Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной апаратуры

     Сложность ВКА  и  указанных  взаимосвязей  требует системного

подхода к анализу ВКА при ее проектировании [116].  Для построения

системной модели ВКА,  необходимой для установления и раскрытия ее

системных характеристик и выявления отношений между ними, предста-

вим  системное  описание ВКА на начальных стадиях проектирования в

виде двух групп соотношений:

                                                           (2.1)

                                                           (2.2)

                              - 42 -

где     - множество функций;      - множество структур;     - мно-

жество функциональных свойств;      - множество свойств, проявляю-

щихся при взаимодействии с окружением;      - номер ФМ ВКА;      -

количество  ФМ;     ,      - соответственно множество существующих

вариантов ВКА и ее элементов и множество отношений между ними;

-  множество  целей  проектирования  ВКА;       -  множество соот-

ветствий, определяющих уравнения функционирования и проектирования

ВКА;      - множество соответствий, оценивающих оптимальность ВКА;

    = 1,2 - уровень членения ВКА.

     Выражение (2.1)  описывает  системную  модель ВКА как объекта

конструирования,  а выражение (2.2) -  системную  модуль  процесса

проектирования ВКА.  При этом первая строка выражения (2.1) описы-

вает ВКА в целом, а вторая строка описывает ФМ ВКА.

     Построенная системная модель ВКА позволяет перейти к формали-

зации установленных взаимосвязей,  используя  известный  математи-

ческий аппарат математического анализа и дискретной математики для

проведения структурного синтеза  конструкции.  При  этом  методика

построения  системной модели заключается в раскрытии компонентов в

выражениях (2.1)  и  (2.2).  Следует  отметить,  что  предлагаемая

системная  модель ВКА,  предназначенная для всестороннего описания

ВКА, инвариантна относительно рассматриваемых уровней членения ВКА

[117].

     2.2. Функции и структура ВКА.

     2.2.1. Функции ВКА.

     Головным этапом  системного  анализа ВКА является определение

выполняемых ею функций.  Влияние выполняемых  ВКА  функций  на  ее

структуру,  отмеченное  в  главе  1,  определяет значимость данной

                              - 43 -

системной характеристики для проектирования ВКА.  Исходя из  того,

что  целесообразность  того  или иного ТО определяется его способ-

ностью реализовывать интересующую человека потребность,  в  основу

определения функций ВКА и ее структурных составляющих положен сле-

дующий принцип:  функция любого ТО (или  ФМ)  определяется  целью,

поставленной ТО более высокого уровня,  включающим рассматриваемый

ТО (ФМ).

     Объектом более  высокого  уровня  для ВКА в целом является ВС

ВТО.  Функционирование ВС,  назначение которой  формулируется  как

"создавать  вакуумную среду и формировать ее состав",  требует вы-

полнения ряда условий (т.е.  достижения ряда целей), характеризуе-

мых, в частности, функцией разобщать герметично и сообщать полости

элементов ВС между собой и внешней средой,  что определяет необхо-

димость появления соответствующей разнообразной ВКА.

     Отсюда вытекает и назначение ВКА - периодическое сообщение  и

герметичное перекрытие элементов вакуумных систем (камер, насосов,

ловушек,  трубопроводов и т.п.) между собой и с внешней средой,  а

также регулирование потоков газов в системе [54],  анализ которого

позволяет выделить ее обобщенную функцию.

     Представим описание обобщенной функции ВКА в виде структурной

формулы, состоящей из тройки множеств [88] и позволяющей сформиро-

вать понятийное описание обобщенной функции ВКА,  представленное в

таблице 2.1:

                                                             (2.3)

где     - множество действий,  производимых ВКА и приводящих к же-

лаемому  результату;       -  множество  объектов,  на которые это

действие направлено;     - множество особых условий и ограничений,

накладываемых на реализацию функции.

     При этом компонент     может отсутствовать в  описании  функ-

ции,  если информация об условиях и ограничениях очевидна и одноз-

                              - 44 -

начно вытекает из описания компонентов     и    .

                                                    Таблица    2.1

               Описание обобщенной функции ВКА.

__________________________________________________________________

      │                       Компоненты

  ТО  │──────────────────┬─────────────────────┬──────────────────

      │        D         │          V          │        W

──────┴──────────────────┴─────────────────────┴──────────────────

       1. Закрывание       Проходное отверстие   Вакуумная среда,

       2. Герметизация     Стык уплотнительной   атмосфера,

 ВКА                       пары                  температура

       3. Открывание       Проходное отверстие

       4. Регулирование    Газовый поток

──────────────────────────────────────────────────────────────────

     Действиям    , выполняемым ВКА и приведенным в таблице 2.1,

соответствует множество основных рабочих функций,  т.е. обобщенную

функцию ВКА можно представить в виде:

                                                         (2.4)

где   ,   = 1,4 - основные рабочие функции, соответственно: закры-

вать проходное отверстие, герметизировать стык уплотнительной пары,

открывать проходное отверстие, регулировать газовый поток.

     Выделенные функции          реализуются  в  ВТО  устройствами

классов "вакуумный клапан" и "вакуумный затвор",  объединенных по-

нятием ВКА,  при этом регулирование газового потока с учетом того,

что ВКА является самостоятельным конструктивно законченным элемен-

том  ВТО [54],  присоединенным к другому законченному элементу ВТО

(трубопроводу,  рабочей камере и т.п.),  сводится к частичному пе-

рекрыванию (открыванию и закрыванию) проходного отверстия, поэтому

справедливо следующее допущение:

                                             ,               (2.5)

                              - 45 -

позволяющее рабочую функцию     отдельно не рассматривать.

     Практическая реализация  адекватных соответствующим действиям

рабочих функций    ,      и     в ВКА  осуществляется  посредством

одного и того же воздействия "перемещение", направленного на общий

для данных функций объект - уплотнительный диск. При этом выполне-

ние действия "герметизация" обусловлено взаимодействием подвижного

элемента "уплотнительный диск" с  неподвижным  элементом  корпуса,

называемым  "седлом",  что  объясняет целесообразность совместного

рассмотрения этих элементов в виде "уплотнительной пары"  (см.  п.

1.2). Очевидно, перемещение уплотнительного диска требует осущест-

вления функции "создать и передать необходимую для движения  энер-

гию",  а  расположение уплотнительного диска в вакуумной среде,  а

источника энергии - вне ее,  определяет необходимость функции "пе-

редать  движение  уплотнительному  диску  из атмосферы в вакуумную

среду".  Основываясь на том, что каждая рабочая функция может быть

реализована неким самостоятельным функциональным модулем, обладаю-

щим собственным набором входных (    ) и выходных (    )  функцио-

нальных параметров, заключаем, что в ВКА необходимо также согласо-

вание параметров       и      последовательных перемещений, приво-

дящее  к появлению функции "преобразовать движение".  Помимо этого

для ВКА, как и для большинства ТО, обязательна функция "обеспечить

требуемое взаиморасположение модулей в пространстве".

     Таким образом,  из  анализа  рабочих   функций   существующих

конструкций  ВКА можно выделить следующие основные базовые функции

         ,  где    = 1,3             ;     = 1,5; представленные в

таблице 2.2,  без которых невозможно выполнение обобщенной функции

ВКА.

                              - 46 -

                                                 Таблица 2.2

                Основные базовые функции ВКА

_________________________________________________________________

 Обобщенная !             Основные базовые функции

  функция   !

-----------------------------------------------------------------

                  - создавать и передавать механическую энергию

                    для перемещения уплотнительного диска;

                  - преобразовывать параметры движения;

                  - передавать движение из атмосферы в вакуумную

                    среду;

                  - преобразовывать параметры движения для пере-

                    мещения и герметизации уплотнительного диска;

                  - герметизировать стык седла с уплотнительным

                    диском;

                  - фиксировать положение элементов в пространст-

                    ве и содержать вакуумную среду.

_________________________________________________________________

     Индекс     обозначает необходимость выполнения  соответствую-

щих функций для каждого из трех основных действий (см. табл. 2.1),

т.е. как при закрывании проходного отверстия, так и при герметиза-

ции и открывании (    = 1, 2, 3 - соответственно).

     Помимо основных базовых функций,  задающих принцип функциони-

рования и общую структуру, ВКА может обладать рядом дополнительных

функций    ,  направленных на улучшение исполнения качества основ-

ных  функций      и определяемых как дополнительными требованиями,

предъявляемыми ВТО, так и функционированием собственно ВКА. Полная

функция ВКА при этом имеет следующий вид:

                                                           (2.6)

     Дополнительные функции           возникают,  как правило, при

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12