- контроль; 
- упаковка. 
Розрахунок режимів включає визначення термомеханічних і кінематичних 
характеристик процесу (рисунок 5.1). 
Температурний режим задаємо на прес-матеріал (таблиця 5.1). 
Умови пресування визначаємо по формулі: 
F  q
P  ,                                                     (5.2) 
1000
де q – питомий тиск, кгс/см2; 
F - площа пресування, см2. 
В якості матеріалу виготовлення корпусу датчика вибираємо фенопласт 
01-040-02 для якого q = 1000 кгс/см2. 
 60 
Площа пресування корпусу датчика: 
F  a  b ,                                                  (5.3) 
де а – ширина корпусу, 
b – довжина корпусу. 
F  3,5 5  17 ,5см2. 
1750 1000
P   17 ,5 т. 
1000
Час витримки пресування визначається по формулі: 
t  h   ,                                                     (5.4) 
де t – час витримки деталі в прес-формі, хв.; 
h – максимальна товщина стінки матеріалу деталі, хв./мм. 
Питомий тиск q, температуру пресування і час витримки на 1 мм товщини 
стінки вибирається з [19]. 
t  25  40  1000 хв. 
Вибір устаткування. Тиск в гідравлічній системі (розрахунковий): 
Р
пр
D  ,                                                     (5.5) 
ман .р
S
де Dман.р – манометричний тиск, кгс/см2; 
Рпр – зусилля пресування, кгс; 
S – площа плунжера, см2. 
Вибір преса здійснюється по умові: 
Dман.р  Dман.р преса                                           (5.6) 
17 ,5 1000 2
D   1000 кгс/см . 
ман .р
17 ,5
В якості устаткування вибираємо прес гідравлічний для пресування 
виробів з пластмас ДВ2428, який призначений для отримання виробів з 
реактопластів методом прямого і трансферного пресування з попереднім 
підігрівом і без попереднього підігріву прес-матеріалу.  
Технічні характеристики преса: 
Номінальне зусилля, кН 
преса                                                                               630 
 61 
виштовхувача                                                               125 
Найбільший хід, мм 
преса                                                                             450 
виштовхувача                                                              160 
Найбільша відстань між столом і повзуном, мм      800 
Розміри столу, мм                                                       630560 
Швидкість повзуна, мм/с: 
при холостому ходу                                                    200 
при робочому ходу                                                     5 
при поворотному ходу                                               70 
Потужність приводу, кВт                                          4 
Технологічний процес виготовлення корпусу датчика представлений в 
Додатку Д. 
 
5.2 Економічний розділ 
Україна успадкувала понад 600 молочних підприємств від радянських 
часів. Вони були розподілені по 25 молочних об'єднаннях у кожній області, 
включаючи "Житомирмолоко". Насправді, деякі з цих об'єднань існують і досі, 
але їхня частка у виробництві молочної продукції є незначною. За роки 
незалежності України з'явилися нові комерційні структури: "Юнімілк Україна" 
(включаючи завод "Талактон" у Києві та Кременчуцький міськмолокозавод), 
"Вімм-Білль-Данн" (Київський молочний завод №3, Харківський молочний завод, 
Буринський молочний завод), "Лактал" (Київський молочний завод), "Юнімілк" 
(Київський міськмолокозавод), "Юнімілк" (Київський "Лакталіс-Україна" 
(Миколаївський завод "Лакталіс-Україна"), "Білосвіт-Україна" (Миколаївський 
завод "Лакталіс-Україна" та "Білосвіт-Умань"), "Західна ТОВ "Торговий дім 
"Молочна група" (10 підприємств), "Рейнфорд" (Дніпропетровський молочний 
завод № 1, Житомирський міськмолокозавод), Тельманівський та Володарський 
молочні заводи). На ринку також присутні досить сильні компанії, такі як 
 62 
Куп'янський молочно-консервний комбінат (Харківська область) та корпорація 
"Фанні", які наразі володіють по одному заводу. 
Втім, слова "поки що" не випадкові. Як відомо, "Фанні" колись намагалася 
об'єднатися з "Юнімілк Україна". Однак це закінчилося невдачею. У той же час, 
нещодавня купівля заводу "Білосвіт-Умань" дозволила компанії "Лакталіс 
Україна" швидко увійти до трійки найбільших виробників молочної продукції та 
збільшити свою частку на ринку до 7%. Тенденція до консолідації та 
перерозподілу частки ринку залишається актуальною. Це підтверджує і польський 
досвід, який активно наслідує українська молочна галузь. Наприклад, з 200 
польських молочних ферм лише чверть все ще працює. Більше того, великі гравці 
мають доступ до дешевих кредитів, нижчу собівартість виробництва і, перш за 
все, процесію малих та середніх підприємств, які хочуть приєднатися до лідерів, 
бо знають і розуміють, як працювати на ринку. Саме тому вони заслуговують на 
те, щоб їх називали маркетингово-орієнтованими компаніями. Можна з 
абсолютною впевненістю стверджувати, що з часом українська молочна галузь 
буде поділена на 10-15 лідерів. Ринкова частка компаній-лідерів вже зараз 
перевищує 50%. І кожна з них розробила або розробляє власну стратегію 
завоювання ринку для покращення своїх фінансових показників. 
Складні механізми взаємовідносин між виробниками, первинними 
споживачами (заготівельниками та переробниками) та покупцями в 
конкурентному середовищі містять низку прихованих проблем, які заважають 
отримати чітке уявлення про взаємозв'язок між фактичними витратами 
сільськогосподарських виробників та формуванням ціни на кінцевий продукт на 
кожному етапі виробничого ланцюга: 
заготівля – переробка – оптова торгівля – роздрібна торгівля. 
Виникає питання: чому рентабельність виробництва молока така низька, а 
собівартість молочних продуктів висока і постійно зростає?" 
Галузь тваринництва в цілому перебуває в кризі, незважаючи на те, що 
вона виробляє необхідну для споживання людиною сировину і впливає на 
національну продовольчу безпеку. Про це свідчить споживання продукції 
 63 
тваринництва, основного джерела білка: у 2023 році фактичне споживання молока 
та молочних продуктів становило 206 кг при оптимальній нормі 380 кг, а м'яса та 
м'ясопродуктів - 52 кг при оптимальній нормі 83 кг. Ці дані чітко свідчать про 
порушення структури споживання поживних речовин і недотримання їх норм, 
оскільки 26% добового раціону людини покривається за рахунок споживання 
продуктів тваринного походження, що менше ніж удвічі перевищує референтне 
значення (55%). 
За останні 20 років поголів'я великої рогатої худоби скоротилося в 5,1 
рази, в тому числі поголів'я корів - у 3,2 рази. Змінюється і структура 
тваринництва: якщо за радянських часів 85,6% всього поголів'я худоби 
вирощувалося в колгоспах, то в 2023 році цей показник становив лише 34%. В 
Україні щільність поголів'я великої рогатої худоби та корів у 3,5 рази нижча, ніж 
в ЄС, і в 2,2 рази нижча, ніж в Україні. На жаль, ця тенденція зберігається. Як 
наслідок, у 2022 році виробництво жирних сирів і кисломолочних продуктів на 
молокопереробних підприємствах скоротилося на 6% і 5% відповідно (всі 
показники порівняно з 2023 роком). У той же час, за період з січня по вересень 
2023 року молокопереробні підприємства виробили на 6,1% більше 
переробленого молока і на 14,7% більше масла, ніж за аналогічний період 2022 
року. 
Існувало два шляхи збільшення виробництва таких молочних продуктів: 
Перший - імпортувати готові молочні продукти (сухе молоко, вершкове 
масло) з інших країн у вигляді нерозфасованих або частково прострочених 
продуктів, без шкоди для їхньої поживної цінності; 
Другий - введення інших немолочних інгредієнтів. 
Переробники молока навіть використовують вираз "молочний жир", що 
означає жир, який швидко застигає і має високу температуру плавлення. Його 
додають для отримання консистенції, схожої на вершкове масло. 
Використання інших замінників і додавання Е-добавок дозволило 
виробляти питне молоко, згущене молоко і різні сири з мінімальною кількістю 
 64 
натурального молока. Сьогодні навіть використовується термін "безкоров'яче 
молоко". 
Таким чином, структура витрат на переробку літра питного молока 
жирністю 2,5% включає 60% (3,0 грн) вартості молока жирністю 3,4%, з яких 44% 
(2,2 грн) - ціна фермера, 16% (0,8 грн) - ціна постачальника і 40% - витрати на 
електроенергію, оплату праці, загальні та адміністративні витрати це вартість 
електроенергії, робочої сили, загальних та адміністративних витрат. 
Розрахунок собівартості не враховує зменшення жирності молока з 3,4% 
до 2,5%, або на 0,9%, під час переробки. Неважко підрахувати, що ці 0,9% втрати 
жиру фактично відповідають приблизно 250 літрам молока і не включаються в 
дохід сільськогосподарських виробників (фермерів), які і так працюють у збиток. 
Слід враховувати, що 12-місячний чистий прибуток товаровиробника становить 
25%, тоді як у торгівлі оборотність коштів у 35-40 разів вища. 
Таким чином, фермери, які доглядають за коровами і називаються 
товаровиробниками, заробляють 1,6-2,2 грн на літрі, ті, хто закуповує молоко, - 
0,7-0,8 грн на літрі, а решта грошового потоку належить торгівлі та переробникам, 
за винятком того, що жирність молока знизилася з 3,4 до 2,5 %, а виробництво 
молока і у 2,4 рази перевищує закупівельну вартість. 
Витрати на сировину становлять 50% собівартості вершкового масла. 
Варто зазначити, що дві третини білкової частини молока (знежирене молоко) 
після переробки повертається у виробництво для виготовлення інших продуктів, 
що є джерелом додаткового прибутку для переробних підприємств. Існують й 
інші способи, за допомогою яких ці підприємства можуть отримувати додатковий 
дохід. 
Наприклад, одна операція з пакування 20 тон вершкового масла в 
монолітні пакети може принести приблизно 60% прибутку підприємства після 
продажу. 
Інший спосіб - переробка чистого вершкового масла на бутербродне масло 
з додаванням 30% рослинного жиру. Наприклад, з 20 тон (вантажівка) вершкового 
масла, закупленого за оптовими цінами (в середньому 50 грн/кг), можна отримати 
 65 
додатково 6 тон готової продукції, з відповідним валовим прибутком понад 50%, 
тоді як для виробництва такої ж кількості натурального масла необхідно закупити 
і доставити на завод 135 тон молока. 
Таким чином, система ціноутворення на молочну продукцію потребує 
ретельного управління, а за умови державного регулювання - вдосконалення 
організаційно-економічних механізмів ціноутворення на молочну продукцію з 
метою захисту інтересів сільськогосподарських товаровиробників та споживачів. 
Ми пропонуємо зосередитися на наступних питаннях 
- Контроль за обсягами закупівлі сирого молока переробними 
підприємствами та пов'язаного з цим обсягу кінцевої молочної продукції. 
Підвищення відповідальності переробних підприємств за якість продукції, 
особливо тих, що використовують різноманітні білкові добавки, наповнювачі, 
барвники, ароматизатори тощо; 
- Забезпечити ціновий паритет між сільськогосподарською та 
промисловою продукцією та запобігти викривленню реальної вартості, що 
створюється окремими ланками технологічного ланцюга; 
- зобов'язати підприємців, які орендують землю для вирощування 
зернових, утримувати певне поголів'я худоби. Розрахунки показують, що на кожні 
100 га сільськогосподарських угідь має припадати 50 голів худоби. За такої 
щільності господарство може спеціалізуватися на органічному землеробстві та 
рослинництві без шкоди для тваринництва.5 
 
5.3 Розділ охорони праці 
 
5.3.1 Аналіз умов праці, шкідливих та небезпечних факторів, які діють 
на дослідника, який працює в лабораторії 
Проектування системи керування карусельним однорядним автоматом 
проводиться в лабораторному приміщенні, що повинно відповідати санітарно-
гігієнічним нормам за розмірами, мікрокліматом, чистотою повітря, освітленням, 
кількістю робочих місць.  
 66 
Дослідницька лабораторія розташована на третьому поверсі 
п’ятиповерхового цегляного будинку. Приміщення лабораторії має прямокутну 
форму, що є найбільш доцільним з точки санітарно-гігієнічних норм на 
освітлення та природну вентиляцію. 
Розміри лабораторії: довжина 12 м, ширина 6 м, висота 3,5 м. Площа 
приміщення складає 72 м2, об’єм 252 м3. В лабораторії працює 6 робітників. Отже 
на кожну людину приходиться площа – 12 м2, а об’єму приміщення 42 м3, що 
відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Роботи, що проводяться у лабораторії, належать до 
категорії легких робіт Iа з енергозатратами до 172 Дж/с. Конструкція робочого 
місця забезпечує оптимальне положення працюючого відповідно ДСТУ 
8604:2015. Висота робочої поверхні при цьому дорівнює 735 мм. Конструкція 
регулюємого крісла працівника відповідає вимогам ДСТУ 7951:2015 та 
підбирається у відповідності зі зростом працівника. Лабораторія обладнана 
побутовими меблями. 
Згідно ДСН 3.3.6.042-99, окремо для двох періодів року, визначаємо 
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та швидкості 
руху повітря для категорії важкості роботи Іб. При цьому враховуємо, що верхня і 
нижня межа діапазону допустимої температури визначаються у залежності від 
того, постійне робоче місце чи непостійне. В нашому випадку – постійне. 
Для підтримки нормальної працездатності у приміщенні підтримується 
температура у зимовий час року 21-22 С, а у літній 22-24 С, відносна вологість 
повітря 40-60 %, швидкість руху повітря не більше 0,2 м/с, що відповідає ДСН 
3.3.6.042-99.  
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року: 
- оптимальне значення температури 21-23°С; 
- допустиме значення температури 21-25°С; 
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%; 
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с; 
- допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с. 
 67 
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року: 
- оптимальне значення температури 23-25°С; 
- допустиме значення температури 22-28°С; 
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%; 
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с; 
- допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с. 
У холодний час року система водяного опалення компенсує втрати тепла 
через будівельні конструкції, а також нагріває проникаюче у приміщення холодне 
повітря. Система опалення відповідає ДБН В.2.5.67-2013.  
Необхідний стан повітря забезпечується за допомогою природної 
вентиляції (зміна повітря проводиться через вікна, кватирки, двері) відповідно 
ДБН В.2.5.67-2013. Джерел подразнюючих чи токсичних, горючих чи 
вибухонебезпечних речовин у лабораторії немає. Повітря робочої зони відповідає 
вимогам ДСТУ-Н Б А.3.2-1:2007. 
Освітлення лабораторії виконується двома способами: природним – через 
бокові вікна чи штучним, за допомогою люмінесцентних ламп. Штучне 
освітлення призначене для освітлення робочих місць у темний час доби, чи при 
недостатньому природному освітленні. У відповідності з ДБН В.2.5-28-2018 
розряд зорової роботи працівника лабораторії – середньої точності. Найменший 
розмір об’єкту роздивляння 0,5-1 мм. Відповідно розряд та підрозряд зорової 
праці  – В. Норма штучного освітлення Ен = 300 лк. Нормоване природне 
освітлення (КПО) ен = 1,8 %. 
Нормативний рівень природного освітлення забезпечується крізь 5 
віконних отворів розміром 1,51,8 м. Нормативний рівень штучного освітлення 
підтримується за допомогою 15 світильників ЛПО-02 з люмінесцентними 
лампами ЛБ-65. 
Джерел підвищених рівнів шуму в лабораторії не існує. Рівні звукового 
тиску у лабораторії не перевищують допустимі згідно ДСН 3.3.6.037-99. Джерела 
вібрації, ультразвуку, інфразвуку у лабораторії відсутні.  
 68 
При проведенні робіт в лабораторії використовується різноманітна РЕА, 
що живиться від мережі напругою 220 В, 50 Гц. Приміщення лабораторії 
відноситься до категорії приміщень без підвищеної небезпеки ураження 
працівників електричним струмом. В лабораторії періодично проводиться 
перевірка справності електроустаткування. У ході роботи у лабораторії можуть 
утворюватися заряди статичної електрики, яка утворюється на поверхні 
діелектричних та напівпровідникових речовин, матеріалів виробів чи на 
ізольованих провідниках. Одним з основних засобів захисту від ураження 
електричним струмом чи зарядом статичної електрики повинна бути система 
захисного заземлення (згідно вимогам НАОП 1.4.32-2.94-78 «Заземлення. Загальні 
технічні вимоги. Конструкція і розміри елементів заземлення» та ДСТУ Б В.2.5-
82:2016). Електричні кабелі і дроти ізольовані. Розетки і вимикачі винесені на 
розподільчий щиток з автоматичними вимикачами.  
Джерел іонізуючих випромінювань у лабораторії немає.  
У відповідності з ДСТУ Б В.1.1-38:2016 лабораторія відноситься до 
категорії В – пожежонебезпечне, тому що в ній є тверді горючі речовини і 
матеріали (папір, дерево, пластик) здатні тільки горіти, але не вибухати. 
Пожежонебезпечні зони приміщення лабораторії відносяться до класу П-IІа згідно 
ДНАОП 0.00-1.32-01. Лабораторія обладнана системою пожежної сигналізації з 
автоматичними оповіщувачами типа ИП-105 в кількості 8 шт. відповідно ДБН 
В.2.5.56-2014. Для гасіння пожежі в лабораторії існує порошковий вогнегасник 
ВП-5у, який знаходиться у місці вільного доступу. В лабораторії біля виходу 
знаходиться план евакуації персоналу при пожежі. Час евакуації з будинку 
становить 1,25 хв. Ширина виходу з лабораторії на східцевий майданчик 
становить 1,8 м, відповідно ДБН В.1.1.7-2016. 
За результатами аналізу умов праці в приміщенні лабораторії, можливо 
зробити висновок, що для забезпечення безпеки працюючих від ураження 
електричним струмом необхідне розробити систему захисного заземлення. 
 
 
 69 
5.3.2 Розрахунок системи захисного заземлення 
Захисним заземленням називається навмисне електричне зєднання із 
землею металевих неструмопровідних частин, які можуть бути під напругою. 
Принцип дії захисного заземлення – зниження напруги між корпусом, який 
опинився під напругою, та землею до безпечного значення. Якщо корпус 
електрообладнання не заземлений і він опинився в контакті з фазою, то дотик до 
такого корпусу рівносильний дотику до фази. В цьому випадку струм, який 
проходить крізь людину може досягти небезпечних значень. 
Заземлювальним пристроєм називають сукупність конструктивно 
об'єднаних заземлювальних провідників та заземлювача. Заземлювач - це 
провідник або сукупність електрично з'єднаних провідників, які перебувають у 
контакті із землею, або її еквівалентом.  
Складові частини заземлювальних пристроїв (заземлювачі, заземлювальні 
провідники, головні заземлювальні шини) повинні бути вибрані і змонтовані так, 
щоб: 
- надійно і довго служити для виконання вимог до захисту від ураження 
електричним струмом; 
- протікання через них струмів, що зумовлені замиканнями на землю, та 
струмів витоку не створювали небезпеки (термічної, термомеханічної, 
електромеханічної, ураження електричним струмом); 
 - забезпечити виконання вимог до заземлювальних пристроїв 
функціонального і (або) блискавкозахисного заземлення, якщо використовується 
спільна система заземлення. У цьому випадку, насамперед, повинні бути виконані 
вимоги до захисного заземлення. 
Визначати характеристики заземлювального пристрою слід з урахуванням 
конкретних умов експлуатації (зокрема, параметрів ґрунту і сезонних змін 
питомого опору шарів землі через висихання та промерзання ґрунту, що властиві 
для найбільш несприятливих погодних умов місцевості, в якій розміщений даний 
заземлювальний пристрій). 
 70 
Якщо при виконанні заземлювального пристрою застосовуються 
провідники із різних матеріалів, треба враховувати можливість електролітичної 
корозії. 
При спорудженні заземлювального пристрою можуть бути використані: 
а) природні заземлювачі: 
- металеві і залізобетонні конструкції будинків та споруд, які 
знаходяться в контакті із землею, в тому числі залізобетонні фундаменти, які 
мають гідроізоляційні покриття, в неагресивних, слабоагресивних та 
середньоагресивних середовищах; 
- свинцеві оболонки прокладених у землі кабелів, а також інші довговічні 
металеві покриття кабелів, з яких забезпечено стікання струму замикання у 
землю; 
- інші провідні частини, які розміщені в землі і забезпечують виконання 
вимог, наприклад, обсадні труби артезіанських колодязів, свердловин, шурфів; 
б) штучні заземлювачі: 
- стержні, штаби, профіль, канати тощо; 
- металеві ґратчасті конструкції, що укладаються у фундамент будинків та 
споруд під час будівництва (фундаментні заземлювачі). 
Заземлювач може вважатись таким, що відповідає вимогам захисного 
заземлення, тільки в разі неможливості повного або часткового його демонтажу 
(навіть тимчасового) без відома персоналу, який експлуатує електроустановку. 
Залізобетонна конструкція, наприклад, фундамент будинку або споруди, 
може розглядатися як провідна частина, що придатна до виконання функцій 
заземлювача захисного заземлення, якщо виконуються такі умови: 
- принаймні близько 50% вертикальних і горизонтальних стержнів сталевої 
арматури з'єднані між собою зваркою або надійно зв'язані дротом; 
- вертикальні стержні сталевої арматури з'єднані між собою зваркою або 
надійно зв'язані дротом; 
- забезпечена електрична безперервність з'єднань сталевої арматури 
кожного блоку збірного залізобетону з арматурою суміжних блоків; 
 71 
- сталева арматура залізобетону не є попередньо напруженою. 
У разі використання залізобетонного фундаменту будинку або споруди як 
природного заземлювача рекомендується шляхом зварювання з'єднувати в єдину 
систему сталеву арматуру фундаменту і елементи суміжних будівельних 
конструкцій будинку (споруди), такі як сталеву арматуру залізобетонних колон та 
металеві колони. 
 Не можуть розглядатися як заземлювачі такі провідні частини: 
- труби опалення, гарячого і холодного водопостачання, каналізації; 
- алюмінієві оболонки і броня кабелів. 
Не допускається використовувати як заземлювачі труби горючих рідин і 
горючих або вибухонебезпечних газів та сумішей. 
Матеріал і розміри заземлювачів повинні забезпечувати стійкість 
заземлювачів до корозії і їх механічну міцність. 
Кількість заземлювачів, їх розміщення і габаритні показники повинні 
забезпечувати виконання вимог до опору заземлювального пристрою. 
Як штучні слід використовувати, як правило, заземлювачі із сталі (чорної, 
з цинковим чи мідним покриттям, нержавіючої) або міді. 
Розміри штучних заземлювачів повинні бути не меншими наведених у 
таблиці 5.1. 
Штучні заземлювачі слід застосовувати: 
-  у разі відсутності придатних для цілей заземлення природних 
заземлювачів; 
- як додаток до придатних для цілей заземлення природних 
заземлювачів, якщо останні не можуть забезпечити виконання вимоги до опору 
заземлювального пристрою, або для зниження до прийнятної величини густини 
струму, що протікає через них (наприклад, через арматуру залізобетонного 
фундаменту). 
У разі застосування штучних заземлювачів у місцях із великим питомим 
опором землі для забезпечення ефективності заземлювального пристрою можуть 
вживатися такі заходи: 
 72 
- занурення у землю вертикальних заземлювачів підвищеної довжини, 
якщо значення питомого опору нижніх шарів землі менше, ніж верхніх; 
- улаштування виносних заземлювачів, якщо поблизу електроустановки є 
місця із меншим питомим опором землі; 
- укладання у траншеї навколо горизонтальних заземлювачів, які 
розміщені у скельових структурах, вологого глинистого ґрунту з наступним 
трамбуванням і засипанням щебеню доверху траншеї; 
- застосування штучної обробки ґрунту з метою зниження його опору. 
Таблиця 5.1 - Мінімальні розміри штучних заземлювачів 
Характеристик Мінімальні розміри 
Матеріал 
а покриття Діаметр Товщина 
заземлю- Тип заземлювача Переріз, Товщи-
поверхні , покриття
вача мм2 на, мм 
заземлювача мм , мкм 
Круглий для 
16 - - - 
глибокого занурення 
Круглий для 
Сталь занурення поблизу 10 - - - 
Без покриття 
чорна від поверхні землі 
Прямокутна штаба - 100 4 - 
Профіль - 100 4 - 
Труба 32 - 3,5 - 
Круглий для 
16 - - 70 
глибокого занурення 
Гарячеоцинков
Круглий для 
Сталь з ане покриття та 
занурення поблизу 10 - - 50 
покриттям нержавіюча 
від поверхні землі 
і нержа- сталь без 
Прямокутна штаба - 90 3 70 
віюча покриття 
Профіль - 90 3 70 
сталь 
Труба 25 - 2 55 
Електролізне Круглий для 
14 - - 250 
мідне покриття глибокого занурення 
Круглий дріт для 
Мідь Без покриття - 25 - - 
занурення поблизу 
 73 
від поверхні землі 
Прямокутна штаба - 50 2 - 
Багатодрітний канат 1,8 25 - - 
Труба 20 - 2 - 
 
Траншеї для горизонтальних заземлювачів повинні заповнюватися 
однорідним ґрунтом, який не містить щебеню і будівельного сміття. 
По розташуванню заземлювачів відносно заземлених корпусів заземлення 
поділяють на виносне та контурне. 
Виносне заземлення.  Заземлювачі розташовують на деякому віддаленні 
від заземлює мого обладнання. Тому заземлені корпуса знаходяться зовні  поля 
розтікання струму на землі, і людина, яка доторкається до корпуса, попадає під 
повну напругу відносно землі. Виносне заземлення захищає тільки за рахунок 
малого опору заземлювача. 
Контурне заземлення. Заземлювачі розташовують по контуру навколо 
заземленого обладнання на невеликої відстані один від одного.  Поля розтікання 
заземлювачів накладаються, і будь-яка точка поверхні ґрунту всередині контуру 
має значний потенціал. Внаслідок цього різниця потенціалів між точками, що 
знаходяться всередині контуру, знижується. 
Опір захисного заземлення в електроустановках напругою до 1000 В і 
потужністю понад 100 кВА не повинен перевищувати 4 Ом. Ця норма обумовлена 
величиною напруги, яка виникає між корпусом заземленого устаткування та 
землею у випадку пробою ізоляції, при якій струм, що проходить через людину, 
якщо вона доторкається до устаткування, є безпечним. Такою напругою 
замикання Uз прийнято вважати напругу до 42 В. 
Відповідно до ДНАОП 0.00-1.32-01 Правила будови електроустановок 
захисне заземлення належить виконувати: при напрузі змінного струму 380 В і 
вище та 440 В і вище для постійного струму — у всіх електроустановках; при 
номінальних напругах змінного струму вище 42 В та постійного струму вище 110 
В - лише в електроустановках, що знаходяться в приміщеннях з підвищеною 
небезпекою, особливо небезпечних, а також у зовнішніх електроустановках; при 
 74 
будь-якій напрузі змінного та постійного струму - у вибухонебезпечних 
установках. 
Проведемо розрахунок системи захисного заземлення. Для визначення 
напруги дотику або кроку скористаємося наступними формулами: 
                          Uкр.гр  = Uдот.гр. = Іл.гр.Rл  = 0,075 · 1000 = 75 В                 (5.1) 
де  Uдот.гр. – гранична напруга дотику, В; 
      Uкр.гр.  – гранична напруга кроку, В; 
      Іл.гр. = 0,075 А – граничний струм, який протікає через людину при 
тривалості дії 0,3 сек; 
      Rл = 1000 Ом – опір людини, Ом. 
Як розрахунковий опір заземлювача в однорідному ґрунті Rз (по методу 
коефіцієнта використовування електродів) по напрузі дотику і кроку вибирають 
менше значення, одержане при розрахунку по формулах: 
               Rз1 = Uдот.гр. / (Iз  α1  α2) = 75 / (120  1 0,87) = 0,72 Ом ;           (5.2) 
Rз1 = Uкр.гр. / (Iз  β1  β2) = 75 / (120  0,6  0,625) = 1,67 Ом  
де Iз = 120 А – розрахунковий струм замикання на землю; 
 α1, α2 – коефіцієнти напруги дотику; 
 β1, β2 - коефіцієнти напруги кроку. 
 75 
 
Рисунок 5.1 – Конструктивне виконання системи захисного заземлення 
 
Значення α1, β1 вибираються виходячи з типу заземлювача. Задаємося як 
тип заземлювача – груповий вертикальний. Стрижньові електроди, розташовані в 
ряд і сполучені смугою. Тоді α1=1, β1=0,6. 
Коефіцієнти α2, β2 визначаються з рівнянь: 
 76 
                   α2 = Rл / (Rл + 1,5  ρр) = 1000/(1000 + 1,5 · 100) = 0,87            (5.3) 
β2 = Rл / (Rл + 6  ρр) = 1000 / (1000 + 6 · 100) = 0,625 
де ρр = 100 Ом·м – розрахунковий питомий опір підстави (суглинок), на 
якій стоїть людина. 
З розрахованих двох значень Rз вибираємо якнайменше - Rз = 0,72 Ом. 
Оскільки електроустановки  мають ізольовану нейтраль, то доцільно 
встановити виносні заземлювачі. Виносні заземлювачі складаються з 
вертикальних електродів, сполучені горизонтальними електродами. Оскільки 
будівля окремо стоячі то вони будуть розташовані на відстані близько 1 м від 
стіни будівлі. В результаті укладається горизонтальний електрод з вертикальними 
електродами. Корпуси заземлюємого устаткування приєднуватимуться до 
магістралей заземлення, прокладеної усередині будівлі, і приєднаної до 
заземлювача за допомогою заземлюючих пристроїв не менше ніж в двох місцях. 
Для розрахунку заземлювача скористаємося методом коефіцієнта 
використовування електродів. 
Визначаємо розрахунковий питомий опір землі, в якому будуть розміщені 
електроди заземлювача з урахуванням кліматичного коефіцієнта: 
                                ρ = ρр. · ψ = 100 · 1,5 = 150 Ом · м                                (5.4) 
де ψ = 1,5 – розрахунковий кліматичний коефіцієнт землі.  
З врахуванням опору природних заземлювачів Rпр = 15 Ом, розрахунковий  
опір штучного заземлювача Rз буде дорівнювати: 
R  R
з1 пр 0,72 15
R    0,76
з
R  R 15  0,72
                               пр з1  Ом                            (5.5) 
Як тип вертикального електроду вибираємо стрижневий електрод круглого 
перетину в землі. 
Визначаємо опір розтіканню струму одного заземлювача по формулі: 
  2  l 1 4  t  l  150  2  4 1 4  2,6  4 
R    ln   ln     ln   ln  39,5Ом
в 
2· ·l  d 2 4  t  l  2·3,14·4  0,016 2 4  2,6  4    (5.6) 
де d = 0,016 м – діаметр електроду; 
 77 
      l = 4 м – довжина електроду в землі; 
      t = t0 + l/2 = 0,6 + 4/2 = 2,6 м 
Визначимо необхідну кількість вертикальних електродів по формулі: 
                         n = Rв / (Rз.· ηв.) = 39,5 / (0,76 · 0,72) = 72,18 шт ;               (5.7) 
де ηв = 0,72 – коефіцієнт використовування вертикальних електродів. 
Приймаємо найближче найбільше ціле значення n = 73 шт. 
Довжина горизонтального електроду, який використовується для зв'язку 
вертикальних електродів по контуру – L, м; визначимо по формулі: 
                          L = 1,05 · a · (n - 1) = 1,05 · 3 · (73 - 1) = 226,8 м              (5.8) 
де а = 3 м – відстань між вертикальними електродами; 
     n = 73 шт – кількість вертикальних електродів. 
Опір розтікання струму горизонтального електроду – Rг. визначаємо по 
формулі: 
  2·L  150  2·226 ,8 
R  ln    ln
г.    2,02Ом
 ·L  b  3,14·226 ,8 0,03
               ,              (5.9) 
Еквівалентний опір протіканню струму штучного заземлювача 
визначається по формулі: 
R ·R 39,5·2,02
R  в г   0,58Ом
шт
R ·  n  R · 39,5·0,8  73  2,02·0,72
в г. г в. ,           (5.10) 
де ηг = 0,8 - коефіцієнт використання горизонтального електроду. 
Нерівність Rшт < Rз  повністю виконується - 0,58 Ом < 0,76 Ом.  
Розрахунок проведено правильно. Система захисного заземлення надійно 
захистить працюючих  в лабораторії від ураження електричним струмом. 
 
 78 
Висновок 
 
В даній кваліфікаційній роботі бакалавра розроблено два основні вузли 
системи для фасування молочних продуктів – блок дозатора для рідких продуктів 
та блок дозатора для пастоподібних продуктів. 
Проведено обґрунтування необхідності проектування на основі огляду 
літературних джерел по приладам обліку тари і фасованої продукції, приладам і 
пристроям контролю якості тари і упаковок фасованої продукції. 
На основі критичного аналізу аналогів вимірювачів об’єму розроблена і 
розрахована електрична принципова схема рівнеміра. Розраховані дозуючий 
циліндр, привідний пневмоциліндр дозуючого циліндра, відсікача продукту та 
золотника. Проведений розрахунок та оцінена надійність та точність роботи 
рівнеміра. 
Проведений розрахунок і обґрунтовування основних економічних 
показників виробництва розробленого рівнеміра в порівнянні з імпортними 
аналогами. 
Слід зазначити, що всі розроблені електричні схеми засновані на 
вітчизняній елементній базі, що значно спрощує і здешевлює ремонт цих 
пристроїв. 
В даній роботі спроектована системи захисного заземлення для 
виробничого приміщення, в якому експлуатується система для фасування 
молочних продуктів.  
 79 
Список використаної літератури 
 
1.  Гавва О. М. Пакувальне обладнання. В 3 кн. 1 кн. Обладнання для 
пакування продукції в споживчу тару / О. М. Гавва, А. П. Безпалько, А. І. Волчко ; 
за ред. О. М. Гавви. – Київ : ІАЦ «Упаковка», 2008. – 436 с. 
2.  Сирохман І. В. Товарознавство пакувальних товарів і тари : підручник / 
І. В. Сирохман, В. М. Завгородня. – К. : Центр учбової літератури, 2009. – 616с. 
3.  Пакувальне обладнання : підруч. / О. М. Гавва [та ін.]. – К. : ІАЦ 
«Упаковка», 2010. – 744 с. 
4.  Гавва О. М. Пакувальне обладнання. Обладнання для пакування 
продукції у споживчу і транспортну тару / О. М. Гавва, А. П. Безпалько, А. І. 
Волчко. – К. : ІАЦ «Упаковка», 2005. – 304 с. 8 
5.  Гавва О. М. Пакувальне обладнання. Обладнання для групового 
пакування / О. М. Гавва, А. П. Безпалько, А. І. Волчко. – К. : ІАЦ «Упаковка», 
2007. – 136 с.  
6.  Гавва О. М. Пакувальне обладнання. Обладнання для обробки 
транспортних пакетів / О. М. Гавва, А. П. Безпалько, А. І. Волчко. – К. : ІАЦ 
«Упаковка», 2006. – 96 с.  
7.  Павлище В.Т. Прикладна механіка: навч.посіб. /В.Т. Павлище, Є.В. 
Харченко, А.Ф.Барвінський Ю.Г Горшнев – Львів “Інтелект –захід” 2004. - 368с  
8.  Гавва О.М , Кривопляс-Володіна Л.О., Токарчук С.В та інш. 
Фукціонально – модульне компанування пакувальних машин : монографія. – Київ 
: Сталь, 2015. – 547с. 
9.  Конспект лекцій навчальної дисципліни «Машини, обладнання та їх 
використання при переробці с.-г. продукції» для здобувачів вищої освіти 
спеціальності 208 - Агроінженерія. - Умань: Уманський НУС, 2019. - 178 с. 
10. Обладнання харчових та переробних виробництв: традиції та інновації. 
Вітчизняний та світовий досвід [Електронний ресурс] : наук.-допом. бібліогр. 
покажч. / [упоряд. О. В. Олабоді] ; Нац. ун-т харч. технол., Наук.- техн. б-ка. – 
Київ, 2020. – 247 с. 
 80 
11. Бухкало С. І. Загальна технологія харчової промисловості у прикладах і 
задачах (приклади та тести). 2-ге вид. доп.: ч. 2, [текст] підручник. / С. І. Бухкало 
– К.: Центр навчальної літератури, 2018. – 108 с. 
12. Філімонова І.А. Процеси та апарати харчових виробництв: Навч.-
мет.посібник для самостійної роботи студентів / І.А.Філімонова // – Умань: 
видавничо-поліграфічний центр «Візаві», 2014. – 105 с. 
13. Механізація переробки і зберігання сільськогосподарської продукції: 
Навч.посібник    / О.В. Якубовський,  Р. Я. Натуркач, М.Л. Гордецька. - К.: 
Аграрна освіта, 2008. -   с. 133…160. 
14. Конспект лекій «Загальні технології харчових виробництв» для 
студентів спеціальності 181 «Харчові технології» / Трач Л.О.– Гусятин: ГК ТНТУ, 
2017. – с.291. 
15. Молочна промисловість : традиції та інновації. Вітчизняний та світовий 
досвід [Електронний ресурс] : наук.-допом. бібліогр. покажч. / [упоряд. : О. В. 
Олабоді] ; Нац. ун-т харч. технол., Наук.-техн. б-ка. – Київ, 2018. – 240 с. 
16. Колосов, О. Є. Технологія пакувального виробництва : навчальний 
посібник / О. Є. Колосов ; Національний технічний університет України 
Київський політехнічний інститут. – Київ : НТУУ КПІ, 2015. – 247 с. 
17. Фізико-хімічні властивості пакувальних матеріалів : навчальний 
посібник / В. С. Костюк, А. І. Соколенко, К. В. Васильківський, В. А. Піддубний. 
– Київ : Кондор, 2012. – 400 с. 
18. Технологія переробки молока : навчальний посібник / Шаблій Любов 
Матвіївна, Національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова. – 
Київ : Видавничий дім «Кондор», 2019. – 308 с. 
19. Машкін М. І., Париш Н. М. Технологія молока і молочних продуктів: 
Навчальне видання. — К.: Вища освіта, 2006. — 351 с. 
 81