ChSTU repository

 
 
ЗМІСТ 
                                                                                                         
стор. 
Вступ……………………………………..……………………………... 5 
1. Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного 
аналізу літературних джерел………………………………………............... 7 
1.1. Загальні відомості про автоматизацію зварювального  
процесу ………………………………………………………………………. 9 
1.2. Способи підвищення продуктивності та енергозбереження 
при зварювальному процесі …………….………………….………….…….11 
1.3. Визначення актуальності розробки системи автоматичного 
керування зварювальним роботом-маніпулятором ……………………..… 14 
2. Аналіз технічного завдання ………….………………………….…. 15 
3. Розробка структурної схеми системи автоматичного керування  
зварювальним роботом-маніпулятором …………………………………… 17 
4. Розробка електричної принципової схеми системи  
автоматичного керування зварювальним роботом-маніпулятором ………19 
5. Розрахунок основних елементів пристрою …………………………24 
5.1. Розрахунок силового трансформатора зварювального  
маніпулятора …………………………………………………..…………….. 24 
5.2. Розрахунок погоджуваючого підсилювача ………………….…27 
6. Розрахунок точності та надійності ...………………………………. 33 
7. Технологічний розділ…………………………………………………36 
7.1. Технологія виготовлення друкованих плат ……………………36 
7.2. Автоматизація виготовлення друкованих плат ……………… 40 
РС83.022.421.001  ЗП 
Змн Лист № докум. Підпис Дата  
 Розроб Снєт Д.В. Літ. Арк. Аркушів

Перевір Бондаренко Ю.Ю. 3 90 
 Т. контр. Бондаренко Ю.Ю. Пояснювальна
 Н. Контр. Тичков В.В. записка ЧДТУ, РС-83
 Затв. 
 
7.3. Технологія монтажу SMD елементів …………..……………… 42 
7.4. Особливості контролю та ремонту виробів з поверхневим  
монтажем ……………………………………………………………………. 44 
8. Економічний розділ…………………………………….……………..46 
8.1. Організація робіт з розробки системи системи   
автоматичного керування зварювальним роботом-маніпулятором …….. 46 
8.2. Визначення вартості системи автоматичного керування ….… 48 
8.3. Нормування праці …………………………………..……………50 
8.4. Розрахунок допоміжних витрат .……………………….……….52 
8.5. Розрахунок собівартості виготовлення системи керування … 54 
9. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях………………57 
9.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в  
лабораторії під час розробки системи автоматичного керування ………...57 
9.2. Вимоги безпеки під час виконання зварювальних робіт ……. 62 
Висновки ……………………………………….……………..…………72 
Список використаних джерел ………………………………...………. 74 
Додатки …………………………………………………………………. 77 
Додаток А. Перелік нормативної документації ……………………… 78 
Додаток Б. Відомість технічного проекту …………………………….80 
Додаток В. Специфікації, переліки елементів до креслень та схем .. 84 
Додаток Г. Комплект документів на технологічний процес  
складання друкованої плати …………………..……………………..…….. 85 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
4 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Вступ 
 
У сучасному виробництві відбуваються значні зміни, що відбивають 
революційні досягнення в області електроніки, механіки, інформатики. 
Серійне виробництво автоматичних маніпуляторів – промислових роботів – 
звільняє людину від ручного низькокваліфікованої і монотонної праці, і в 
першу чергу в умовах, шкідливих для здоров'я людини. 
Важливу роль для перекладу виробництва на новий ступінь розвитку 
виконує популяризація сучасних концепцій побудови майбутніх виробничих 
систем, що базуються на перспективних досягненнях науки і техніки. 
Розвиток засобів автоматизації, що використовують новітні досягнення 
інформатики і обчислювальної техніки, автоматики і технічної кібернетики, 
дозволяє не лише здійснити якісний стрибок в створенні перспективних 
технологій, але і перейти на більш високий рівень виробничих стосунків в 
народному господарстві. 
Тенденції розвитку робототехники, як одного з основних засобів 
гнучкого автоматизованого і автоматичного виробництва, нині такі, що 
переважний розвиток повинні отримати промислові зварювальні роботи-
маніпулятори [1]. 
Особливо слід акцентувати увагу на те, що найбільші автомобільні 
компанії промислово розвинених країн "Форд", "Дженерал моторс", 
"Фольксваген", "Ниссан", "Фиат", "Рено" вже підійшли до завершення етапу 
повної роботизації зварювальних виробництв на своїх автоскладальних 
заводах. 
Тому розробка системи автоматичного керування зварювальним 
роботом-маніпулятором є задачею актуальною та необхідною. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
5 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
1. Обґрунтування необхідності проектування  
на основі критичного аналізу літературних джерел 
 
В результаті підготовки до патентного пошуку аналогів з 
досліджуваної тематики було визначено, що патентний пошук слід 
здійснювати за МКВ B 23 K 11/24 (25), G 05 B 13/02 [2], де: 
Розділ B – Різні технологічні процеси; транспортування 
B23 Металорізальні верстати; способи та пристрої для обробки 
металів, які не віднесені до інших класів  
B23K Пайка або розпаювання; зварювання; плакування чи нанесення 
покриттів пайкою або зварюванням; різання шляхом місцевого нагріву, 
наприклад газополум‘яне різання; обробка металу лазерним променем 
B23K 11 Зварювання за допомогою електрики 
B23K 11/00  Контактне зварювання (зварювання опором); розділення 
шляхом контактного нагріву (електричним струмом) 
B23K 11/24 електричні схеми живлення чи управління   
B23K 11/25 керуючі пристрої 
Розділ G – Фізика 
G05 Керування; регулювання 
G05B  Регулювання та управляючі системи загального призначення; 
функціональні елементи таких систем; пристрої для контролю або 
дослідження таких систем чи елементів (пневматичні та гідравлічні приводи 
чи системи, які діють з допомогою пневмогідравлічних засобів F15B; вентилі 
F16K; механічні елементи конструкції  G05G; чутливі елементи (датчики); 
пристрої для коректування H02K) 
 G05B 13/00  Самоналагоджувані системи управління, тобто системи, які 
автоматично обирають оптимальний режим роботи для досягнення заданого 
критерію 
G05B 13/02 електричні 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
6 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Вивчення літературних джерел слід виконувати за УДК [3], зокрема 
досліджувана тематика відноситься до 621.79.03; 681.513.1, де: 
6 Прикладні науки 
62 Інженерна справа. Техніка в цілому 
Загальне машинобудування. Ядерна техніка. Електротехніка. 
621 
Технологія машинобудування в цілому 
Обробка тиском. Пластичне формоутворення. Формозмінні 
операції (без зняття стружки). Відділка в цілому. З‘єднання 
621.7 
матеріалів. Процеси (технологія), інструменти, машини та 
обладнання  
З‘єднання матеріалів зварюванням, пайкою та склеюванням. 
621.79 Обробка та відділка поверхонь. Зберігання та складування. 
Пакування та пакувальні засоби  
621.79.03 Обладнання для зварювання та пайки 
 
6 Прикладні науки 
Різні галузі промисловості та ремесла, які виробляють кінцеву 
68 
продукцію. Точна механіка. Легка промисловість  
681 Точна механіка 
Автоматика. Теорія, методи розрахунку та апаратура систем 
681.5 автоматичного управління та регулювання. Технічна 
кібернетика. Техніка автоматизації 
Системи автоматичного управління (САУ). Кібернетичнім 
681.51 
характеристики систем. Системи за принципом дії 
681.513 Системи з детермінованими вхідними діями 
681.513.1 Системи автоматичної стабілізації 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
7 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
В результаті здійсненого пошуку та аналізу інформаційних джерел 
особливий інтерес викликали прилади, про які мова йтиме далі. 
По-перше розглянемо загальні відомості про автоматизацію 
зварювального процесу та способи підвищення продуктивності та 
енергозбереження при зварювальному процесі. 
 
1.1. Загальні відомості про автоматизацію зварювального процесу 
Для дугової зварки плавким електродом розрізняють автоматичну і 
напівавтоматичну зварку. Межа між ними досить невизначена. Власне те, що 
досягнуте до теперішнього часу, зазвичай не виходить за межі часткової 
механізації процесу зварки, що включає дві основні операції; подачу 
електроду в дугу у міру його плавлення і переміщення дуги по лінії зварки. 
Якщо механізовано обидві операції, процес вважають автоматичним, якщо ж 
тільки одна подача електроду, то напівавтоматичним. Автоматична зварка не 
завжди здійснена і доцільна. Вона вигідна в масовому і серійному 
виробництві виробів з достатньо довгими прямолінійними і круговими 
швами. Величезна кількість зварних виробів не задовольняє цим вимогам, і 
великий об'єм робіт виконується ручною зваркою [4]. 
Напівавтоматична дугова зварка [4]. З давніх пір разом з автоматами 
створювалися спрощені пристосування, що в тому або іншому ступені 
зменшували об'єм ручної роботи. У зв'язку з цим отримала великий розвиток 
шлангова напівавтоматична зварка. Автоматичний механізм шлангового 
напівавтомата, аналогічний звичайним дуговим автоматам з електричним 
приводом, проштовхує електродний дріт з бухти в зону дуги через гнучкий 
шланг і утримувач-наконечник. Довжина гнучкого шланга може бути до 5 м. 
Зварювач, тримаючи наконечник, уручну переміщає його уздовж шва. 
Спочатку шлангові напівавтомати призначалися для зварки відкритою 
дугою голим електродним дротом діаметром 4-5 мм.  
Робота велася на малих зварювальних струмах [4]. Унаслідок значного 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
8 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
діаметру дроту шланг був важким, недостатньо гнучким, незручним в роботі. 
Малі струми не дозволяли значно підвищити продуктивність зварки в 
порівнянні з ручною зваркою, тому шлангові напівавтомати, хоч і були 
відомі, не знаходили застосування. 
Створенню практично придатного шлангового напівавтомата сприяв 
перехід до способу зварки під флюсом електродним дротом малих діаметрів, 
що не перевищують 2-2,5 мм. Застосування флюсу дозволило збільшити 
зварювальний струм, що поліпшило стійкість дуги і різко підвищило 
продуктивність зварки. Із зменшенням діаметру дроту знизилася вага шланга 
і збільшилася його гнучкість. Схема установки для шлангової 
напівавтоматичної зварки типа ПШ-5, розробленої в Інституті 
електрозварювання ім. Е.О.Патона [4], показана на рисунку 1.1. 
 
Рисунок 1.1 – Схема установки для напівавтоматичної дугової зварки ПШ-5 
 
Електродний дріт діаметром 1,6-2 мм, змотана в бухту, що знаходиться 
в коробці або касеті 1, проштовхується подаючим механізмом 2 через 
гнучкий шланг 3 в утримувач 4, що знаходиться в руці зварювача. 
Зварювальний струм підводиться до утримувача через гнучкий шланг від 
зварювального трансформатора 5 з дросельною котушкою. Включаюча 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
9 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
апаратура і прилади електровимірювань змонтовані в апаратному ящику 6.  
Подаючий механізм працює за принципом постійної швидкості подачі 
електродного дроту [4]. 
Подача проводиться асинхронним електродвигуном змінного 
трифазного струму потужністю 0,1 кВт через черв'ячну і дві циліндрові пари 
зубчатих коліс. Швидкість подачі дроту змінюється перестановкою зубчатих 
коліс в межах 80-600 м/год. Через гнучкий шланг зварювальний струм 
підводиться до утримувача і електродний дріт подається в зону дуги. 
Для пропуску електродного дроту усередині спеціального гнучкого шланга 
знаходиться гнучка сталева дротяна спіраль, відокремлена від токоведущей 
частини шланга шаром ізоляції. Поверх спіралі розташовані гнучкі мідні 
дроти, по яких поступає зварювальний струм. У дроти закладено два 
ізольованих провідники для ланцюга управління. Струмоведуча частина 
захищена бавовняною оплеткою і міцною гумовою ізоляцією 6. Нормальна 
довжина шланга 3,5 м. Шланг закінчується утримувачем-наконечником. На 
утримувачі змонтована воронка-бункер для флюсу і кнопка для включення 
механізму напівавтомата і зварювального струму. Електродний дріт, 
пройшовши гнучкий шланг, поступає в наконечник і прямує в зону дуги [4]. 
Зварювальний струм по провідниках гнучкого шланга поступає в 
утримувач і по кінцю електродного дроту, що треться об метал мундштука, 
прямує в зону дуги. Універсальний утримувач ДШ-5 до шлангового 
напівавтомата (рисунок 1.2) складається з ізольованого від інших частин 
криволінійного трубчастого мундштука 1, воронки для флюсу 2 із заслінкою 
3 і ручки 4, усередині якої змонтовані пускова кнопка і приєднання шланга 
до утримувача. Опорна милиця 5 або спеціальна насадка фіксують відстань 
між мундштуком і виробом і дозволяють копіювати конфігурацію шва [4].  
Існує цілий набір спеціальних утримувачів до напівавтомата для зварки 
в труднодоступних місцях, обварювання труб і фланців і іншого. Флюс для 
зварки засипається уручну у воронку утримувача [4]. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
10 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 1.2 - Універсальний утримувач ДШ-5 до шлангового напівавтомата 
 
Зварка напівавтоматом нормально проводиться на змінному струмі, але 
іноді і на постійному струмі, наприклад при роботі в польових умовах, при 
зварці тонкого металу тощо. Напівавтомат розрахований на дріт діаметром 2 
мм, струм 200-650 А і швидкість зварки (переміщення дуги по шву) 15-40 
м/год. Може застосовуватися дріт діаметром 1,6 мм при струмі 150-450 А і 
дріт діаметром 1,2 мм при струмі 100-170 А. Не дивлячись на порівняно малі 
зварювальні струми, при шланговій напівавтоматичній зварці виходить 
глибоке розплавлення основного металу (до 10-12 мм), що забезпечує 
можливість зварки металу не тільки малої, але і великої товщини. Значна 
глибина розплавлення пояснюється великою щільністю струму [4]. 
Шлангові напівавтомати часто виявляються вигіднішими за 
автоматичну і ручну зварку. Вони придатні для зварки металу товщиною від 
2-3 мм до найбільшої товщини, що зустрічається на практиці, для зварки всіх 
видів стикових швів - одно- і двосторонніх, з скосом і без скосу кромок, 
кутових швів в тавровому і нахлесточному з'єднаннях, а також і прорізних 
швів. Шланговими напівавтоматами можна виконувати не тільки суцільні, 
але і переривисті шви; вони успішно застосовуються як в заводських, так і в 
польових умовах на відкритому повітрі, наприклад при зварці стиків 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
11 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
трубопроводів, при споруді будівельних металоконструкцій, каркасів 
висотних будівель і т.д [4]. 
Відмінність між автоматами і шланговими напівавтоматами досить 
умовна. Встановивши нерухомо утримувач напівавтомата і переміщаючи під 
ним виріб прямолінійно або обертаючи його, отримують дуговий автомат. 
Існують шлангові автомати; у них дріт з шланга поступає не в ручний 
утримувач, а в компактну самохідну зварювальну головку, що переміщається 
по лінії зварки. 
Автоматична дугова зварка [5]. Для здійснення процесу зварки 
недостатньо одного автомата, потрібний ще ряд додаткових пристроїв, 
створюючих разом з одним або декількома дуговими автоматами 
комплектую установку для автоматичної дугової зварки. Ці пристрої і 
механізми можуть бути вельми різноманітні, залежно від конфігурації і 
розмірів виробу, характеру виробництва і т.д.  
В першу чергу слід зазначити механізми переміщення дуги уздовж 
шва, потім механізми регулювання і настановних переміщень автомата і 
виробу. Часто істотне значення мають транспортні пристосування для 
укладання, повернення і переміщення виробів. Крім того, необхідні 
електричні вимірювальні і регулювальні прилади, підведення електричного 
струму, апаратура флюсу і різні спеціальні пристрої. Необхідне джерело 
струму, що живить автоматичну установку з апаратурою і відноситься до 
нього; найчастіше це - однофазний зварювальний трансформатор [5]. 
Установки для автоматичної дугової зварки можуть бути класифіковані 
за різними ознаками, в першу чергу за формою зварюваних швів, які можуть 
бути прямолінійними, кругами і криволінійними. Далі можна відрізняти 
універсальні установки, придатні без переробки для зварки різних виробів 
або різних форм швів, і спеціалізовані установки, призначені для менш 
широкого круга виробів або тільки для однієї форми зварних швів. Високим 
ступенем універсальності зазвичай володіють установки із зварювальними 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
12 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
тракторами. Установки можуть бути стаціонарними, до яких підводяться 
вироби, що підлягають зварці, і пересувними або переносними, які підводять 
до нерухомого виробу, що зручно і єдино можливо для громіздких виробів 
(корпусів судів). Особливо високою портативністю відрізняються 
зварювальні трактори [5]. 
Переміщення дуги може здійснюватися рухом як автомата, так і 
виробу, особливо при зварці кругових швів. 
У автоматичних зварювальних установках важливу роль грають 
пристрої для переміщення і повороту виробу з метою постановки швів в 
найбільш зручне для зварки положення, особливо для кутових швів "в 
човник", або ж для обертання виробу із заданою рівномірною швидкістю при 
зварці кругових швів [5]. 
Дугові автомати зазвичай живляться зварювальним струмом від 
зварювальних трансформаторів. При невеликому зварювальному струмі 
достатні стандартні зварювальні трансформатори, зазвичай вживані для 
ручної дугової зварки. Для значніших струмів, потрібних зазвичай при зварці 
під флюсом, застосовують потужні зварювальні трансформатори, на 1000 і 
2000 A. За відсутності потужних трансформаторів можна застосувати 
паралельне з'єднання декількох менш потужних трансформаторів. При 
автоматичній дуговій зварці струми зазвичай настільки великі, що 
характеристика дуги стає такою, що зростає, тобто її напруга підвищується із 
збільшенням сили струму. Це обставина і особливості саморегулювання дуги 
при постійній швидкості подачі електроду роблять можливим живлення дуги 
від джерел струму з жорсткими або зростаючими характеристиками [5]. 
Автомати з постійною швидкістю подачі електроду. При достатніх 
швидкостях плавлення електродного дроту можлива задовільна робота 
дугового автомата при постійній швидкості подачі електродного дроту без 
застосування яких-небудь автоматичних механізмів для регулювання 
процесу зварки. Оригінальна ідея використання подібного автомата, що 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
13 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
вимагає мінімального відходу і обслуговування, належить Інституту 
електрозварювання ім. Е.О. Патона; інститут розробив цілу серію автоматів 
для зварки під флюсом струмом до 3000 А [5]. 
Конструкції автоматів відрізняються простотою: трифазний 
асинхронний електродвигун з постійним числом оборотів через коробку 
передач приводить в обертання ролик, що подає електродний дріт. 
Швидкість подачі дроту змінюється зміною передавальних зубчатих коліс. 
Таким же чином регулюється швидкість переміщення по шву у самохідних 
автоматів і зварювальних тракторів [5]. 
Автомати забезпечені додатковими пристроями: для правки 
електродного дроту, повороту, нахилу і точної установки автомата над швом, 
покажчиками і копірами, що коректують положення кінця електроду щодо 
осі шва. Автомати з постійною швидкістю подають дріт весь час у напрямі до 
виробу, запалення дуги проводиться короткочасним пуском електродвигуна 
автомата у зворотний бік. Після запалення дуги електродвигун автомата 
перемикається на подачу електродного дроту до виробу і унаслідок 
саморегулювання зварювальної дуги швидко встановлюється нормальна 
робота автомата. В кінці зварного шва вимикається механізм переміщення 
дуги і автомат, що подає електродний дріт; зварювальний струм не 
вимикається, і дуга продовжує горіти до природного обриву унаслідок її 
подовження. Таким чином заварюється кінцевий кратер [5]. 
Управляють автоматом зазвичай через встановлений в зручному місці 
кнопковий пульт управління з кнопками "Пуск", "Стоп", "Вгору", "Вниз". 
Автомати з постійною швидкістю подачі електроду найбільш поширені 
унаслідок простоти пристрою і надійності в роботі. Розглянемо для прикладу 
універсальний дуговий автомат АБС, вживаний на багатьох заводах. Автомат 
складається з трьох комплектів. Комплект А - підвісна зварювальна головка, 
або власне автомат, подає електродний дріт і запалює дугу, він включає 
асинхронний трифазний приводний електродвигун (0,1 кВт, 1450 об/хв), 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
14 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
редуктор, провідні і правильні ролики, струмопідводячий мундштук. На 
автоматі змонтований і кнопковий пульт управління. Комплект Б включає 
підйомний механізм, що дозволяє переміщати автомат по висоті, 
флюсоапарат, подаючий і відводячий флюс, з бункером для флюсу і котушку 
(барабан) для електродного дроту. Комплект С - самохідний візок 
велосипедного типу з окремим приводним електродвигуном для 
переміщення автомата по рейковому шляху з двох швелерів, лежачих в одній 
вертикальній площині [6]. 
Здвоєний пульт управління складається з трьохкнопкового пульта 
управління і двохкнопкового пульта пересування візка. Автомат нормально 
працює з постійною швидкістю подачі візка. Регулювання швидкості подачі і 
переміщення візка проводиться зміною шестерень. Автомат працює дротом 
діаметром 2-6 мм при постійному або змінному струмі до 1500 А [6]. 
Автомат може мати різносторонні застосування. Один комплект А є 
простою підвісною автоматичною зварювальною головкою. Комплект АБ 
утворює головку, укомплектовану флюсоапаратом і механізмом підйому, що 
спрощує настройку автомата при зварці. Комплект АБС - це самохідний 
автомат з переміщенням його по рейковому шляху. Вага автомата без дроту і 
флюсу 160 кг [6]. 
Зварювальні трактори конструкції Інституту електрозварювання ім. 
Є.О.Патона мають загальний електродвигун, що приводить в рух одночасно 
як ролики, що подають проволікай, так і бігунки самохідного механізму, що 
переміщають трактор. Завдяки наявності лише одного електродвигуна, вдалій 
конструкції і використанню легких сплавів вага тракторів понижена і їх 
габаритні розміри значно зменшені [7]. 
Зварювальний трактор ТС-17-М, розрахований на зварювальний струм 
до 1200 A, - один з найбільш поширених дугових автоматів в промисловості, 
він є універсальний, має різноманітні області застосування, які 
розширюються можливістю приєднання спеціальних вузлів [7]. Трактор ТС-
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
15 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
17 може працювати на постійному і змінному струмі, дротом діаметром 1,6-5 
мм, на зварці стикових і кутових швів, похилим електродом, і в положенні "в 
човник" при швидкостях зварки 16-126 м/год. 
Автомат працює при постійній швидкості подачі, що встановлюється, 
як і швидкості переміщення, зміною шестерень. Трактор має один загальний 
електродвигун, що приводить механізми подачі проволікай і переміщення 
трактора по шву. Вага трактора (без дроту і флюсу) 42 кг Він може 
пересуватися безпосередньо по поверхні виробу і по легкому направляючому 
шляху, по копіру, рухомому по обробленню шва, і від руки. Зварювальний 
трактор конструкції ЦНТІТМАШ УТ-1250-3 універсальний, працює 
електродним дротом діаметром 1,6-6 мм, переважно на змінному струмі до 
1250 А при швидкості зварки 10-80 м/год [7]. Трактор має два приводні 
електродвигуни, що допускають плавне і точне регулювання числа оборотів. 
Автомат працює з постійною швидкістю подачі дроту, регулювати яку можна 
плавно під час роботи автомата, не перериваючи зварки. Вага трактора без 
флюсу і дроту 50 кг. 
Дугові автомати використовують не тільки для зварки під флюсом, але 
і для зварки відкритою дугою в захисних газах. Автомати мають багато 
різновидів, що відрізняються за призначенням: для зварки усередині труб і 
резервуарів, подовжнього шва труб, неповоротних стиків труб, для 
наплавлювальних робіт, для зварки спеціальних сортів металу тощо [6].  
Заслуговують уваги багатоелектродні, зазвичай двух- або 
трьохелектродні автомати великої потужності із струмом до 2000 А і більш 
на кожну дугу. Ці автомати дозволяють використовувати трифазну дугу і 
розвивати вельми високу продуктивність при зварці металу великої товщини, 
у виробництві труб великих діаметрів і іншого [6]. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
16 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
1.2. Способи підвищення продуктивності та енергозбереження при 
зварювальному процесі 
 Застосування електродів діаметром більше 8 мм зазвичай не дозволяє 
підвищити продуктивність та енергоємність процесу, оскільки вага електроду 
і утримувача (у зв'язку з підвищенням сили зварювального струму), що 
збільшується при цьому, приводить до низької продуктивності. То ж 
спостерігається при ручній дуговій зварці трифазною дугою. Ці способи 
можуть знаходити обмежене застосування при ванній зварці стрижнів 
арматури залізобетонних конструкцій. Проте і тут переважно застосування 
одного електроду [7]. 
При ванній зварці розплавлення основного металу здійснюється дугою 
і частково за рахунок теплоти, що передається виробу перегрітим рідким 
металом зварювальної ванни. Тому зварку проводять при підвищеній силі 
горизонтальних стрижнів арматури. Стик стрижнів збирають із зазором у 
формах з металевої смуги або мідною знімною багатократного використання, 
або графітовою одноразового використання [8]. 
Зварку починають в нижній частині форми, розплавляючи дугою нижні 
кромки стику. До закінчення зварки метал у верхній частині зварювальної 
ванни прагнуть підтримувати в розплавленому стані на можливо велику 
глибину і обов'язково на всю ширину оброблення і форми. Шов наплавляють 
декілька вище за поверхню стрижнів. Процес проводять уручну, хоч і були 
спроби створення установок для механізованої зварки, в яких розплавлення 
електроду відбувалося автоматично, а їх зміна виконувалася уручну. Проте 
установки виявилися складними в експлуатації і малопродуктивними. 
Підвищення продуктивності процесу досягається також застосуванням 
електродів, що містять в покритті залізний порошок. Із застосуванням цих 
електродів зварка можлива тільки в нижньому положенні, оскільки при 
зварці в інших просторових положеннях збільшений розмір зварювальної 
ванни приводить до витікання з неї розплавленого металу [6]. Техніка зварки 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
17 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
швів в нижньому положенні також ускладнюється з цієї причини, але 
принципово не відрізняється від зварки звичайними електродами. 
При зварці з глибоким проваром (зануреною дугою) підвищення 
продуктивності та зменшення енергоємності зварки досягається за рахунок 
глибшого проплавлення основного металу. Зварку виконують спеціальними 
електродами, що дають при їх розплавленні козирок підвищених розмірів, на 
який і опирають електрод. Електрод утримується під кутом 70-85° до 
поверхні виробу і переміщається уздовж зварюваних кромок без поперечних 
коливань. Використовується максимально допустимий струм [7]. Гази, що 
виділяються при розплавленні електроду, відтісняючи розплавлений метал 
зварювальної ванни з-під дуги, збільшують глибину проплавлення, яка 
регулюється зміною кута нахилу електроду і швидкістю його переміщення. 
Зварку виконують в нижньому положенні стикових і кутових швів. 
При способах зварки лежачим і похилим електродами також 
застосовують спеціальні електроди, розплавлення покриття яких, утворюючи 
козирок певних розмірів, попереджає коротке замикання дуги. Підвищення 
продуктивності праці досягається за рахунок того, що один зварювач 
одночасно обслуговує декілька дуг. Лежачим електродом зварюють стикові і 
нахлістне з'єднання і кутові шви на сталі завтовшки 0,5-6 мм. 
Використовують електроди діаметром 2,5-8 мм і завдовжки до 2000 мм. 
Електрод укладають на стик, що підлягає зварці, і накривають зверху 
масивним мідним бруском, ізольованим папером від виробу, для 
попередження можливого обриву дуги із-за деформації електроду при його 
розплавленні. Дугу запалюють замиканням робочого кінця електроду 
вугільним стрижнем або металевим електродом і переміщають у міру 
розплавлення електроду [8]. 
Для зварки цим способом зручніше використовувати спеціальні 
верстати. Цей спосіб зварки може бути використаний для зварки 
неповоротних стиків труб, тобто зварки шва в різних просторових 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
18 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
положеннях. Для напряму дуги в корінь шва і управління перенесенням 
електродного металу в зварювальну ванну, а також для утримання 
розплавленого металу зварювальної ванни від витікання в різних 
просторових положеннях використовують створюване зовнішніми 
електромагнітами спеціальної конструкції магнітне поле [7]. 
В даний час спосіб зварки похилим електродом застосовують за 
кордоном під назвою гравітаційна зварка. При зварці електрод закріплюють в 
штативі, що встановлюється на поверхню виробу, через ізолюючу підкладку; 
у міру його оплавлення він опускається з обоймою під дією ваги. 
Струмопідвод здійснюється безпосередньо до електроду або обойми. 
Глибину проплавлення і ширину шва регулюють зміною кута нахилу 
електроду [6]. 
У практиці в невеликому обсязі знаходять застосування установки для 
механізованої дугової зварки металевими електродами з покриттям 
(штучними). У них підтримка дуги і її переміщення уздовж зварюваних 
кромок відбувається автоматично. Електроди змінюють уручну при зупинці 
переміщення автомата або без його зупинки. Підвищення продуктивності 
процесу зварки досягається за рахунок обслуговування зварювачем двох 
установок і більше [7]. 
В той же час, найбільшого енергозбереження від застосування 
зварювальних апаратів як при одиничному та і при серійному виробництві, 
як зазначалося вище, можна досягти за допомогою напівавтоматичних та 
автоматичних зварювальних апаратів, особливо при використанні, як 
різновиду останнього – схеми автоматичного управління зварювальним 
струмом, що дозволить зменшити робочі струми та звести струми холостого 
ходу до нуля. Це в свою чергу приводить до збільшення терміну 
міжремонтної експлуатації та зменшення коефіцієнту використання 
обладнання в середньому на 10…12% [8].  
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
19 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Тому, далі проведемо розробку системи автоматичного керування 
зварювальним маніпулятором, основне призначення якого – забезпечення 
високоточного та оперативного керування зварювальним маніпулятором. 
 
1.3. Визначення актуальності розробки системи автоматичного 
керування зварювальним роботом-маніпулятором 
Одним з основних завдань вітчизняного виробництва в даний час є 
випуск конкурентоздатної продукції. Вирішення цієї задачі неможливе без 
підвищення якості продукції, що випускається, яка багато в чому залежить і 
від автоматизації технологічних процесів виробництва, особливо – процесів 
автоматизованого зварювання. 
Сучасним напрямом автоматизації зварювальних процесів є 
використання зварювальних роботів-маніпуляторів. Кінцевою метою 
створення і застосування зварювальних маніпуляторів є підвищення 
продуктивності праці та якості продукції. Сумарна техніко-економічна 
ефективність застосування зварювальних роботизованих маніпуляторів 
включає підвищення якості зварного з'єднання, соціально-економічний 
ефект, економію фонду заробітної плати [8]. Соціально-економічний ефект 
досягається за рахунок звільнення людини від монотонної стомливої роботи, 
виключення травм, захворювань. Маніпулятор може експлуатуватися в 
умовах шкідливого для здоров'я людини середовища (радіоактивного, 
хімічно-активного, токсичного і так далі). 
В той же час застосування промислових роботів-маніпуляторів для 
автоматизації процесів зварювання висуває ряд завдань по організації 
виробничого процесу, конструюванню маніпуляторів з урахуванням 
специфіки зварювального виробництва і, в першу чергу, створенню систем 
управління, що забезпечують задану точність і якість зварних з'єднань. 
Відхилення геометричних параметрів зварюваних деталей і порушення їх 
просторової орієнтації утрудняють використання зварювальних 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
20 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
маніпуляторів, працюючих за жорсткою програмою [8]. Так, допустимий 
розкид точок зварювання можливий лише за умови, що відхилення розмірів 
деталі і погрішності її орієнтації не перевершують помилок позиціонування 
маніпуляторів. Існуючі нині механічні, оптичні, теплові та інші датчики в 
реальних умовах фактично не використовуються із-за наявності в зоні 
зварювання великої кількості побічних чинників, що виводять їх з ладу. Для 
вирішення завдання автоматизації технологічного процесу зварювання 
потрібне застосування абсолютно нових підходів до отримання інформації 
про геометричні параметри та положення стику. 
Основним призначенням системи керування зварним роботом-
маніпулятором – дотримання необхідного рівня точності та продуктивності 
технологічного процесу [7]. 
Використання таких систем має наступні переваги [8]: 
- безперервний контроль і управління точністю та продуктивністю 
зварювання; 
- повний контроль процесу зварювання; 
- забезпечення високої точності зварювання (відхилення від заданої 
траєкторії руху маніпулятора не більше 50 мкм); 
- зниження витрат за рахунок підвищення продуктивності роботи 
маніпулятора (порядку 1,5-2,5 пог.м. за хвилину); 
- економія засобів і часу.  
Виконаний літературний та патентний аналіз пристроїв, призначених 
для ефективного керування зварювальним процесом, відзначив актуальність 
розробки системи автоматичного керування зварювальним роботом-
маніпулятором, що забезпечує високу точність та продуктивність такого 
маніпулятора. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
21 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
2. Аналіз технічного завдання 
 
Розроблювана система автоматичного керування зварювальним 
роботом-маніпулятором має такі техніко-експлуатаційні характеристики: 
1. Пристрій живиться від однофазної промислової мережі змінного 
струму 220 В частотою 50 Гц. 
2. Час перехідних процесів системи не повинен перевищувати 0,1 с. 
3. Пристрій повинен мати термічний захист від теплового 
перевантаження зварювального трансформатора, що виконується за рахунок 
термодатчика. 
4. Максимальна швидкість керованого зварювання: 1,5-2,5 пог.м/хв. 
5. Товщина зварюваного матеріалу: 0,3-5,5 мм. 
6. Робочі режими зварювального маніпулятора: максимальний, 
регульований – для з'єднання тонких листових деталей. 
7. В якості силового зварювального трансформатору використано 
трансформатор марки ТВК-110ЛМ. 
8. Пристрій повинен забезпечувати можливість підключення до 
системи автоматичного керування зовнішнього керуючого промислового 
комп‘ютера. 
9. Пристрій призначений для роботи у закритих стаціонарних 
приміщеннях при температурі оточуючого середовища в межах від +5 до 
+60 ºС. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
22 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
3. Розробка структурної схеми системи  
автоматичного керування зварювальним роботом-маніпулятором 
 
На рисунку 3.1 представлена функціональна блок-схема системи 
автоматичного керування зварювальним роботом-маніпулятором. 
 
Рисунок 3.1 – Блок-схема системи автоматичного керування 
зварювальним роботом-маніпулятором  
 
Для здійснення автоматичного керування зварювальним роботом-
маніпулятором використовується система керування, який включає формувач 
синхронізуючої послідовності переходу мережевої напруги через нуль – блок 
синхронізації, блок вимірювання напруги мережі – для стабілізації 
зварювального струму задля уникнення недоварів та перепалів зварюваних 
точок, блок реєстрації включеного стану тиристорів, що дозволяє 
гальванічно розв‘язати високоамперні мережі зварювальної машини.  
Зварювальний робот-маніпулятор складається з силового модуля, до 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
23 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
складу якого входять блок живлення, мережевий фільтр, зварювальний блок 
та модуль керування, який складається із захисних блоків – блоку газового 
захисту та блоку обмеження струму холостого ходу, блоку керування 
швидкості подачі дроту з двигуном подачі дроту, оптогальванічною 
розв‘язкою, термодатчиком та блоком автоматичного керування 
зварювальним струмом.  
Призначення блоку живлення – живлення блоків модуля керування 
напругою 18В, 36В стабілізованою за допомогою мереженого фільтру. 
Блоки захисту та термодатчик призначені для обмеження подачі 
захисного газу (газовий клапан) та зварювального дроту (швидкість подачі 
зварювального дроту керується блоком керування швидкості подачі дроту) у 
випадку перегріву зварювального апарату, а також повного відключення 
зварювального струму та живлення газового клапану та двигуна подачі 
зварювального дроту на етапі холостого ходу. 
Для уникнення великих перепадів струму, живлення блоку керування 
здійснюється через оптогальванічну розв‘язку. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
24 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
4. Розробка електричної принципової схеми системи 
автоматичного керування зварювальним роботом-маніпулятором 
 
Електрична принципова мікропроцесорна схема системи 
автоматичного керування зварювальним роботом-маніпулятором показана на 
рисунку 4.1.  
Ò1
VD1
DD2
4 6
Out1 IC LV
SA1 5 2
Out2 Gnd
L1
8 3
V+ IN
VT1 "Ñòðóì  çâàðþ âàí í ÿ"
R1 R2
C8
R11
VT2 R5 +9B C12
C1
+ +
VD2 VD3
C6 R13 C9 R15 VD12 R22
R8
C2 1 VD6 5 VD18
+ DD1.1 DD1.2 DD3 R18
3 F 2 13 F 14 4 8
R R R F
VS1 VS2
2 6 C11
4 6 11 10 2 3
TR TR VT4
4 7
5 7 12 6
TR TR
R23
3 8
K2.1
C10 R17 R24
VT5 R27
VD8
VD4 VD5 K2 K3 R20
R3 VD10 VD11 VD19
R19
VT6
Ò2
Ò3 R9 VD20
C3 M1
L2 VD9 VD13
K3.1 R14
VT3
VD7 VD14
R10
+
L3 C7 R16 VD15
FU1 + R21
R4 C5
SA2
C4
K3.2
VD16
K1 S1 R25
R6 R7 R12 VD17
220 Â; 50 Ãö Y
"Ï óñê"
R26
"Ø âèäê³ñòü ï î äà÷³ åëåêòðî äó"
 
Рисунок 4.1 - Електрична принципова схема системи автоматичного 
керування зварювальним роботом-маніпулятором 
 
Змінна напруга, що поступає з мережевого трансформатора, 
перезаряджає конденсатори С1, С2 в кожен напівперіод з постійною часу, 
визначуваною опором резисторів R1, R2. До виводів мережевого 
трансформатора Т2 підключений послідовний ланцюг, що складається з 
керуємих тирісторів VS1 і VS2, з розв'язуючими діодами VD2, VD3. На 
транзисторах VT5, VT6 зібрано пороговий пристрій з регульованим 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
25 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
36B 18B 18B
"Äâèãóí  ï î äà÷³ åëåêòðî äó"
 
підстроєчним резистором R26 порогом спрацьовування, що визначає 
швидкість подачі зварюваного дроту. 
Як тільки напруга на конденсаторах С1, С2 збільшуючись досягне 
порогового рівня, пристрій спрацьовує і конденсатори розрядяться через 
діоди VD4, VD5 і переходи керуючих тиристорів VS1, VS2. На цих 
тирісторах в кожному напівперіоді виникає пряма напруга, тому вони 
відкриваються по черзі, пропускаючи струм до місця виникнення 
зварювальної дуги. Діоди VD2 і VD3 в кожному напівперіоді по черзі 
закриваються. 
Поріг зварювального струму можна регулювати резистором R11. При 
підвищенні порогу збільшується потужність імпульсу, що відкриває 
тирістори, що може потрібно, коли апарат експлуатують при зниженій 
навколишній температурі. 
Змінний резистор R12 дозволяє змінювати час зарядки конденсаторів 
С1, С2 і відповідно регулює час затримки подачі шляхом зміни часу зарядки 
від початку напівперіоду до моменту спрацьовування порогового пристрою, 
тобто регулювати крутизну падіння характеристики апарату. 
Резистор R20 обмежує струм розрядки конденсаторів і визначає 
тривалість імпульсів, що відкривають тирістори VS1, VS2. Діоди VD19, 
VD20 захищають емітерні переходи транзисторів VT5, VT6 від 
перевантаження у момент спаду імпульсу. Транзистор VT5 грає роль 
слабкострумового стабілітрона. 
Тумблер SA1, призначення якого – перемикання між режимами 
змінного і постійного струму, вмонтовують на панелі управління 
зварювальним апаратом.  
Якщо ж зміни порогу спрацьовування не вимагається, пороговий 
пристрій VT5-VT6 можна замінити послідовним ланцюгом з резистора 
опором 51 Ом потужністю 0,5 Вт і диністора КН102Б. Резистор служить 
обмежувачем струму розрядки конденсаторів. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
26 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
У вузлі управління апарату постійні резистори – типу МЛТ; 
підстроєчні - СП5-1А. Тумблер SA1 – МТ-1. 
Діоди Д245А можна замінити будь-якими, які витримують імпульси 
струму в 1 А. Діоди VD1 і VD2 повинні мати гранично допустимий прямий 
струм не менше значення зварювального струму для вибраної конструкції. Те 
ж саме відноситься і до вибору тирісторів VS1 і VS2. 
Замість КТ854А підійде будь-який n-p-n транзистор, що витримує 
імпульсний струм колектора не менше 1 А при напрузі колектор-емітер не 
менше 40 В, а замість КТ825Г - будь-який, структури р-n-р на струм 
колектора не меншого 0,35 А на ту ж колекторну напругу. 
В якості силового зварювального трансформатору Т1 використано 
трансформатор марки ТВК-110ЛМ.  
Налагодження системи зводиться до установки амплітудного значення 
напруги відкриваючого імпульсу, достатнього для відкриття тирісторів, 
змінним резистором R11 (близько 20...30 В). Оптимізують режим зварки 
змінним резистором R12, обмежити кут відсічення можна підбіркою 
резисторів R1, R2. 
Розроблений апарат забезпечує два режими зварки - максимальний і 
регульований (з'єднання тонких листових деталей). При максимальному 
режимі електронний вузол виключають з роботи. Зварювальні "шланги" - це 
відрізки гнучкого багатодротяного ізольованого кабелю перетином 10...15 
мм2, залежно від значення зварювального струму. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
27 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
5. Розрахунок основних елементів пристрою 
 
5.1. Розрахунок силового трансформатора зварювального 
маніпулятора 
Характерна конструктивна особливість зварювальних силових 
трансформаторів на сердечнику тороїдальної форми - відносно мале число 
витків в його обмотках. Поперечний перетин трансформатору приймаємо 
сталим по довжині та обираємо з каталогу [9]. Ефективність використання 
магнітностержневої системи можна охарактеризувати коефіцієнтом 
використання довжини (сумарна висота котушок) [10]:  
h
  , 
l
де  h = 250 мм - висота котушок з обмотками (довжина обмоток); l = 265 мм - 
довжина магнітностержневої системи (середньої магнітної лінії).  
250
   0,94 . 
265
Найбільш економічними є зварювальні тороїдальні трансформатори з 
чого робимо висновок про доцільність застосування магнітностержневих 
систем тороїдальної форми в трансформаторах, особливо потужних, що 
відрізняються великим об'ємом магнітностержневої системи [10]. 
Для отримання прийнятного ступеня неоднорідності магнітного поля в 
магнітностержневої системи має виконуватися обмеження у вигляді 
нерівності [10]: 
l2
l  1,5 , 
1
де  l  = .
1 а = 3,14.200 = 628 мм, l  = .
2 b = 3,14.250 = 785 мм – відповідно, 
зовнішня і внутрішня довжина магнітностержневої системи (найдовшої і 
найкоротшої магнітних ліній); а = 200 мм, b = 250 мм – відповідно, діагоналі 
поперечного перетину тороїду магнітостержневої системи. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
28 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
785
628  1,25  1,5– умова виконується. 
Довжина магнітностержневої системи трансформатора тороїдальної 
форми визначається за наступною формулою [10]: 
a  S
lт  kт  , 
b
де  D1 = 250 мм, D2 = 450 мм – відповідно, внутрішній та зовнішній діаметр 
трансформатора; kт – коефіцієнти довжини тороїдального трансформатора 
[10]: 
D  D
k ò   
2 1 ; 
D2 D1
S – площа поперечного перетину тороїдального трансформатора [10]: 
D2 D2
S    2 1 ; 
4
0,452  0,252
S  3,14   109900  мм2; 
4
450  250
k ò  3,14   10,99 ; 
450  250
200 109900
lò  10,99   3258,6  мм. 
250
При цьому умова а < b (200 < 250) виконується, що дозволяє зменшити 
необмежено довжину магнітностержневої системи за рахунок зменшення 
сторони а та збільшення сторони b перетину. Проте при зменшенні 
співвідношення а:b зменшується вібростійкість і механічна міцність обмоток, 
виникає розпушування або провисання дротів обмоток з боку b, а отже, 
ускладнюється намотування і закріплення витків, збільшується витрата 
провідникових матеріалів, затрудняється накладення обмоток. Із цих причин 
відношення а:b не слід обирати меншим 0,5, що спостерігається в нашому 
випадку (a:b = 200:250 = 0,8) [11].  
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
29 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Коефіцієнт тороїдальної форми перетину магнітостержньової системи 
[10]: 
 a b 
k s  0,5     , 
 b a 
де а = 200 мм, b = 250 мм – відповідно, діагоналі поперечного перетину 
тороїду магнітостержневої системи. 
 200 250 
k s  0,5      1, 
 250 200 
Довжина базової сторони перетину тороїдального трансформатору [10]: 
a 0  S , 
де S = 109900 мм2 – площа поперечного перетину тороїдального 
трансформатора [10]: 
a 0  109900  331,5 мм. 
Середня довжина витка обмотки [10]: 
p  kp  k s a 0  , 
де  kр – конструктивний коефіцієнт (kр = 4 – для тороїдальної форми перетину 
магнітостержньової системи). 
p  4  1331,5 0,94  1329,7  мм. 
Знаходимо кількість витків вторинної обмотки [10]: 
 U d2
n  II , 
4   I  p
де UII = 60 В – напруга на вторинній обмотці; d = 2,5 мм – діаметр дроту 
вторинної обмотки; І = 550 А – максимальний зварювальний струм;  
 = 1,7.10-5 Ом.мм – питомий опір матеріалу дроту (міді). 
3,14 60 2,52
n   23,67 витків. 
4 1,7 105 550 1329,7
Приймаємо остаточну кількість витків вторинної обмотки n = 24 витки. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
30 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таким чином, в результаті проведених розрахунків, було обрано 
силовий зварювальний трансформатор марки ТВК-110ЛМ та розраховано 
основні його технічні параметри [11]. В якості ізолюючого матеріалу 
трансформатору використано ізолятор із поліпефтанової плівки, що витримує 
напругу до 22 кВ при робочій температурі силового зварювального 
трансформатора до 750 С.  
 
5.2. Розрахунок погоджувального підсилювача 
Як підсилювальний елемент вбачається використати швидкодіючий 
операційний підсилювач, підключений по схемі перетворювача напруга – 
струм (відомий як підсилювач з комплексною крутизною передачі). Резистор 
R7, що відбирає струм, призначений для забезпечення зворотного зв'язку на 
вхідний позитивний затиск.  
Значення опору R7, визначається виходячи з наступної умови [12]: 
R
R7  í , 
10
де Rн – опір навантаження підсилювача. 
 Опором навантаження підсилювача є вхідний опір прямого 
модулятора і дорівнює паралельному з'єднанню опорів дільника Rд (з двох 
паралельно сполучених опорів в ланцюзі бази Rб’ і Rб”) і вхідного опору  
транзистора Rвх [13]: 
R R
R  ВХ д
н . 
R  R
ВХ д
Опір входу транзистора модуляції КТ660Б визначається таким 
співвідношенням [13]: 
UБМ U
R  БО , 
ВХ IБМ  IБО
де UБМ – амплітуда напруги на базі транзистора; UБМ = 0,74 В; UБО – напруга 
спокою на базі транзистора; UБО = 0,71 В; IБМ – амплітуда струму на базі 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
31 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
транзистора; IБМ = 0,47 мА; IБО – струм спокою на базі транзистора;  
IБО = 0,135 мА. 
0,74  0,71
R    89,55  Ом, 
ВХ (0,47  0,135) 10 3
 Опір дільника [13]: 
R R
Rд 
Б Б , 
R 
Б  RБ
де RБ’, RБ” – опори дільника; RБ’ = 5,72 кОм; RБ” = 1,86 кОм. 
5,72 103 1,86 103
Rд  1,4 кОм. 
(5,72 1,86) 103
Тоді опір навантаження підсилювача рівний [13]: 
89,55 1,4 103
Rн   84,18  кОм. 
89,55 103 1,4 103
Таким чином, опір R7 [13]: 
84,18
R7   8,42  кОм. 
10
Амплітудне значення падіння напруги на опорі R7 [13]: 
UR5  (IБМ  IБО) R7 ; 
UR5  (0,47  0,135) 103 8,42  3 мВ. 
Потрібний від схеми коефіцієнт посилення дорівнює відношенню 
амплітуди вихідної напруги (напруга ΔUR5) до амплітуди вхідної напруги. 
Оскільки на вхід погоджуючого підсилювача сигнал поступає з 
перетворювача коду, зібраного на мікросхемах серії ТТЛ з рівнями логічного 
нуля і одиниці відповідно 0,7 і 5 В, тоді амплітуда вхідного сигналу складе 
ΔUвх = 5.0,7 = 4,3 В. 
Тоді коефіцієнт посилення схеми складе [13]: 
ΔU
K  R5 ; 
ΔUВХ
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
32 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
0,003
K   6,56 104 . 
4,3
Зазвичай номінал резистора R12 повинен перевищувати опір Rн не 
менше ніж у 20 разів. 
Набудемо відповідно до цієї умови наступних значень опорів [13]: 
R12  20 R í ; 
R12  20 84,18 1683,6  Ом. 
Опір R12 задає коефіцієнт посилення схеми і визначається таким чином 
[12]: 
R11 R12 K ; 
R111683,6 6,56 104 1,1 Ом. 
Таким чином, обираємо операційний підсилювач (ОП) MAX1839 [12]. 
Даний прилад виконаний за планарно-епітаксіальною технологією з 
ізольованим p-n переходом, має швидкість наростання вихідної напруги 
50 В/мкс і частоту одиничного посилення 15 МГц. Крім того, за рахунок 
оригінальної схеми ОП відрізняється високою стабільністю параметрів у 
всьому діапазоні живлячої напруги від ±5 до ±16 В. 
Швидкодіючі підсилювачі менш стійкі в порівнянні з універсальними 
ОП, тому для запобігання генерації в схемі необхідно зменшити паразитну 
ємкість між виходом ОП і його інвертуючим входом. Для зменшення 
вказаної ємкості застосовують зовнішні ланцюги корекції, склад яких 
залежить від завдання, яке вирішує операційний підсилювач. У нашому 
випадку використаємо стандартну схему частотної корекції, призначену для 
збільшення швидкості наростання вихідної напруги [13].  
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
33 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
6. Розрахунок точності та надійності 
 
Надійність – властивість виробу виконувати задані функції у 
визначених умовах експлуатації протягом визначеного часу при збереженні 
експлуатаційних характеристик у припустимих межах [14]. Надійність є 
комплексною властивістю, що обумовлюється безвідмовністю, 
довговічністю, ремонтопридатністю та схоронністю. 
Основними кількісними показниками надійності є [15]: 
 імовірність безвідмовної роботи за визначений час Р(t); 
 середній наробіток до першого відмовлення Тcр; 
 наробіток на відмовлення tср; 
 інтенсивність відмовлень λ(t) 
 коефіцієнт готовності Кг; 
 коефіцієнт вимушеного простою Кп. 
Основні критерії надійності поділяються на дві групи: 
 критерії надійності виробів,що не відновлюються; 
 критерії, що характеризують надійність відновлюваних виробів. 
Невідновлюваними називаються такі вироби, які в процесі виконання 
своїх функцій не допускають ремонту. До них відносяться вироби, що не 
підлягають ремонту (електрорадіоелементи, модулі, мікросхеми), вироби 
разової дії (електронне обладнання, що встановлене на керованих 
аеропристроях, штучних супутниках Землі), вироби багаторазової дії, 
перерва у роботі яких зриває операцію, що виконується, та її необхідно 
розпочинати знову, якщо можливе усунення відмовлення (системи ППО, 
системи керування повітряним рухом, системи керування хімічними, 
металургійними та іншими відповідальними технологічними процесами) 
[16]. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
34 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Відновлюваними називаються ті вироби, які в процесі виконання 
своїх функцій припускають ремонт (радіоприймачі, телевізори, блоки 
живлення тощо). Якщо відбудеться відмовлення такого виробу, то воно 
викличе припинення функціонування тільки на період усунення відмовлення 
[15]. 
Відмовлення, які виникають в електронному обладнанні, є 
випадковими подіями. Тому основні показники надійності мають 
ймовірнісний характер і кількісно оцінюють не кожний зразок або виріб, але 
й дають середню характеристику виробу такого типу. Так що в реальних 
умовах деякі вироби мають показники "нижче середнього", а інші - "вище 
середнього". 
 Виконується попередній розрахунок надійності (визначається середнє 
напрацювання до першого відмовлення та ймовірність безвідмовної роботи 
протягом 50 годин) виробу, що складається з 85 елементів, середня 
інтенсивність відмовлень яких λ -6
ср=0,32•10  1/год [16]. 
Розрахунок. 
Інтенсивність відмов розраховується за формулою [19]: 
 
 = N.сер = 85•0,32•10-6=27,2•10-5    1/год.                         (6.1) 
 
За наступною формулою розраховується ймовірність безвідмовної 
роботи [19]: 
 
Рпр(85) =е-16 0,00001 85 = е-0,0136 = 0,986 ≈ 0,99                          (6.2) 
 
(значення е-х визначається за таблицею). 
Середній наробіток до першого відмовлення розраховується так [19]: 
 
Тсер = -1 ≈ 3676 год.                                       (6.3) 
 
Розрахунок потужності споживання [19]: 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
35 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Рсп =U∙Iсп∙n,  мВт                                                    (6.4) 
 
де U – напруга джерела живлення, В; Iсп – споживаний струм мікросхеми 
(довідникові дані), мА; n – кількість мікросхем одного типу. 
Розрахунки потужності споживання заносяться до таблиці 6.1. 
 
Таблиця 6.1 – Потужності споживання елементів 
Напруга Споживаний Потужність 
№ 
Найменування Кількість живлення струм споживання 
п/п 
U, В Iсп, , мА Р, мВт 
1 К1561АГ1 1 5 80 400 
2 MAX1839 1 5 60 300 
3 NEC555 1 5 120 600 
4 Діодна оптопара 1 12 350 1400 
TLP504A 
5 Двигун ДВ36 1 110 5600 36000 
 
Загальну потужність, що споживається автоматичною системою 
керування розрахуємо за формулою [19]: 
 
Рзаг = Рсп1 + Рсп2 +.....+Рсп5                                             (6.5) 
 
Рзаг = 400 + 300 + 600 + 1400 + 36000 = 38700 мВт 
 
Таким чином, система керування споживає потужність 38,7 Вт. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
36 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
7. Технологічний розділ 
 
7.1. Технологія виготовлення друкованих плат 
Перші виготовленні друковані плати автоматизованим методом були 
виготовлені фірмою Multiwire. За минулий період за кордоном та і Україні 
розроблені нові методи друковано-дротового монтажу, основані на різних 
принципах прокладки трас з ізольованих дротів і способів отримання між 
сполучень в платах. Розрізняють два методи виготовлення друкованих плат: 
метод стежкового монтажу і метод прямих відрізків [20]. 
Метод стежкового монтажу («Аракс») використовують в промисловості 
в двох варіантах: з поділом процесу монтажу проводів на платі на окремі 
операції і з об'єднанням операцій в один процес [20]. При цьому методі 
друкованим способом отримують базову одно-або двосторонню плату з 
постійною топологією рисунку. У першому варіанті базову плату 
встановлюють на паперову маску і прокладки з еластичного матеріалу, а 
потім відповідно до заданої схеми прошивають її і прокладки через отвори 
пустотілої голкою, всередині якої проходить тонкий ізольований провід. 
Після прошивки дроти притискають до плати, видаляють еластичні 
прокладинки з петель, утворених з ізольованих проводів голкою, лудять 
петлі припоєм, знімають з петель маску і припаюють їх до плати. У другому 
варіанті на автоматі прошивають плату дротом, одночасно лудячи і 
припаюють петлі з дроту до контактних майданчиків [21]. В результаті 
отримують плату, еквівалентну за функціональними можливостями 
багатошарової друкованої плати, але з більш високою ремонтопридатністю і 
меншою вартістю. 
 Автоматизоване проектування друкованих плат. Однією з основних 
задач в системі автоматизованого проектування плат є оптимізація з'єднань 
між елементами схем [21]. Залежно від обраної конструктивно-технологічної 
бази ця задача може мати різну ступінь складності і відповідно може сильно 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
37 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
впливати на трудомісткість проектування друкованих плат. При 
автоматизованому розроблені друкованого монтажу, в тому числі і 
багатошаровою, необхідно оптимізувати ряд критеріїв (факторів якості), 
таких як загальна довжина всіх зв'язків, число зв'язків між елементами схеми, 
наприклад ІС, що знаходяться в сусідніх позиціях на монтажному полі, число 
перетинань між зв'язками, число ланцюгів з якнайбільш простою 
конфігурацією [21]. Оптимізація такого числа факторів якості, будучи 
складним завданням самої по собі, вимагає врахування ряду конструктивних 
властивостей плати. До них можна віднести: розмір монтажного поля, 
мінімально допустиму ширину друкованих провідників і відстань між ними, 
число монтажних шарів, способи переходу з одного шару на інший, 
розташування виводів елементів і ланцюгів на монтажному полі, число 
ділянок, заборонених для прокладинки провідників (технологічні отвори, 
місця для позначень, заздалегідь прокладені стандартні друковані провідники 
та ін.) [20]. Отримати оптимальний варіант друкованих з'єднань при 
відповідності всіх умов досить важко. Тому, по суті, жоден з методів 
автоматизованого проектування багатошарової друкованої плати не гарантує 
трасування всіх з'єднань. Задовільними вважаються результати, коли 
автоматично трасуються 90-95% зв'язків [22]. Решта з'єднання вимагають 
неавтоматизованої або автоматизованої доопрацювання шляхом зміни 
конфігурації раніше прокладених зв'язків, що значно підвищує 
трудомісткість проектування монтажних плат. 
Переваги та недоліки стежкового методу. Стежковий монтаж в 
порівнянні з багатошаровим друкованим монтажем дозволяє наступне [21]: 
- Знизити трудомісткість конструкторських робіт у кілька разів, причому, 
чим більше номенклатура друкованих плат, тим ефективніше стежковий 
монтаж. 
-  Скоротити трудомісткість автоматизованого проектування друкованих 
плат більш ніж в два рази. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
38 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
-  Знизити вартість матеріалів в три рази. 
-  Скоротити трудомісткість виробництва вузлів друкованих плат на 30%. 
-  Підвищити ремонтопридатність друкованої плати та оперативність 
внесення змін до монтаж. 
- Скоротити терміни розробки апаратури у зменшити технологічний цикл 
проектування і виробництва друкованих плат. 
- Виключити металізацію в отворах друкованої плати. 
- Знизити кількість шкідливих стоків при виробництві друкованих плат. 
- Зменшити масу друкованих плат, збільшити вихід придатних друкованих 
плат. 
До недоліків стежкового методу монтажу необхідно віднести [22]: 
- Одностороннє розташування на платі. 
- Потреба в ретельному контролі інформативного матеріалу при 
автоматизованому проектуванні друкованих плат. 
- Збільшення габаритів друкованих плат викликає майже пропорційний ріст 
трудомісткості монтажу. 
- Не конкурентоспроможність з одно-і двосторонніми друкованих плат по 
трудомісткості в серійному виробництві, не рахуючи етапу макетування. 
- Складність застосування друкованих плат дротового монтажу для 
елементів між виводами (необхідна планарна формовка виводів). 
 Метод прямих відрізків. Метод полягає в тому, що друкованим 
монтажем виготовляють типову друковану плату з постійною типологією 
малюнка і наскрізними металізованими отворами. Типову друковану плату 
встановлюють на стіл монтажного автомата і за заданою програмою 
розводять зв'язку прямими відрізками з ізольованого дроту, обрізаючи його в 
заданих точках [22]. При цьому ізольований дріт автоматично без 
попереднього лудіння ділянки жили, що припаюється, без видалення ізоляції 
з нього поєднується з контактною площадкою. Причому дріт може 
укладатися на контактну площадку під будь-яким кутом по відношенню до її 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
39 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
осі [22]. Після суміщення з'єднувальних елементів розщеплений електрод 
опускається на дріт і з заданим зусиллям притискає його до гальванічного 
олов'яно-свинцевого покриттю контактної площадки, а потім на електрод 
подається розігріваючий імпульс струму. Розігрітий до значення температури 
973...1073 К (700...800 С) електрод непрямим шляхом передає тепло з 
з'єднуються з елементам. В результаті ізоляція на дроті оплавляється і таким 
чином забезпечується електричний контакт електроду з житловою дроти. 
Потім на електрод подається другий імпульс струму, який розігріває дріт на 
ділянці обмеженій зазором в розщепленому електроді. При постійно 
призначеному тиску розігрітий електрод і розігріта жила проводу передають 
тепло гальванічному покриттю контактного майданчика [20]. При цьому 
покриття розплавляється, і жила проводу занурюється в розплав. Після 
закінчення дії імпульсу електрод піднімається, а розплавлене покриття, 
охолоджуючись, кристалізується і таким чином відбувається формування 
з'єднання. 
На стабільність процесу, а отже, і на якість з'єднань при цьому 
впливають такі чинники [21]: 
- Ступінь відповідності нанесеного гальванічного покриття евтектичному 
складу сплаву олово-свинець і похибка його товщини по всьому полю 
плати, від яких залежить температура розплаву покриття. 
- Похибка тиску електродів на провід, від якої залежить ступінь деформації 
жили в зоні з'єднання і відповідно механічна міцність з'єднання. 
- Стабільність площі контакту електрода з жилою дроту, яка впливає на 
щільність струму і температуру нагрівання сполуки припою. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
40 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
7.2. Автоматизація виготовлення друкованих плат 
Загальним недоліком обох методів виготовлення друкованих плат є 
необхідність покриття заготовок перед свердлінням для захисту від 
механічних пошкоджень друкованих провідників [21]. Сушка лаку і його 
видалення після свердління й хімічного міднення отворів збільшують 
трудомісткість процесу і тривалість технологічного циклу, порушують його 
безперервність. Тому не можна створити автоматичної потокової лінії 
виробництва друкованих плат [22]. 
При ручному виготовленні зазначений порядок проходження операцій 
повинен зберігатися, тому що шар фоторезиста і освітлений їм рисунок 
друкованих провідників вказують на розташування отворів. Отже, рисунок 
повинен створюватися до свердління. Операція свердління отворів є 
процесом трудомістким, оскільки число отворів, наприклад, на платі 
середнього розміру становить кілька сотень, а на платах з ІМС в корпусах зі 
штирьковими виводами – більше тисячі. Таким чином, виникає проблема 
автоматизації свердління отворів, рішення якої можна досягти 
використанням верстатів з числовим програмним управлінням (ЧПУ) [22]. 
Використання ЧПУ для свердління отворів в друкованих платах 
спрощує весь процес, роблячи його більш пристосованим для подальшої 
автоматизації. У цьому випадку отвори свердлять і металізують до покриття 
заготовок шаром фоторезиста і формування малюнка друкованих 
провідників, що виключає такі операції, як покриття плат захисним шаром 
лаку і його видалення після хімічного мідніння. Для отримання рисунку 
схеми просвітлені на платі отвори суміщають з їх зображеннями на 
фотошаблон, тому даний метод отримав назву "метод базового отвори" [22]. 
Подальшу обробку плати виробляють звичайним способом, тобто на 
провідники та контактні площадки гальванічно осаджують мідь і наносять 
захисне покриття, після чого видаляють шар фоторезиста і стравлюють 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
41 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
фольгу. Всі операції можна виконувати безперервно на автоматичній 
потокової лінії. 
В даний час розроблені плівкові фоторезисти, повністю змінили 
технологію нанесення світлочутливого шару на заготівлю друкованої плати 
[21]. Вони складаються з трьох шарів [21]: запобіжної плівки, плівки 
фотополімерного резиста і прозорої поліефірної плівки для 
ультрафіолетового випромінювання. Запобіжну плівку видаляють перед 
нанесенням фоторезисту на заготовку. Коли плівковий фоторезист 
притискають валиком, він приклеюється до поверхні заготовки липким 
шаром. 
Експонування виробляють через захисну поліефірну плівку, на яку 
накладають фотошаблон. Потім захисну плівку видаляють з поверхні 
світлочутливого шару механічним відшаровуванням і виявляють її. 
Використання плівкового фоторезисту знижує трудомісткість операцій 
формування захисного рельєфу і скорочує виробничий цикл виготовлення 
друкованих плат приблизно на 20-30% [22]. Завдяки рівномірній товщині 
шару фоторезиста утворений їм захисний рельєф має рівні й чіткі краю, а 
розміри ліній на заготовці після експонування точно відповідають розмірам 
на фотошаблонів. Для автоматизації хімічних і гальванічних процесів при 
виготовленні друкованих плат застосовують агрегатовані автоматичні лінії з 
ЧПУ. Щоб підвищити універсальність таких ліній, їх будують за модульним 
принципом, який дозволяє складати різні лінії, які відповідають тому чи 
іншому базовому технологічному процесу. Модулі для гальванічних процесів 
мають штанги для підвішування виробів. Завантаження та вивантаження 
модулей, а також передачу заготовок з однієї позиції на іншу здійснює 
автооператор, керований від ЕОМ. Продуктивність подібних ліній становить 
400-500 друкованих плат в зміну [21]. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
42 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
7.3. Технологія монтажу SMD елементів 
Конструктивною ознакою вузла поверхневого монтажу (ПМ) є 
приєднання виводів радіоелементів до контактного майданчика, 
розташованому на поверхні комутаційної плати [21]. Технологія 
поверхневого монтажу (ТПМ) включає технологію виготовлення 
комутаційних плат і радіоелементів для ПМ, технологію виконання ПМ, а 
також обладнання для ПМ, випробування, контроль та ремонт виробів, 
виконаних за даною технологією [22]. 
Проте широке впровадження ТПМ при виготовленні РЕА, у тому числі й 
побутової, стримується в силу певних причин: недостатнього розвитку 
елементної бази ПМ; складнощі з обладнанням; труднощі освоєння нових 
технологічних процесів; дуже високих вимог до точності виконання 
монтажних операцій. Тому для більшості конструкцій електронних виробів 
використовують змішаний монтаж, характерний для переходу від технології 
традиційного монтажу до ТПМ [22]. 
Елементи вузлів поверхневого монтажу. До основних елементів вузлів 
ПМ відносяться друкована плата і радіоелементи. На друкованій платі є 
контактні площадки для монтажу радіоелементів при чистому ПМ або 
контактні площадки і отвори для змішаного монтажу, а також комутаційні 
доріжки. Друковані плати для ПМ зазвичай називають комутаційними 
платами. При їх виготовленні необхідно враховувати наступні фактори [22]: 
розміри плати; ефективне використання площі плати; варіанти ПМ; число 
комутаційних шарів плат; ширину і крок комутаційної доріжки; застосування 
міжшарових переходів; електричні характеристики; відведення теплоти. 
Зі збільшенням розмірів комутаційних плат підвищуються їх 
функціональні можливості (виключаються проміжні сполуки плат), але 
ускладнюється монтаж і збільшується вартість. 
Ефективне використання площі комутаційних плат (щільність монтажу) 
залежить від варіанту ПМ (чистий, змішаний), числа комутаційних шарів 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
43 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
плати (одношарові, багатошарові), ширини і кроку комутаційних доріжок 
[21]. Для ПМ стають звичайними комутаційні доріжки, що мають ширину і 
крок 0,203 мм (0,008 дюйма) і навіть 0,127 мм (0,005 дюйма), що збільшує 
щільність монтажу, але технологія їх отримання дорога. Тому, перевагу 
віддають доріжках шириною 0,254 мм (0,01 дюйма), що дозволяє 
здійснювати і змішаний монтаж [22]. Щільність монтажу також збільшується 
за рахунок застосування двосторонньої монтажу, вертикальної установки 
декількох комутаційних плат на загальну несучу плату, використання 
багатошарових комутаційних плат. Багатошарові плати автоматично 
зменшують труднощі розведення, але при цьому ускладнюється технологія їх 
виготовлення. В якості ізоляційних матеріалів і підстав для комутаційних 
плат використовують пластмаси, керамічні та композиційні матеріали [22]. 
Провідні шини, провідники, контактні площадки виготовляють з мілини або 
інших провідних матеріалів. При цьому в багатошарових платах один шар 
служить сигнальної шиною (розведення комутаційних доріжок по сигналу), 
другий шар – шиною заземлення, третій – шиною живлення [21]. 
Коротка характеристика технологічного процесу ПМ. При 
автоматизованому ПМ на комутаційну плату впливають високі температури 
(особливо при паянні), і тому для збільшення її термостійкості проводяться 
додаткові (підготовчі) операції. До таких операцій належать розплавлення і 
нанесення паяльної маски. Паяльна маска збільшує термостійкість, а 
розплавлення покращує паяльність і продовжує термін друкованої плати. 
Технологічний процес ПМ включає наступні основні операції [22]: 
1. Селективне нанесення припайних паст і клею (наприклад, за допомогою 
трафаретного друку, дозаторів). 
2. Монтаж компонентів. Він є центральною операцією технологічного 
процесу ПМ, і для проведення цієї операції монтажна машина повинна 
відрізнятися високою точністю. При цьому в монтажних машинах 
застосовуються пристрої автоматичного розпізнавання зразків, 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
44 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
юстирування плати, суміщення виводів компонентів з контактними 
майданчиками. 
3. Пайка. У техніці ПМ можуть використовуватися такі автоматизовані 
способи пайки: хвилею припою; інфрачервоним (ІК) випромінюванням; в 
паровій фазі; імпульсна групова; лазерна. 
4. Очищення (відмивання флюсу). 
5. Контрольні операції. При ПМ використання традиційного візуального 
контролю сильно ускладнено через малі розміри компонентів, великої 
насиченості ними. Тому, застосовують методи автоматизованого 
відеоконтролю на базі пристроїв розпізнавання зразків, а також методи 
об'єктивного контролю якості пайки на базі лазерної техніки. 
 
 7.4. Особливості контролю та ремонту виробів з поверхневим 
монтажем 
Як було описано вище, контроль якості ПМ викликає певні труднощі. 
Крім автоматизованого відеоконтролю на базі пристроїв розпізнавання 
зразків і контролю якості пайки лазерної технікою застосовуються 
випробувальні зонди, а також спеціальні схеми самотестування [22]. 
Вбудованої випробувальної схемою, яка працює за відповідною програмою, 
перевіряють функціональні параметри виробу. Основним недоліком такого 
способу випробувань є ускладнення конструкції плати і зниження 
ефективності використання її площі [21]. Зазвичай автоматичний контроль 
реалізується на таких основних етапах технологічного процесу: нанесення 
припойні пасти; позиціонування компонентів перевірки після пайки. При 
ремонті апаратів найчастіше доводиться виконувати операції демонтажу 
дефектного компонента з наступним монтажем. Найпоширеніший інструмент 
- це паяльник (мікропаяльнік), з його допомогою можна проводити демонтаж 
і монтаж при ПМ пасивних компонентів і при застосуванні захоплень 
спеціальної форми - простих активних елементів (корпусу типу SOT). Але 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
45 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
при виконанні роботи необхідно бути дуже уважним, щоб не пошкодити інші 
компоненти, комутаційні доріжки, контактні площадки [20]. 
Демонтаж і монтаж складних компонентів ПМ проводити за допомогою 
паяльника дуже важко, а часто неможливо. У таких випадках може 
застосовуватися пристосування, оснащене нагрівальними капілярами (для 
розігріву місць пайки) зі змінними наконечниками, розрахованими на 
компоненти різних форм і розмірів. Видалення дефектного компонента і 
установка на його місце справного виробляються за допомогою вакуумного 
присоса [22]. Може використовуватися і мікроскоп, який забезпечує 
контроль точності позиціонування встановлюваного компонента. Демонтаж і 
монтаж дефектних компонентів можна проводити за допомогою інших 
методів пайки, що застосовуються в ТПМ. Виправлення дефекту, по суті, 
зводиться до повторного виконання певної частини складально-монтажних 
операцій. У тих випадках, коли вартість мікрозбірок ПМ невелика, простіше і 
дешевше їх замінити. При ремонті виробів з ПМ необхідні ретельний 
контроль і керування процесом усунення шлюбу, щоб виключити можливість 
пошкодження придатного компонента, сусідніх компонентів та інших 
елементів комутаційної плати [22]. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
46 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
8. Економічний розділ 
 
8.1. Організація робіт з розробки системи автоматичного 
керування зварювальним роботом-маніпулятором 
Перед початком розробки даної системи в першу чергу організували 
діяльність по виконанню всіх робіт пов'язаних  з розробкою і виготовлення 
системи автоматичного керування зварювальним роботом-маніпулятором. 
Матрична система дає можливість гнучко маневрувати людськими 
ресурсами за рахунок перерозподілу їх між проектами, але за умови 
збереження їх адміністративної належності відповідно функціональними, 
відділам. Розробляємо план кваліфікаційної роботи: 
1. Управління КРБ: 
1.1   Створення команди; 
1.2  Інтеграція команди; 
1.3  Планування; 
1.4  Закриття; 
2. Розробка документації КРБ по створенню пристрою: 
2.1 Розробка технічної документації; 
3. Закупівля сировини для виготовлення пристрою; 
4. Виконання реконструкції і монтажу: 
4.1 Виготовлення деталей пристрою; 
4.2 Підготовка до монтажу; 
4.3 Монтаж пристрою; 
5. Запуск проекту: 
5.1 Отримання допуску; 
5.2 Перевірка роботи пристрою; 
5.3 Проведення регульованих робіт; 
6. Контроль за виконанням. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
47 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Переходимо до планування робіт у часі. Насамперед побудуємо сіткову 
модель процесів реалізації проекту по створенню системи контролю [23]. 
Сіткова модель процесів реалізації проекту зображена на рисунок 8.1. 
 
Рисунок 8.1 - Сіткова модель процесів реалізації проекту 
 
Розрахунок трудомісткості робіт по монтажу пристрою. 
 
Таблиця 8.1 – Опис робіт та вимог до ресурсів  
Код Довготривалість 
Робота (процес) Ресурси 
процесу процесу, днів 
1. Створення команди проекту 1-2 1 К 
2. Інтеграція команди проект 2-3 1 К 
3. Розробка технічної документації 3-4 2,3 ЗО 
4. Закупівля сировини 4-5 0,3 ЗО 
5. Підготовка до монтажу 5-6 0,5 ЗО 
6. Монтаж пристрою 6-7 2,7 ЗО 
7. Отримання допуску 7-8 2 ЗО 
8. Перевірка роботи пристрою 8-9 0,8 ЗО 
9. Завершення проекту 9-10 1 ЗО 
10. Контроль виконання робіт 1-10 Протягом всіх робіт КН 
К – керівник проекту; КН – консультанти з розділів; ЗО – здобувач. 
 
Отже збудувавши сітковий графік бачимо, що для виконання кваліфі-
каційної роботи по створенню зварювального маніпулятора затрачено 11,6 дн. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
48 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
8.2. Визначення вартості системи автоматичного керування 
зварювальним роботом-маніпулятором 
Метою даного розділу є обґрунтування економічної доцільності і 
ефективності системи автоматичного керування. При цьому, за рахунок 
використання сучасного мережевого обладнання і нових технічних рішень, 
збільшується продуктивність, пропускна спроможність і надійність 
сортувального обладнання, зменшуються: витрати часу і засобів на 
обслуговування [23].  
Далі будуть приведені розрахунки, що дозволяють кількісно визначити 
економічні показники проектування та виготовлення системи автоматичного 
керування зварювальним роботом-маніпулятором. 
Розрахунок прямих витрат на розробку та виготовлення системи 
керування [23]. 
 
Таблиця 8.2- Розрахунок вартості основних матеріалів 
Одиниця Кіль- Сума витрат 
№ п/п Назва обладнання, матеріалів 
виміру кість грн. 
1 2 3 4 5 
1. Перелік матеріалів: 
1.1 К1561АГ1 шт 1 12 
1.2 MAX1839   шт 1 35 
1.3 NEC555 шт 1 15 
1.4 Транзистор силовий КТ (ТО-92)  шт 6 18 
1.5 Конденсатор К50-35 шт 5 10 
1.6 Конденсатор КМ-5а шт 7 7 
1.7 Котушка електроклапану газового шт 1 150 
Fantini IM21 
1.8 Дросель Д167-0,005-6.3 шт 2 10 
1.9 Діод силовий шт 17 17 
1.10 Діодна оптопара TLP504A шт 1 7,5 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
49 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
1 2 3 4 5 
1.11 Стабілітрон КС шт 2 5 
1.12 Тиристор Т161-160-9 шт 2 10 
1.13 Запобіжник ПП-0,5А-250В шт 1 2 
1.14 Реле силові шт 4 80 
1.15 Клапан газовий електромагнітний шт 1 80 
КГТ1937А1 
1.16 Електромеханічні пристрої шт 3 45 
1.17 Резистор МЛТ шт 23 23 
1.18 Резистор СП5 шт 3 9 
1.19 Трансформатор ТВК-110ЛМ шт 1 430 
1.20 Трансформатор ТСА-70-1 шт 1 1500 
1.21 Трансформатор ТС-330К-2 шт 1 650 
1.22 Електродвигун ДВ36 шт 1 850 
2. Перелік програм: 
2.1 Програма «P-CAD» шт 1 800 
2.2 Програма «A-CAD » шт 1 9500 
Всього: 14265,5 
Загальна вартість матеріалів 14265,5 грн. 
Виготовлення передбачає види робіт, які вказані в таблиці 8.3. 
 
Таблиця 8.3 - Витрати часу 
№ Кількість, Норма часу на одини- Загальні вит-
Назва матеріалів 
з/п шт. цю роботи люд./год. рати часу, год 
1 2 3 4 5 
1 Розробка пристрою 1 40 40 
2 Розробка плати 1 16 16 
Нанесення зображення на 
3 1 2 2 
плату 
4 Травка плати, промивка 1 2,32 2,32 
5 Підготовка ніжок елем. 534 0,01 5,34 
6 Лудіння плати 1 2 2 
7 Лудіння ніжок елем. 534 0,01 5,34 
8 Монтаж елементів 118 0,004 0,47 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
50 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
1 2 3 4 5 
9 Пайка плати 534 0,02 10,68 
10 Перевірка плати 1 15,33 15,33 
Всього: 99,48 
 
На виготовлення друкованої плати затрачуємо 99,48 годин. 
 
8.3. Нормування праці 
Нормування праці - це один з основних напрямів наукової організації 
праці. Воно передбачає впровадження міжгалузевих і галузевих норм і 
нормативів, для нормування праці робочих, інженерно-технічних працівників 
і службовців. Нормування праці є однією із складових частин наукової 
організації праці і має своїй на меті встановлення міри витрат у вигляді 
технічно обґрунтованих норм часу і норм вироблення [23]. 
 
Таблиця 8.4 – Баланс робочого часу 
Показники Одиниці виміру Тривалість 
Кількість днів у році дні 365 
Кількість неробочих днів, у тому числі: дні 114 
святкових дні 10 
вихідних дні 104 
Номінальний фонд робочого часу дні 251 
Невиходи на роботу у тому числі: дні 40,36 
чергових і додаткових відпусток дні 28,07 
лікарняних дні 10,03 
навчальних відпусток дні 0,93 
інші невиходи дозволені законодавством дні 0,43 
невиходи з дозволу адміністрації дні 0,5 
прогули  дні 0,3 
цілоденні простої дні 0,1 
Кількість робочих днів у році дні 210,64 
Середня тривалість робочого дня години 7,81 
Корисний фонд робочого часу одного робітника (ЕРФр) години 8269,73 
  
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
51 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
При виготовленні пристрою використовується робітник другого 
розряду.  
Для визначення годинну тарифну ставку робітника другого розряду 
використовуємо формулу [24]: 
         С .
II  СІ К II , (грн год)                                      (8.1) 
де KІІ – перевідний коефіцієнт робітника 2-го розряду, який становить 1.11. 
ЗП
       C  мін , (грн.
I год)                                     (8.2) 
ЕРФ
см
де ЗПмін – мінімальна заробітна плата яка становить 6500 грн. 
ЕРФсм – ефективний робочий фонд середньомісячний розраховується з 
таблиці 8.3 по формулі [24]:           
ЕРФ
  р
ЕРФсм    (год)                                          (8.3) 
11
8269,73
ЕРФсм   751,79 (год) 
11
Знаходиться годинна тарифна ставка робітника першого розряду [24]: 
6500
CI   8,65 . (грн.год) 
751,79
Знаючи годинну тарифну ставку робітника першого розряду 
знаходиться годинну тарифну ставку робітника другого розряду [24]: 
СІІ = 8,65 × 1,11 = 9,60. (грн.год) 
Визначається заробітна плата робітника другого розряду по формулі 
[24]: 
 ЗПтар. = Ст2 × Т = 9,6 × 90,71 = 870,95 (грн)                       (8.4) 
Визначається не прямі витрати по формулі [24]: 
        П = ЗП × %П = 870,95 × 0,2 = 174,19 (грн).                           (8.5) 
де %П – візьмемо 20 % (прямої) 
Визначається заробітна плата загальна по формулі  [24]: 
ЗПзаг. = ЗПтар + П = 870,95 + 174,19 = 1045,14 (грн).                 (8.6) 
Знаходиться відрахування до фондів по формулі [24]: 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
52 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
       В = 0,363 × ЗПзаг. = 0,363 × 1045,14 = 379,39 (грн).                 (8.7) 
 
8.4. Розрахунок допоміжних витрат 
Для розрахунку допоміжних витрат використовуються дані таблиці 8.4. 
 
Таблиця 8.4 - Нормування допоміжних витрат  
№ Одиниця Сума витрат, грн. 
Назва матеріалів Кількість 
з/п виміру За одиницю Загальна 
1 Припій кг 0,07 500 35 
2 Флюс , Ф3 л 0,192 800 156,8 
3 Спирт л 0,05 100 5 
4 Хлорне залізо Упаковка 1 540 540 
5 Лак л 0,05 1000 5 
    Всього : 741,8 
 
Розраховується вартість електроенергії що споживається в процесі 
обробки плати. 
Визначаються витрати електричної енергії на освітлення по формулі 
[24]: 
Wм.осв. = Росв × Твитр.      (8.8) 
W .
м.осв. = 0,24 × 13,17 = 3,16, (кВт год) 
де Росв = 0,24 кВт; Твитр. – час витрачений з приладом. 
Визначаються витрати електричної енергії на електричний дриль по 
формулі [24]: 
Wел.др = Рел.др × Твитр.     (8.9) 
Wел.др = 0,9 × 1,239 = 1,1151, (кВт.год) 
де Рел.др = 0,9 кВт, Твитр. – час витрачений з приладом. 
Визначаються витрати  електричної енергії на паяльник по формулі 
[24]: 
Wел.паял. = Рпаял × Твитр.        (8.10) 
 Wел.паял. = 0,04 × 3,008 = 0,12, (кВт.год)  
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
53 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
де Рпаял  = 0,04 кВт; Твитр. – час витрачений з приладом. 
Загальні витрати електричної енергії визначаються по формулі [24]:  
 Wзаг.= Wміс.осв.+Wел.др.+Wел.паял.                    (8.11) 
Wзаг.= 3,16 + 1,1151 + 0,12 = 4,431 (кВт) 
Визначається вартість використаної електричної енергії по формулі 
[24]: 
Вел.ен = Wзаг × Тел.ен                               (8.12) 
де Тел.ен - тариф за ел. енергію 1,68 грн./кВт × год. 
Вел.ен = 4,431 × 1,68 = 7,44 (грн). 
 
Визначається відшкодування зносу інструментів в таблиці 8.5. 
 
Таблиця 8.5 - Відшкодування зносу інструментів 
№ п/п Назва пристрою Вартість пристрою, грн. Примітка 
1. Електродриль 973  
2. Тестер 240  
3. Паяльник 165  
всього 1378  
 
 Відшкодування зносу інструментів приймаємо рівним 0,5% на рік. По 
формулі [24] розраховуємо суму відшкодування зносу інструментів. 
 
 Ввідш. = 0,005×Вінст. = 0,005×1378 = 6,89 (грн).                  (8.13) 
 
8.5. Розрахунок собівартості виготовлення системи керування 
Для визначення собівартості виготовлення системи керування 
зварювальним маніпулятором необхідно виконати розрахунок прямих та 
інших витрат, пов’язаних з виробництвом [25]. 
Розрахунок прямих витрат виконуватимемо за даними таблиці 8.6.  
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
54 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
А розрахунок загальновиробничих та адміністративних витрат 
здійснюватимемо за формулами 8.14 та 8.15. 
 
Таблиця 8.6 - Розрахунок прямих витрат 
№ п/п Назва статей витрат Сума витрат, грн. Примітка 
1 Прямі матеріальні витрати   
1.1 Сировина, матеріали 14265,5 Таблиця 8.2 
1.2 Допоміжні матеріали 741,8 Таблиця 8.4 
1.3 Електроенергія 7,44 Вел.ен. 
2 Прямі витрати на оплату праці   
2.1 Заробітна плата 1045,14 ЗПзаг. 
3. Інші прямі витрати   
3.1 Відрахування у фонд 379,39 В 
3.2 Відшкодування зносу інструментів 6,89 ВВідш 
                                   Всього:           16446,16 
 
Отже, прямі витрати на розробку та виготовлення системи керування 
складають 16446,16 грн. 
Розраховуємо загально виробничі витрати по формулі [25]: 
 ЗВВ = ЗПзаг × 100% = 1045,14 грн.                             (8.14) 
 Розраховуємо адміністративні витрати по формулі [25]: 
 ЗПупр. = (ЗПзаг + В) × 100% = 1424,53 грн.                    (8.15) 
Складається калькуляція в таблиці 8.7. 
Калькуляція – це фінансовий документ який розраховує витрати на 
виготовлення одиниці продукції. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
55 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 8.7 – Калькуляція 
Шифр 
Найменування статті продукції Методика розрахунку Сума витрат 
рядка 
1. Сировина і матеріали Таблиця 8.2 14265,5 
Купівельні напівфабрикати та 
2. комплектуючі вироби. Роботи і Таблиця 8.4 741,8 
послуги виробничого характеру 
3. Енергія Вел.ен 7,44 
4. Зворотні відходи Немає  
Основна заробітна плата 
5. ЗПтар. 870,95 
робітника 
6. Додаткова ЗП П 174,19 
7. Відрахування у фонд В 379,39 
Витрати на утримання та 
8. Ввідш. 6,89 
експлуатацію устаткування 
9. Загальні витрати ЗВВ 1045,14 
10. Витрати від браку Немає  
11. Інші виробничі витрати Немає  
12. Попутна продукція Немає  
Сума рядків  
13. Виробнича собівартість [((1+2+3)-4)+ 16446,16 
+(5+6+7+8+9+10+11)]  
 14. Адміністративні витрати ЗПупр.р.1 1424,53 
15. Витрати на збут Немає  
16. Прибуток Немає  
17. ПДВ Немає  
Сума рядків 
18. Відпускна ціна 17870,69 
(13+14+15+16+17) 
 
Отже, собівартість виготовлення системи автоматичного керування 
буде становити 17870,69 грн. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
56 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
9. Охорона праці  
 
9.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в лабораторії 
під час розробки системи автоматичного керування 
В даній роботі розробляється система автоматичного керування 
зварювальним роботом-маніпулятором. Проектування системи проводиться в 
проектно-технічній лабораторії. В лабораторії також проводяться роботи з 
ремонту та налагоджування різноманітних електротехнічних приладів, з 
використанням вимірювальних електронних приладів на робочому місці 
наладчика. Тому необхідно створити раціональні та безпечні умови праці 
цього працівника  під час роботи з обладнанням в лабораторії.   
Потрібно звернути особливу увагу на фактори виробничого 
середовища які безпосередньо впливають на працюючого, що призводить до 
зміни його продуктивності. 
Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і працездатність  
співробітника, який працює в лабораторії. За рівнем фізичних навантажень 
дана робота відноситься до категорії I б, оскільки потребує деякого 
фізичного навантаження при роботі з електрифікованим інструментом.  
Робоче місце співробітника є постійним і представляє собою стіл (для 
вільного переміщення інженера за столом встановлено рухоме крісло, яке 
повторює анатомію тіла людини), в лівій і правій частині якого встановлені 
електровимірювальні та інші прилади: осцилограф, мілівольтметр, блок 
живлення та персональний комп'ютер. Робоче місце знаходиться в окремій 
лабораторії, мебльованій столами зі встановленими на них обладнанням, 
зокрема ПК. Монітори комп'ютерів розміщені так, щоб відстань від очей 
користувача до екрану складала не менше 70 cм, кут зору 30о, для мінімізації  
впливу випромінювання на зір. 
Розміри лабораторії становлять: ширина – 4,5 м, довжина – 8 м, висота 
стелі – 3 м, площа приміщення складає 36 м2. Лабораторія розрахована на 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
57 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
максимальну кількість працюючих 4 особи. Звідси площа, яка припадає на 
одну людину, дорівнює: 9 м2. Об’єм приміщення складає: 108 м3. Звідси 
об'єм, який припадає на одну людину, дорівнює 27 м3, що відповідає вимогам 
нормативних документів. 
Лабораторія розташована в північній частині корпусу підприємства, 
стіни мають світле забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла 48-52%, колір 
має матову структуру. 
В лабораторії в холодний період року функціонує система 
централізованого водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013 
«Опалення, вентиляція та кондиціювання». Для її забезпечення встановлено 5 
сучасних радіаторів, що підтримують нормативну температуру повітря в 
холодний період року. 
Фактори мікроклімату в робочому приміщенні мають дуже важливе 
значення, оскільки вони безпосередньо впливають на здоров’я та 
самопочуття  співробітника. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення 
основних факторів мікроклімату наступні: 
1. Температури повітря: 
- в теплий період року – 23 - 25 °С (допустима – 20 - 28 °С). ; 
- в холодний період року – 22 - 24 °С  (допустима – 21 - 25 °С). 
2. Вологість повітря: 
- в теплий період року – 40 - 60 %; 
- в холодний період року – 40 - 60 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1...0,2 м/с) ; 
- в холодний період року –  0,1 м/с (допустима –  менше 0,1 м/с) . 
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:  
1. Температури повітря: 
- в теплий період року – 23 °С ; 
- в холодний період року –21  °С . 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
58 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
2. Вологість повітря: 
- в теплий період року – 52 %; 
- в холодний період року – 54 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
- в теплий період року – 0,1 м/с; 
- в холодний період року – 0,1м/с. 
Фактичні параметри мікроклімату повністю відповідають нормативним 
вимогам згідно ДСН 3.3.6.042-99.  
Проектно-технічна лабораторія - це приміщення з однобічним 
природним освітленням, північно-східною орієнтацією віконних отворів. 
Природне освітлення забезпечується крізь вікна. Розміри чотирьох вікон 
приміщення однакові і становлять 1,31,4 м. 
Згідно з ДБН В.2.5-28:2018 нормування природного освітлення 
проводиться за допомогою коефіцієнта природного освітлення (КПО), розряд 
зорової праці – II в, найменший об’єкт розрізнення – 0,25 мм, що відповідає 
дуже високому ступеню точності зорової праці. Контрастність найменшого 
об’єкту розрізнення та фонів: між текстом на моніторі та фоном, між текстом 
на аркуші паперу та аркушем, букв на клавіатурі, між платою та деталями є 
середньою. Фактичне значення КПО становить 22-27 %, що відповідає 
вимогам ДБН В.2.5-28:2018. 
Для темного часу доби передбачене штучне освітлення. При штучному 
освітленні нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається 
в залежності від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого 
розміру об'єкта розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном. 
 Лабораторія обладнана двома світильниками ЛСП 02В - 2×40, кожний 
з яких має дві люмінесцентні лампи. Фактичний рівень штучного освітлення 
складає 150 лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці  не 
відповідає ДБН В.2.5-28:2018, тому система загального штучного освітлення 
потребує модернізації. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
59 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Головним джерелом шуму в приміщенні лабораторії є вентилятор 
охолодження в системному блоці комп’ютера, осцилографа та принтер. 
Згідно з ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих 
місцях» нормативне значення еквівалентного рівня шуму при даному видові 
діяльності та типу робочого місця складає 60 дБА, а рівень фактичного шуму 
становить 50-52 дБА, що відповідає нормативному. 
На робочому місці величина напруженості електромагнітного поля не 
перевищує нормативне значення, визначене в НАОП 0.03-3.31-91 «Санітарні 
норми та правила виконання робіт в умовах впливу полів промислової 
частоти (50 Гц)» та НАОП 0.03-3.16-86 «Граничні допустимі рівні впливу 
полів частот від 0,06 до 300 МГц». 
Умови праці інженерів - розробників при роботі з обладнанням крім 
стану параметрів виробничого середовища, визначаються також 
характеристиками використовуваного устаткування, якістю робочих 
матеріалів у робочій зоні, конструкцією робочих меблів та її розмірними 
характеристиками. Тип робочого крісла обирається у відповідності ДСТУ 
7951:2015 та в залежності від тривалості роботи: при тривалій - масивне, при 
короткочасній - крісло легкої конструкції, в якому легко пересуватися. 
Ширина столу 0,9 м, усі предмети, що знаходяться на ньому розташовані на 
відстані не більш 75 см від працівника, отже вони знаходяться в робочій зоні. 
Електропроводка в даному приміщенні прихованого типу. Приміщення 
відноситься до 2 класу приміщень: приміщення з підвищеною небезпекою 
ураження людини електричним струмом (оскільки в приміщенні 
струмопровідна залізобетонна підлога). Обладнання, встановлене в ньому 
живиться напругою 220 В і споживає потужність менше ніж 2500 Вт. Деяке 
обладнання, зокрема осцилограф, мілівольтметр, системний блок ПК, має 
металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в лабораторії повинна 
бути передбачені заходи, щодо захисту працівників від ураження 
електричним струмом. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
60 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Під час роботи з електрообладнанням працівник зобов'язаний 
виконувати ряд правил, а саме: 
- при раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно 
вимкнути електрообладнання; 
- категорично забороняється ремонтувати електрообладнання,  
вмикати  та вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи; 
- категорично забороняється проводити будь-які перемикання на 
головному розподільному щиті; 
- не знімати запобіжні кожухи; 
- у випадку виявлення неполагодженого електрообладнання, 
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу; 
- прилади керування та вимірювальні прилади слід розміщувати таким 
чином, щоб було зручно проводити вимірювання, не перегинаючись через 
прилади та провідники; 
- у   випадку   враження   електричним   струмом   слід   терміново   
звільнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої 
допомоги, при необхідності викликати лікаря. 
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією вибухопожежо-
небезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-38:2016 (горючі та важкогорючі 
рідини, тверді горючі та важкогорючі речовини, а також речовини, здатні 
горіти тільки при взаємодії з водою, киснем повітря або один з одним.). В 
даному приміщенні забезпечуються необхідні заходи щодо протидії 
виникнення пожежонебезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 
«Правила пожежної безпеки в Україні». План евакуації розміщений на стіні з 
вільним доступом до неї. Для попередження пожеж в ній використовується 
електрична пожежна сигналізація  променевого типу та теплові датчики типу 
(ИП-105-2) у кількості 4 шт відповідно ДБН В.2.5.56-2014. 
Приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5У, який 
закріплений у підставці на стіні поряд з дверима. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
61 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
З усіма працівниками перед допуском до роботи проводять вступний та 
первинний інструктажі згідно типового положення про навчання з питань 
охорони праці (ДНАОП 0.00-4.12-05). Допуск до роботи відбувається після 
проведення перевірки знань із вступного та первинного інструктажів. 
Перевірка здійснюється згідно затвердженого переліку запитань. 
Вступний інструктаж з питань охорони праці проводиться з усіма 
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову) 
незалежно від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. 
Первинний інструктаж проводиться з працівниками та студентами на 
робочому місці до початку роботи. Запис про проведення інструктажу 
робиться у спеціальному журналі. 
Повторний інструктаж проводиться на робочому місці з усіма 
працівниками та студентами: на роботах з підвищеною небезпекою – 1 раз у 
квартал, на інших роботах – 1 раз на півріччя. 
В результаті проведеного аналізу можливо зробити висновок про те, що 
найбільш важливим чинником, що впливає на безпеку праці інженера-
розробника є можливість його ураження електричним струмом. Тому 
необхідно розробити заходи захисту працівників від ураження електричним 
струмом. 
 
9.2. Вимоги безпеки під час виконання зварювальних робіт 
Загальні вимоги безпеки під час виконання електрозварювальних робіт. 
Зварювання металів відкритою дугою виробів середніх і малих розмірів 
в стаціонарних умовах повинно здійснюватися у вентильованих, спеціально 
обладнаних кабінах. 
При проведенні робіт зі зварювання металів на відкритому повітрі над 
установками і зварювальними постами повинні бути споруджені укриття 
(навіси) від непогоди. Зварювальне устаткування повинно бути розміщене в 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
62 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
металевих контейнерах. За відсутності навісів роботи зі зварювання під час 
дощу або снігопаду повинні бути припинені. 
При виконанні робіт зі зварювання металів на висоті понад 1,3 м 
повинні встановлюватися майданчики і ліси з негорючих матеріалів. 
Під час виконання робіт зі зварювання виробів з підігрівом повинні 
застосовуватися додаткові заходи для попередження можливого 
перегрівання. 
Екранування підігрітого для зварювання виробу повинно відповідати 
ДСТУ 2894-94 «Пристрої екранувальні для захисту від інфрачервоного 
випромінювання. Параметри та загальні технічні вимоги». 
Під час виконання робіт зі зварювання з попереднім нагріванням 
дозволяється робота двох зварників в одній кабіні тільки для зварювання 
одного виробу. 
Температура укритих і відкритих нагрітих поверхонь виробів на 
робочих місцях не повинна перевищувати 43 °С відповідно до ДСТУ EN 563-
2001 «Безпечність машин. Температури поверхонь, доступних для дотику. 
Ергономічні дані для встановлення граничних значень температури гарячих 
поверхонь», за винятком зварювання легованих і високовуглецевих сталей ІІІ 
і IV груп зварюваності, технологія зварювання яких потребує попереднього і 
супутнього підігріву в процесі зварювання від 100 °С до 400 °С. 
Не дозволяється проводити електрозварювальні роботи всередині 
ємностей при температурі повітря вище 43 °С без застосування спеціальних 
засобів індивідуального захисту для забезпечення ефективного теплозахисту 
і подавання чистого повітря до працівника. 
Забороняється працювати біля неогороджених або незакритих люків, 
прорізів, колодязів. 
Перед спусканням в закриті ємності через люк працівник повинен 
переконатися, що кришка люка надійно закріплена у відкритому положенні. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
63 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Роботи зі зварювання металів в закритих ємностях повинні 
виконуватися за умов: 
- наявності контрольних постів для спостереження за роботою 
працівника; 
- наявності люків для прокладання комунікацій та евакуації працівника; 
- безперервної роботи місцевої витяжної вентиляції і засобів, які 
унеможливлюють накопичення шкідливих речовин у повітрі робочої зони 
вище граничнодопустимих концентрацій і кисню менше 19 % (за об’ємом); 
- наявності у зварювальному устаткуванні автоматичного відключення 
подавання захисного газу і напруги холостого ходу в разі розриву 
зварювального кола; 
- забезпечення працівника рятувальними засобами та засобами 
індивідуального захисту. 
Під час зварювання металів в закритих ємностях працівник повинен 
мати рятувально-запобіжний пояс з канатом, кінець якого знаходиться у 
спостерігача, а також рятувальні лямки. Спостерігач повинен підтримувати 
постійний зв'язок з працівником. 
Не дозволяється виконувати зварювання металів всередині закритих 
ємностей (в цистернах, резервуарах, баках) без вентиляції. 
Під час зварювання металів всередині закритих ємностей повинен 
використовуватися місцевий відсмоктувач біля зварювальної дуги або 
установка загального вентилювання з обов’язковим використанням 
вентиляторів високого тиску і гнучких рукавів. Довжина і діаметр шлангів 
обираються так, щоб повний опір всієї системи становив 2000-2500 кг/м2. 
Мінімальний повітрообмін на один електрозварювальний пост повинен 
становити 2000 м3/год. 
Під час зварювання в закритих ємностях (газгольдерах, цистернах) та в 
разі унеможливлення улаштування місцевої витяжки повинно 
забезпечуватися подавання чистого повітря за допомогою гнучкого шланга 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
64 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
безпосередньо до працівника. В зимовий період повітря повинно 
підігріватися до температури 20-22 °С. 
Об’єм поданого повітря визначається залежно від відстані між 
патрубком, через який подається повітря, і працівником: 
- до 3000 м3/год - при відстані не більше 1,5 м; 
- до 6000 м3/год - при відстані - 1,5-3 м. 
При улаштуванні витяжки із закритих ємностей, не наближеної до 
місця зварювання, об’єм повітря, що видаляється, повинен бути не менше 
2000 м3 на 1 кг витратних електродів. 
Працівники під час виконання робіт повинні дотримуватися 
вимог Інструкції з охорони праці під час виконання монтажних робіт 
інструментами і пристроями, затвердженої наказом Міністерства праці та 
соціальної політики України від 5 червня 2001 року № 254 (НПАОП 0.00-
5.24-01). 
Вимоги безпеки до процесів при ручному дуговому зварюванні. 
Ручне дугове зварювання повинно здійснюватися на стаціонарних 
постах, обладнаних пристроями місцевої витяжної вентиляції. 
В разі унеможливлення виконувати зварювання металів на 
стаціонарних постах для локального видалення пилу і газоподібних 
компонентів аерозолю від зварювальної дуги повинні застосовуватися 
місцеві відсмоктувачі. 
Робочі місця, розташовані на висоті понад 1,3 м від рівня землі або 
суцільного перекриття, повинні бути обладнані відповідно до НПАОП 0.00-
1.15-07. 
Одночасна робота на різних висотах по одній вертикалі дозволяється за 
наявності захисту працівників, які працюють на нижніх ярусах, від бризок 
металу, випадкового влучення недогарків та інших предметів. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
65 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Не дозволяється розміщувати горючі матеріали в радіусі менше 5 м, а 
вибухонебезпечні матеріали і устаткування (газогенератори, газові балони) - 
менше 10 м від місця проведення електрозварювальних робіт. 
Не дозволяється зварювати посудини і трубопроводи, які знаходяться 
під тиском, або містять рідини. 
Під час виконання робіт зі зварювання металів усередині виробів, 
розміщених у приміщенні, швидкість руху повітря на робочому місці 
повинна становити 0,7-2,0 м/с. Температура повітря, що подається 
вентиляційними установками, не повинна бути нижче 20 °C. 
Повітря, яке видаляється витяжними установками під час зварювання 
металів усередині виробів, повинно відводитися за межі приміщення. 
В разі унеможливлення улаштування місцевої витяжки або загального 
вентилювання усередині ємностей необхідно передбачити примусове 
подавання під маску зварника чистого повітря об’ємом 6-8 м3/год, у 
холодний період року чисте повітря повинно підігріватися до температури не 
нижче 18 °C. 
Вимоги безпеки до процесів зварювання в захисних газах і їх сумішах. 
Стаціонарне робоче місце, призначене для автоматичного і 
механізованого зварювання металів у захисних газах і їх сумішах, повинно 
мати вмонтовані в технологічне оснащення або зварювальну голівку пристрої 
для відсмоктування пилу і газів. 
При механізованому зварюванні плавкими електродами у середовищі 
захисних газів на робочих столах (або маніпуляторах) повинні бути 
встановлені похилі або вертикальні панелі рівномірного всмоктування або 
широкі бокові відсмоктувачі, відрегульовані таким чином, щоб не 
порушувався газовий захист дуги. 
Пристосування для установлення зварюваних деталей повинні 
забезпечувати стійке їх положення та зручне їх перевертання і переміщення. 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
66 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Вимоги безпеки до процесів зварювання у вуглекислому газі і сумішах 
газів. Сопло тримача напівавтомата для зварювання в середовищі 
вуглекислого газу повинно бути ізольоване від струмопровідної частини 
пальника. 
У пальнику повинен бути передбачений додатковий вентиль для 
перекривання газу після припинення процесу зварювання. 
Експлуатація балонів, контейнерів зі зрідженим газом і рамп для 
використання захисних газів з балонів повинна здійснюватися відповідно 
до Технічного регламенту безпеки обладнання, що працює під тиском. 
Майданчик, де встановлюється контейнер (посудина-нагромаджувач) зі 
зрідженим газом, повинен мати металеве огородження на відстані не менше 
одного метра. 
У разі використання в якості посудини-нагромаджувача транспортних 
автоцистерн майданчик повинен бути обладнаний тельфером відповідної 
вантажопідйомності для обслуговування автоцистерн. 
Для захисту контейнера на відкритому повітрі від прямих сонячних 
променів і опадів контейнер повинен встановлюватися під навісом. 
Вимоги безпеки до процесів зварювання під час роботи з вуглекислим 
газом. 
Температура повітря в приміщенні для роботи з вуглекислим газом не 
повинна перевищувати 25 °C. 
На майданчику подавання захисного газу до зварювальних постів 
повинно бути не більше 20 балонів. В разі заміни порожніх балонів на 
заповнені необхідно закривати вентилі використаних балонів і колектора. Не 
дозволяється пропускання газу в місцях з'єднань. 
Усунення нещільностей необхідно здійснювати при закритих вентилях 
балонів за відсутності в системі тиску. 
На майданчику подавання захисного газу не дозволяється розміщувати 
сторонні предмети і горючі речовини. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
67 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
У разі централізованого постачання на зварювальні пости вуглекислого 
газу від контейнерів або рампової системи підігрівання трубопроводів 
повинно здійснюватися гарячою водою або парою. 
Не дозволяється під час відбирання газу з контейнера проводити 
ремонтні операції, відігрівати труби й апарати відкритим вогнем, 
здійснювати різкі перегини гнучких сполучних шлангів, підтягувати 
з'єднання під тиском. 
Під час зварювання на відкритих майданчиках (поза виробничим 
приміщенням) взимку балони з вуглекислим газом для запобігання 
замерзанню повинні встановлюватися в спеціальних утеплених приміщеннях. 
Не дозволяється відігрівати замерзлий балон (або редуктор) з 
вуглекислим газом полум'ям пальника, струменем пари. 
Для відігрівання балона з вуглекислим газом (або редуктора) необхідно 
припинити відбирання газу з балона, внести його в тепле приміщення з 
температурою 20-25 °C і залишити його для відігрівання. 
Дозволяється відігрівати замерзлий редуктор водою з температурою не 
більше 25 °C. 
Не дозволяється розбирати і виконувати ремонт вентилів балонів і 
редукторів на робочому місці. 
Для запобігання замерзанню балона з вуглекислим газом в редукторі в 
зимовий період перед редуктором повинен бути встановлений підігрівач. 
Вимоги безпеки до процесів зварювання в інертних газах. 
Зварювання металів в інертних газах повинно виконуватися плавкими 
та неплавкими (вольфрамовими) електродами. 
Під час виконання зварювання металів в інертних газах для збудження 
дуги повинно використовуватися джерело живлення з підвищеною напругою 
холостого ходу або додаткове джерело живлення з високою напругою 
(осцилятор) для забезпечення стабільності дугового розряду. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
68 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Електропроводи і трубки для газу і води, які з’єднують пістолет-
пальник із шафою з електроапаратурою, повинні мати достатню гнучкість. 
Гнучкий металевий шланг для направлення зварювального дроту з 
касети в пістолет-пальник шлангового напівавтомата повинен бути покритий 
електроізоляційним матеріалом. 
Вимоги безпеки до процесів зварювання в аргоні. 
Для виконання аргонодугового зварювання постійним і змінним 
струмом повинні використовуватися плавкі та неплавкі електроди. 
При ручному аргонодуговому зварюванні кінець вольфрамового 
електрода повинен бути заточений на конус. Довжина заточки повинна 
дорівнювати двом-трьом діаметрам електрода. 
Дуга повинна запалюватися на спеціальній вугільній пластині. Не 
дозволяється запалювати дугу на основному металі. 
Під час експлуатації контейнера зі зрідженим аргоном необхідно: 
- спорожнювати контейнер тільки за допомогою випарника; 
- від’єднувати шланги після повного випару аргону; 
- унеможливлювати потрапляння рідкого аргону на шкіру працівника. 
Під час від'єднання шлангів працівникам не дозволяється стояти 
навпроти контейнера. 
Не дозволяється здійснювати підтягування болтів і сальників на 
вентилях і трубопроводах, які знаходяться під тиском. 
Стаціонарне робоче місце, призначене для зварювання металів в аргоні, 
повинно мати витяжну вентиляцію на рівні підлоги. 
Вимоги безпеки до процесів зварювання на поточно-механізованих і 
конвеєрних лініях. 
Роботи зі зварювання металів на потокових лініях дозволяється 
проводити як на постійних робочих місцях зі стаціонарними автоматичними і 
напівавтоматичними зварювальними машинами, так і на тимчасових робочих 
місцях, створених для виконання короткочасних операцій. 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
69 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Для автоматизованих процесів зварювання, які супроводжуються 
утворенням шкідливих аерозолів, газів і випромінювань, що перевищують 
допустимі концентрації і рівні, необхідно передбачати дистанційне 
керування. 
Видаляти шкідливі пилогазовиділення необхідно за допомогою 
пристроїв місцевої вентиляції. 
Для роботи в аварійних умовах повинно бути передбачене роздільне 
керування зварювальними і підіймальнотранспортними операціями на лініях. 
Для захисту працівників на суміжних робочих місцях від небезпечних 
чинників, що супроводжують зварювання, ділянки зварювання металів 
повинні бути огороджені негорючими перегородками або конструкціями 
порталів, консолей. 
Відстань до проходів від місця зварювання повинна бути не менше 5 м 
для захисту сторонніх працівників від випромінювання зварювальної дуги. В 
разі унеможливлення виконання зазначених вимог біля місця зварювання 
повинні бути встановлені перегородки або ширми з негорючого матеріалу. 
Вимоги безпеки до процесів контактного зварювання. 
Перед початком виконання робіт систему повітряного охолодження 
необхідно продути стисненим повітрям. 
Підвішувати підвісні машини при точковому зварюванні дозволяється 
тільки після перевірки надійності затягування всіх болтових з’єднань. 
До підвісного пристрою, крім кліщів, необхідно підвішувати 
струмоведучі кабелі. Додатковий ланцюг або трос необхідно пропустити 
через друге піднімальне кільце. 
На час перерви у роботі повинно вимикатися електроживлення, 
закриватися вентилі води, системи охолоджувального повітря. 
Під час ремонту, огляду, заміни і зачищення електродів та виконання 
інших допоміжних робіт устаткування повинно бути відключене від джерел 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
70 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
живлення електричним струмом, стисненим повітрям і водою, а також 
повинна бути вивішена застережлива табличка: «Не вмикати!». 
Не дозволяється розміщувати займисті і вогненебезпечні матеріали на 
відстані менше 5 м від місця проведення зварювальних робіт. 
 
 
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
71 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Висновок 
 
В кваліфікаційній роботі бакалавра було розроблено пристрій для 
ефективного керування зварювальним процесом, чим відзначена актуальність 
розробки системи автоматичного керування зварювальним роботом-
маніпулятором, що забезпечує високу точність та продуктивність такого 
маніпулятора.  
Проведений аналіз методів та засобів призначених для автоматичного 
керування зварювальним процесом, які дозволяють дотримуватися 
необхідного рівня точності та продуктивності зварювального процесу  
показав, що шляхом застосування системи автоматичного керування можна 
отримати високу точність (відхилення від заданої траєкторії руху 
маніпулятора не більше 50 мкм) та продуктивність (порядку 1,5-2,5 пог.м. за 
хвилину) зварювального маніпулятора. 
В кваліфікаційній роботі бакалавра була розроблена структурна 
схема, яка включає в себе всі необхідні блоки для нормальної та стабільної 
роботи системи автоматичного керування зварювальним роботом-
маніпулятором. 
Проведений вибір та розрахунок елементної бази системи. Розроблена 
та побудована принципова схема на цих елементах. Проведено розрахунок 
основних елементів розробленої схеми, а саме: силового трансформатора 
зварювального маніпулятора та погоджуваючого підсилювача. Спроектована 
друкована плата, на якій були розташовані елементи системи керування. 
Проведений розрахунок точності та надійності та розрахунок споживання 
енергії. 
Визначено вартість розробленої системи автоматичного керування 
зварювальним роботом-маніпулятором. Проналізовано небезпеки та шкідливі 
фактори, які виникають на робочому місці оператора системи та розглянутий 
комплекс дій у надзвичайних ситуаціях.  
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
72 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата  
 
Розроблена в кваліфікаційній роботі бакалавра система автоматичного 
керування зварювальним роботом-маніпулятором повністю відповідає усім 
умовам технічного завдання.  
Арк. 
РС83.022.421.001  ПЗ 
73 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата