Решение инженерных и творческих задач

98.Для получения пористых полимеров берут жидкий мономер и насыщают его под давлением углекислым газом. Затем мономер нагревают, идет полимеризация и одновременно газификация полимеризуемой массы (углекислый газ выделяется в виде пузырьков). Получают пористое вещество - пенопласт (а.с.183343). Нужно предложить способ получения полимерных пористых изделий без высокого давления.

99.После зарядки агрегатов абсорбционных холодильников водоаммиачным раствором сварные швы проверяют, оклеивая их лакмусовой бумагой. Нужно предложить прибор или более совершенный метод, позволяющий определить, пропускает шов аммиак или нет. (А.с.277805).

100.Оболочка стратостата имеет в нижней части клапан для выпуска газа. Управление клапаном из герметичной кабины с помощью троса: если потянуть за трос, крышка клапана откроется. Трос выведен из кабины через отрезок трубки (рис. 3.17). Форма оболочки стратостата в полете меняется, поэтому меняется и расстояние между клапаном и кабиной. Трос все время “бегает”: идет вверх или опускается вниз. Ход троса 20-30 м. Трение между тросом и стенками трубки должно быть минимальным. Если сделать трубку большего диаметра, чем трос, то трение будет невелико, и трос легко пройдет по трубке. Но столь же легко уйдет и воздух. Если трубку сделать узкой, трос начинает заедать. Не решает задачу и применение смазки. Нужно придумать такое устройство, чтобы трос легко двигаясь в трубке, но в то же время сохранялась герметичность кабины.

Рис. 3.17 -

Крепление троса

101. Пластина памяти электронно-вычислительной машины представляет собой подложку с отверстиями (рис. 3.18). Для изготовления подложки могут быть использованы любые диэлектрические материалы. В отверстия подложки вставлены ферритные колечки. Их диаметр - десятые доли миллиметра, толщина стенок - сотые доли миллимет-

61

ра.

Рис. 3.18 -

Пластина памяти

102.При повышении температуры наступает момент (точка Кюри), когда феррит теряет ферромагнитные свойства. Желательно, чтобы точка Кюри была как можно более высокой. Установлено, что если феррит подвергается сжатию, точка Кюри повышается. Так как колечки очень маленькие, то очень сложно сначала их сжать, а затем вставить в отверстия подложки.

103.Нужно найти способ изготовления пластин памяти со сжатыми в радиальном направлении ферритовыми колечками.

104.Для строительства водоводов требуются бетонные трубы разных диаметров: 200, 300, 400, 500 и 600 мм, толщина стенок - 40 мм, длина - 4000 мм. Обычный способ изготовления - виброформовка в вертикальных металлических формах (рис. 3.19). Бетон подается сверху из бункера на оголовок сердечника. Когда включают вибраторы, бетон сползает вниз и уплотняется. Недостаток способа: требуется большое количество формовочных постов (для труб различных диаметров), что обуславливает необходимость в большой производственной площади, затрудняет подачу бетона и съем готовых изделий. Нужно устранить этот недостаток (а.с. 356853).

105. Как должны быть сделаны ножницы по металлу, чтобы ими можно было резать большие листы жести и уже разрезанный металл не мешал бы резке?

106. Имеется печь, в которой находится расплавленный металл. В центральную зону печи подведен трубопровод жидкого кислорода. Что нужно сделать, чтобы кислород, идущий по этой трубе, не газифицировался вплоть до входа в металл (а.с. 317707).

62

Рис. 3.19. Схема получения труб.

107.Дуга мешает электросварщику наблюдать за процессом, происходящим в зоне сварки. Свет дуги забивает менее яркие детали (капли металла и т.д.). Надо улучшить условия наблюдения без существенного усложнения аппаратуры и снижения производительности (а.с. 252549).

108.Кривые стволы и сучья деревьев разрубают на щепу. Получается смесь кусков коры и щепы древесины. Как отделить куски коры от щепы древесины, если они очень мало отличаются по плотности и другим характеристикам?

109.При производстве изделий из оргстекла образуется много отходов. Их утилизируют путем разложения на эфиры и другие соедине-

ния, возвращаемые на синтез. Для разложения оргстекло нужно нагреть до 500 оС. Аппарат, в котором это осуществляют, представляет собой котел с наружным обогревом. Из-за малой теплопроводности оргстекла масса отходов прогревается плохо и неравномерно. Были предприняты попытки улучшить обогрев путем установки мешалок. Но это ничего не дало; отходы бывают самые различные по размерам и форме, мешалки их плохо перемешивают, ломаются. Чем больше котел, тем хуже условия нагрева (объем котла увеличивается пропорционально кубу размеров, а площадь - пропорционально квадрату размеров). Увеличить же площадь нагрева введением внутренних стенок и т.п. нельзя - не будут умещаться длинные отходы (обрезки) оргстекла. Нужно найти хороший способ нагрева отходов.

110.Для изготовления сооружений из монолитного бетона используют деревянную или металлическую опалубку. Металлическая опалубка тяжела, изготавливать и собирать ее сложно и дорого. При эксплуатации металлической опалубки приходится предпринимать меры, чтобы металл не схватывался с бетоном, а также бороться с коррозией

63

металла. Поэтому обычно используют деревянную опалубку (щиты из досок). Работать с такой опалубкой удобнее, но доски не долговечны, их приходится использовать только один раз. Необходимо найти подходящий способ получения монолитного железобетона. Отказываться от применения монолитного железобетона нельзя (речь идет о сооружениях, для которых совершенно необходима монолитность железо-

бетона) (а.с. 182545).

111. В химической промышленности часто возникает необходимость в обжиге при строго равномерной температуре во всем объеме печи. Для этого используют так называемые радиационные нагреватели. Обогревательным элементом в них служит радиационная поверхность (металлическая). Радиационная печь хорошо работает (рис. 3.20), когда радиационная поверхность равномерно нагрета. Если сжигать топливо непосредственно под радиационной поверхностью, практически невозможно обеспечить равномерный обогрев большой площади (размеры радиационной поверхности десятки квадратных метров): меняется состав топлива, напор газов и мазута и т.д. Поэтому было предложено установить с наружной стороны радиационной поверхности пористую насадку (куски керамики, керамические кольца или шарики) и вести сжигание топлива внутри насадки, что намного улучшило равномерность обогрева (насадка стала сглаживать разность температур). И все-таки она (равномерность) не идеальна. Местами возникает перегрев, местами - недогрев, кое-где топливо сгорает неполностью. Из-за этого неравномерно нагревается и радиационная поверхность. Надо совершенствовать насадку так, чтобы радиационная поверхность была идеально равномерно нагрета. При этом нельзя существенно усложнять конструкцию печи. А.с. №210300.

Рис. 3.20 -

Радиационная

печь

64

112.При оптическом методе исследования напряжений в деталях машин и конструкций внутри прозрачной модели иногда надо расположить в несколько рядов сетки. Чем гуще расположены сетки и чем мельче их ячейки, тем с большей точностью можно вести наблюдения. Но одновременно возникают искажения, вызванные сетками. Как свести к минимуму эти искажения? А.с. №245435. Несколько дополнительных соображений. На первый взгляд может показаться, что сетки можно изготовить из того же стекла и окрасить. Но стеклянные нити по своим физическим свойствам резко отличаются от стекла, взятого в виде объемной модели. Стеклянные нити прочнее стали. Нельзя также использовать какие-нибудь “непрочные” нити, например, хлопчато-

бумажные: их придется заливать расплавленным стеклом, они не выдержат температуру 600 - 700 оС.

113.Существует оптический метод исследования напряжений в деталях машин и конструкций. Состоит этот метод в том, что модель исследуемой детали из прозрачной пластмассы просвечивают в поляризационном свете. Изображение модели на экране получается при этом покрытой покрытым системой полос, форма и расположение которых зависят от напряженного состояния модели. Если исследуемая модель проста по форме, осуществление описанного способа не встречает затруднений. Но если форма детали сложна и к тому же на деталь одновременно действует много сил, возникают экструзионные явления. Как закрепить деталь, чтобы в местах крепления не появились искажения? С этой проблемой приходится сталкиваться и при уменьшении линейных размеров детали, чем меньше деталь, тем сложнее на нее передать растягивающие усилия (в местах захвата появляются искажения). Нужно так усовершенствовать захваты, чтобы при креплении деталей точно моделировалось бы необходимое сложнонапряженное состояние. А.с. №233240.

114.Завод выпускает большое количество (десять тысяч в месяц) кислородных баллончиков емкостью 0,5 - 3.0 л. Их надо окрашивать снаружи. Делается это вручную или с частичным применением ручного труда. Желательно автоматизировать процесс окраски. Но чтобы автоматика хорошо работала (т.е. давала тонкий равномерный слой краски на всей поверхности изделия) придется ввести обратную связь - датчики, следящие за равномерностью и сплошностью окраски. Автомат будет слишком сложным. Как быть? А.с. №242714.

115.В промышленности распространен способ определения площади контакта поверхностей при помощи растертых на растительных маслах красок (берлинская лазурь, кармин и т.д.), краску наносят на поверхность №1. Потом эту поверхность приводят в соприкосновение с поверхностью №2 и по распределению пятен краски на поверхности №2 судят о качестве контакта. Слой краски имеет толщину 3 - 6 мик-

65

рон и более. Для поверхностей высокого класса чистоты необходимо применение более тонкого слоя краски. Тонкий же слой краски не дает необходимой контрастности границы краска - металл, поэтому резко затрудняется наблюдение за полученным отпечатком. Нужно усовершенствовать изложенный способ.

116.На какой-то узел машины, например, карбюратор двигателя, нужно нанести (снаружи и внутри) тонкий слой ингибитора атмосферной коррозии (смазка). Таких узлов много и смазка требует больших затрат времени. Окунуть узел в смазку? Но при этом недопустимо увеличиться расход смазочных материалов. Нужен способ смазки, пригодный для сложных узлов, производительный, надежный, экономный.

117.Для изготовления бетонных изделий с декоративной отделкой в форму перед подачей бетона нужно уложить мозаичные элементы. В каждой форме свой рисунок (часть общей картины). Чтобы правильно уложить мозаику, приходится вручную размечать дно формы - это трудоемкая малопроизводительная работа. Как быть?

118.Любой вид электролитической обработки - фрезерование, сверление, шлифование, маркировка - сводится к так называемому анодному растворению. При прохождении тока через электролит металл заготовки, подключенный к положительному полюсу источника тока, переводится в ионное состояние и растворяется в электролите - водном растворе поваренной соли. Там, где у детали должна быть выпуклость, у инструмента делают впадину и наоборот. Растворение металла подчиняется строгой закономерности: там, где расстояние между электродами минимальное, проходит ток максимальной силы, и анод растворяется быстрее всего. В результате заготовка автоматически принимает форму, обратную форме инструмента - катода. Анализируя причины недостаточной точности и производительности, выяснено, что происходит это из-за слишком большого зазора между инструментом и заготовкой. Если зазор велик , то разница в расстоянии между выпуклыми и вогнутыми точками инструмента и заготовки сглаживается, переносимый на обрабатываемую поверхность рельеф получается различным. При уменьшении зазора прокачивать электролит между заготовкой и инструментом чрезвычайно трудною Межэлектродный зазор забивается шлаком, и процесс “останавливается”. Итак, если зазор велик (0,2 мм), то профиль на заготовке получится различным. Если зазор мал (0,01 мм), профиль получится точным, но зазор забивается шлаком и процесс останавливается. Было предложено вибрировать катод - инструмент, включая ток только в момент сближения. В результате резко снизилась производительность: процесс идет только в краткое мгновение сближения. Нужно найти иное решение.

66

119.Для волноводов и резонаторов нужны литые металлические (алюминий, медь) трубы со сложным внутренним или наружным профилем. Причем заданный профиль выдерживается с точностью, недостижимой при обычном литье. Поэтому такие трубы изготавливаются литьем под давлением. Как изготовить эти трубы обычным литьем?

А.с.№241166.

120.В электронных схемах высокой частоты используют так называемые линии задержки. Они служат для сдвига выходного сигнала во времени. Линии задержки представляют собой сложную конструкцию - слои материала с низким и высоким омическими сопротивлениями чередуются. Такими парами могут быть, например, стекло и сталь, сплав Вуда и медь. Толщина слоя составляет 0,1 - 0,01 мм, точность изготовления требуется высокая. Известные способы изготовления (прессование, прокатка) малопроизводительны, дороги, дают много брака. Из некоторых пар вообще не удается получить слоистую струк-

туру: материалы, составляющие пару, обычно резко отличаются по температуре плавления (стекло до 800 оС, сталь - 1500 оС, сплав Вуда - 70 оС, медь - 1083 оС), если на тонкую пластину из стали Вуда наложить раскаленную медную пластину, сплав Вуда просто расплавится. Нужен принципиально новый способ изготовления слоистых конструк-

ций. А.с. №108994.

121.Для очистки горячих газов от немагнитной пыли применяют фильтры, представляющие собой пакет, образованный многими слоями металлической ткани. Эти фильтры удовлетворительно задерживают пыль, но именно поэтому их трудно потом очищать. Приходиться часто отключать фильтр и подолгу продувать его в обратном направлении, чтобы выбить пыль. Как быть? А.с. №156133.

122.В светокопировальной машине по стеклу протягивается калька с чертежом. К кальке прилегает светочувствительная бумага. Стекло (сложной формы) сломалось. Изготовление нового стекла требует значительного времени. Поэтому решили поставить оргстекло. Однако оказалось, что калька при движении электризуется и прилипает к стеклу. Как быть?

123.Из-за сдвига горных пород буровую колонну иногда намертво “прихватывает” к скважине. Чтобы ликвидировать прихват, внутрь буровой колонны на глубину прихвата опускают вибратор. Но как узнать, на какой глубине возник прихват? Зона прихвата невелика - несколько десятков метров, а длина колонны - километры. Задача не решается непосредственным зондированием; не годится и предложение измерять деформацию трубы при определенном усилии (буровую колонну нельзя рассматривать как жесткий стержень; к тому же колонна испытывает неучитываемое трение о стенки скважины) А.с. №242714.

124.Завод выпускает изделия сложной формы с криволинейной по-

67

верхностью в виде скрученной ленты. Ширина ленты в разных местах разная. Толщина тоже меняется. Лента состоит из трех последовательных участков - металлического, стеклянного, пластмассового. Как определить площадь поверхности изделия? Способ должен быть простым, точным (погрешность менее 1 см2 при площади ленты около 400 см2) и быстрым. А.с. №283537.

125.При полировании оптических стекол необходимо под полировальник (он сделан из смолы) подавать охлаждающую жидкость. Пробовали делать в полировальнике сквозные отверстия и различные поры для подачи жидкости, но “дырчатая” поверхность полировальника работает хуже сплошной. Как быть?

126.При гидротации олефинов используют в качестве катализатора фосфорнокислотный катализатор (двуоксид кремния, пропитанный кислотой). Чтобы катализатор был селективен (давал одну нужную реакцию и не давал побочных реакций), его необходимо при изготов-

лении нагревать. Но опыты показали, что при нагревании (даже кратковременном) выше 250 оС в катализаторе появляются растворимые силикофосфаты, они вымываются и катализатор теряет активность. Как быть?

127.Есть катер, на котором поставлен абсолютный рекорд скорости, имеет идеальную форму, лучшие двигатели. Как установить новый рекорд, намного (на 100 - 200 км/ч) превысив имеющиеся показатели?

128.Дана пружина. Увеличивать ее размеры и заменять вещество, из которого она сделана (сталь определенной марки), нельзя. Нужен способ, позволяющий существенно повысить жесткость пружины, ничего к ней не прикрепляя (не пристраивая никаких дополнительных пружин и т.д.). Способ должен быть предельно простым.

129.Установка для укладки фруктов в картонные коробки включает вибростол, на который устанавливает ящик (вибрация позволяет значительно повысить плотность укладки). Сверху по лотку поступают фрукты. К сожалению нежные фрукты бьются при падении ( будем считать, что высота падения 0,5 м). Опускать лоток до дна коробки, а потом поднимать его, используя какое-либо устройство, - решение слишком сложное и потому плохое. Как быть?

130.Найти способ изготовления стеклянного куба (фильтра) с равными капиллярными сквозными отверстиями (длина ребра куба - до 1 м, количество капилляров - несколько десятков на один квадратный сантиметр).

131.У двигателей внутреннего сгорания цилиндры изнашиваются неравномёрно: поршень, двигаясь возвратно-поступательным движением по втулке цилиндра, может качаться (в пределах зазора) на пальце плоскости кривошипно-шатунного механизма. В результате цилиндр постепенно превращается в эллиптичную бочку. Из-за нару-

68

шенной геометрии пара поршень - цилиндр не обеспечивает компрессии, мощность двигателя падает. Ремонт дорог, сложен и требует много времени. На крупных двигателях цилиндры снабжены сменными втулками, но их замена также трудоемка и дорога. Поскольку шатун в исходном положении находится с одной стороны (скажем, справа), то для более равномерного износа палец вставляют не на линии оси поршня, а правее. Однако все равно вместо эллипса теперь получается яйцеобразный износ. Для уменьшения износа из полости шатуна, когда он переходит влево, на место износа впрыскивают масло (нацеливая его на острый конец яйца). Однако и это не дает существенного улучшения. Равномерный износ, без нарушения геометрической формы - меньшее из зол (поршневые кольца, уплотняющие пару, менять легче). Вред приносит именно, искривление окружности. Найти способ уменьшения неодинакового износа цилиндра двигателя. Пат. 133897, Швейцария.

132. Как известно, процесс прицеливания состоит в том, чтобы совместить на оптической оси мишень, мушку и прорезь прицела. То же самое происходит и при использовании оптических прицелов, но они считаются другим объектом. Прототип - простой рамочный прицел с мушкой (рис. 3.21). Глазу трудно уловить небольшие смещения мушки (вправо, влево, вверх, вниз). Кроме того, прицел, и особенно мушка, заслоняет мишень, а нам надо попасть в избранное место самой мишени (обычная “посадка” мишени на мушку непригодна).

Рис. 3.21. Прицельное устройство в форме рамы 1 — рамный прицел: 2 — мушка

133.Как не усложняя существенно конструкции прицела, устранить недостатки? Решение должно сохранить форму рамы (без использования оптического прицела), пригодной, для мишеней вертикальныx или горизонтальных форм, не должно уменьшать механической прочности прицела, мушки или утомлять зрение.

134.Нефть из резервуара постепенно испаряется. Герметизировать резервуар (при переменном уровне нефти) нельзя. Пробовали применять плавающие экраны, однако стенки резервуара неровные, приходится оставлять зазор между экраном и стенками. Нефть испаряется как и раньше... Что делать? Контрольный ответ: пат. 177436, ФРГ.

135.Имеется дозатор жидкости, выполненный в виде устройства,

69

показанного на рис. 3.22. Жидкость поступает в ковш дозатора. Когда набирается установленный объем жидкости, дозатор наклоняется влево - жидкость выливается. Левая часть дозатора становится легче, дозатор возвращается в исходное положение. К сожалению, дозатор работает неточно При наклоне влево, как только начинается слив жидкости, левая часть дозатора становится легче, дозатор возвращается в исходное положение, хотя в ковше остается часть жидкости. “Недолив” зависит от многих факторов (разность массы левой и правой частей дозатора, вязкость жидкости, трение оси дозатора и т д.), поэтому нельзя просто взять ковш побольше. Надо устранить недостаток дозатора, сохраняя его принцип действия: качели. Контрольный ответ: а.с. 151526, а.с. 329441, СССР.

Рис. 3.22.

Дозатор жидкости

136. При изготовлении экранов телевизионных трубок требуется очень высокая чистота поверхностей (14 класс). Изготавливают экраны прессованием в металлических формах, состоящих из пуансона и матрицы (рис. 3.23). В матрицу заливают расплавленное стекло (900 оС), нажимают пуансоном, стекло быстро застывает (отдает тепло металлу). Поверхность готового изделия получается недостаточно чистой, поскольку стекло прилипает к металлу. Из-за этого приходится потом шлифовать поверхность стекла. Пытались смазывать металл олифой, пробовали различные составы смазочного материала - безуспешно. Он выгорает. Требуется такая форма, из которой изделия будут всегда выходить достаточно гладкими. Гладкость нужна по всей поверхности - внутренней, внешней, боковой. Контрольный ответ: пат. 1429343. Великобретания, а.с. 231759. СССР.

70