Учебные задачи для решения

1. Детали в патроне токарного станка зажимают при помощи ключа с квадратной головкой, вставляемого в квадратное отверстие патрона. Иногда случается, что токарь включает станок, забыв вынуть ключ из патрона. Это очень опасно, так как вращающийся патрон выбросит ключ с большой скоростью. Как исключить возможность таких случаев?

2. Мелкие детали из керамики или цветных металлов трудно зажать в тиски, поэтому их при шлифовке приклеивают к столу шлифовального станка при помощи специальной смеси канифоли и парафина. Это дорого и трудоемко. Чем заменить приклеивание?

3. В глубокой чаше карьера работает мощный экскаватор. Его выхлопные газы, а также выхлопные газы множества тяжелых грузовиков, вывозящих руду, «загазовывают» карьер. Это очень вредно для работающих людей. Выхлопные газы нужно удалить. Казалось бы это не сложно. Газы горячие и, значит, легче воздуха, должны легко подниматься вверх. Но этому мешает их активное перемешивание с более холодным окружающим воздухом. Как без особых затрат обеспечить «эвакуацию» газов из карьера?

4. Довольно часто необходимо наносить на металлические поверхности толстый слой изоляционного материала. Со временем иногда требуется этот слой снять. В таком случае прибегают к приему 10 – принципу предварительного действия. Под изоляцию заранее закладывают стальную проволоку, с помощью которой потом разрезают слой. Но здесь возникают трудности: если укладывать тонкую проволоку, то она легко режет слой, но может лопнуть. Если укладывать толстую проволоку, она не разрывается, но возрастают усилия, необходимые для разрезания, увеличивается расход материала. Ваше решение.

5. Всем известен вред, который наносит организму употребление алкоголя. Но в сухих винах содержатся и полезные для человека вещества: тонизирующие, лечебные. Можно удалить алкоголь выпариванием. Но при высокой температуре разлагаются полезные вещества. Ваше решение.

6. Вода при замерзании непременно разорвет емкость, в которой находится. Как предотвратить разрыв емкости, если предотвратить замерзание воды нельзя?

7. Птицы очень быстро перестают бояться обычных пугал. Усовершенствуйте обычное пугало, используя различные приемы.

8. При перевозке живой рыбы в цистернах из-за скученности много рыбы гибнет. Было доказано, что если заставить рыбу во время перевозки активно двигаться, то потери уменьшаются в несколько раз. Но как это сделать? Всякого рода насосы, мешалки усложняют конструкцию цистерны, калечат рыбу, а эффекта особого не дают.

9. Придумана новая дымовая труба, верхняя часть которой сделана из отдельных колец, нанизанных как бусы. Благодаря этому верхушка трубы может отклоняться по ветру и выбрасывать дым дальше, чем обычно. Какие приемы использованы в этом решении?

10. При электронно-лучевой сварке трудно направить луч в нужное место, так как он невидим. Как направлять его в нужное место?

11. Корм скоту приготавливают в виде смеси из разных трав. Для этого скошенные травы перемещают с помощью специальных дозирующих устройств. Проще было бы посеять все травы вместе, перемешав предварительно семена, но тогда растения трудно обрабатывать, одни травы могут угнетать другие. Как обеспечить дозированное смешивание, не используя какие-либо устройства?

12. В огромном нефтяном резервуаре нужно провести небольшой ремонт, например, приварить кран. Но для этого после выпуска нефти необходимо тщательно промыть резервуар, чтобы не осталось паров нефти, иначе при сварке может произойти взрыв. В результате такой ремонт длителен и обходится чересчур дорого. Ваше решение.

13. Дуга мешает сварщику наблюдать за процессами, происходящими в зоне сварки. Свет дуги «забивает» менее яркие детали (капли металла, кромки деталей и т. д.). Надо улучшить условия наблюдения без существенного усложнения аппаратуры и снижения производительности.

14. Для борьбы с пылью в горных выработках на инструменты (рабочие органы буровых и погрузочных машин) подают воду в виде конуса мелких капель. Чем мельче капли, тем лучше идет борьба с пылью, но мелкие капли легко образуют туман, что затрудняет работу. Ваше решение.

15. Существуют дождевальные машины, которые разбрызгивают воду из поднятой над поверхностью земли и раскручиваемой трубы. Чем длиннее труба, тем большую площадь может полить такая машина. Но с увеличением длины трубы увеличивается и ее вес, а это усложняет конструкцию машины, увеличивает расход энергии и т. д. Ваше решение.

16. В Англии был проведен конкурс на лучшую этикетку для флаконов с ядовитыми жидкостями, которая бы исключила возможность случайного употребления их взрослым или ребенком. Первый приз был вручен за предложение, несколько нарушавшее условие конкурса, но зато гарантировавшее требуемый результат. Что было предложено? Не забудьте избавиться от терминов, решая задачу.

17. Для размораживания вечной мерзлоты на выбранное место льют кипяток. Но размороженную таким образом землю потом трудно выкопать – она превращается в слякоть, грязь. Предложите оптимальный способ отогрева водой.

18. В промышленности для получения пара широко используются так называемые барабанные котлы, в которых кипение воды происходит, как в чайнике: вода нагревается, и пузырьки пара устремляются вверх, к поверхности, где лопаются. Такие котлы малоэффективны: пузырьки поднимаются медленно, к тому же пар получается влажный – пузырьки захватывают с собой мельчайшие капельки воды, которые потом приходится отбирать с помощью различных сепараторов, значительно усложняющих установку. Как повысить в несколько раз эффективность котла?

19. При перевозке сжиженных газов в сосудах Дьюара из-за плескания при толчках повышается выкипание этих газов. Известны способы устранения плескания. Например, при переноске воды в ведрах на ее поверхность клали фанерные круги, а ведра несли на коромыслах без опасения выплеснуть воду. Но у сосуда очень узкое горлышко. Было предложено насыпать на поверхность сжиженного газа пенопластовые шарики. Однако это привело к увеличению испарения: шарики при толчках окунались, выскакивали наверх, вынося жидкость над поверхностью. Ваше решение.

20. Ягоды облепихи – ценный продукт, но уборка их очень трудоемка и плохо поддается механизации – ягоды «крепко держатся» за колючие ветки, к тому же они мягкие и легко повреждаются. Ваше решение.

21. Семена сахарной свеклы срастаются в соплодия (клубочки). Каждое соплодие содержит 2-4 семени и после посева дает столько же растений. Чересчур густые всходы свеклы приходится прореживать вручную, Самое простое – разделить семена еще до высева, но клубочек мягкий и плохо раскалывается. Ваше решение.

22. При монтаже панельных домов приходится соединять трубы, заранее заложенные в отдельных элементах. Проще всего соединять пайкой, но из-за неточностей монтажа зазоры между соединяемыми трубами могут достигать нескольких сантиметров, а для пайки нужны малые капиллярные зазоры, чтобы в них удерживался припой. Ваше решение.

23. В некоторых случаях при остановке сердца во время операции его можно запустить электрическим ударом или закрытым массажем путем сильных нажимов на область грудной клетки. Но это не всегда приносит успех. Усовершенствуйте данный способ.

24. При перевозке оконное стекло упаковывают большими пачками в деревянные ящики. Однако при перевозке и перегрузке бой стекла оказывается большим. Как его уменьшить?

25. Чтобы обеспечить эффективное пылеподавление, воздушный поток, содержащий частицы пыли, смешивают с мелкораспыленной водой. Как повысить эффективность смешивания?

26. На всех тепловых электростанциях работают так называемые мокрые золоуловители. В них поток горячих топочных газов, включающих также золу и песок, смешивается с водой. Полученная смесь с температурой около 80 ºС несется со скоростью до 100 м. В секунду через трубку Вентури (так называется специальная труба с сужением в середине). При этом ее стенки очень страдают от абразивного износа. Трубу приходится изготавливать из нержавеющей стали, так как в топочных газах имеется сернистый газ, который, соединяясь с водой, дает серную кислоту. Неоднократно предпринимались попытки как-то защитить стенки. Но ощутимые результаты дает только покрытие из очень износостойкого материала – силицированного графита, а он очень дорогой – квадратный метр его стоит около 30 тыс. рублей. А каждая установка – десятки квадратных метров. Ваше решение.

27. В сварочном автомате электродом служит проволока, разматываемая с вращающегося барабана. Проволоку тянет специальный двигатель, расположенный в сварочной головке. Когда сварка прерывается, двигатель останавливается, протяжка проволоки прекращается, но барабан еще некоторое время по инерции вращается и запутывает, мнет проволоку. Чтобы подобного не происходило, в автомате предусмотрено постоянное подтормаживание барабана. Но из-за этого для протяжки приходится применять более мощный двигатель, вес сварочной головки повышается. Как обеспечить торможение барабана только в момент прекращения сварки?

28. Изготовление электротехнического провода предусматривает нанесение на его поверхность эмали. Провод проходит через ванну с эмалью и далее через калибрующую фильеру, которая, снимая избыток эмали, придает проводу заданный размер. Когда фильера нагрета, обеспечивается хорошая калибровка. Но если по каким-либо причинам протяжка на несколько минут останавливается, эмаль из-за долгого нагрева в фильере спекается и намертво прихватывает провод. Приходится провод обрывать, потом прочищать фильеру, что задерживает работу. Ваше решение.

29. Электрические машины, турбореактивные двигатели и другие устройства, в которых тяжелые вращающиеся части (роторы) установлены в подшипниках качения, плохо переносят путешествие по железной дороге: из-за толчков шарики, постоянно оставаясь на одном месте, оставляют вмятины на обоймах подшипников. Чтобы этого не было, необходимо время от времени хотя бы немного проворачивать роторы. Но ставить для этого специальные двигатели или людей нецелесообразно. Ваше решение.

30. При проведении функционально-стоимостного анализа бытового стабилизатора для телевизора выяснили, что существенную долю в его стоимости составляет индикаторная лампочка, сигнализирующая о работе стабилизатора, – для нее делают отдельный вывод от трансформатора. Нужен патрон, красное стекло, сама лампочка… Было предложено все это выбросить, использовав имеющийся ресурс. Какой?

31. На кораблях, особенно военных, учитывается каждый метр площади. Очень важно, чтобы любые сооружения занимали минимум места. Но очень трудно сократить вылет трапа, потому, что он зависит от высоты и ширины ступенек. Сделать ступени выше (тогда их потребуется меньше), нельзя: затрудняется подъем по лестнице. И уже сделать каждую ступеньку нельзя: на ней должна уместиться нога. Ваше решение. Предлагать вместо трапа другие средства – лифт, эскалатор – не следует.

32. Одно из слабых мест в автомобиле – аккумулятор. Если он немного «подсел», то автомобиль не завести в первый момент: аккумулятор должен отдать большую энергию, чтобы провернуть коленчатый вал, при этом напряжение аккумулятора падает настолько, что он не в состоянии дать искру для зажигания. Ваше решение.

33. Для мытья большого количества посуды на предприятиях общественного питания требуется много мыла. Как существенно сократить его расход, используя имеющиеся ресурсы?

34. При использовании пластмассовых деталей литьем из термопластов остается много отходов, т. е. пластмассы, заполнившей центральный литник и литниковые каналы. Это – ресурс, который можно использовать. Каким образом?

35. Первым способом электрической сварки был предложенный русским ученым Н. Н. Бенардосом «электрогефест» – сварка с помощью нерасходуемого угольного стержня. Недостатком этого способа было сильное науглероживание шва (углерод переходил в металл шва из электрода), что очень увеличивало его хрупкость. Были разработаны методы борьбы с этим явлением, но потом оказалось, что оно может быть и полезным. Каким образом?

36. Конструкция сосуда Дьюара, в котором перевозят и хранят сжиженные газы, довольно сложная. Он состоит из внутреннего и внешнего резервуаров, разделенных несколькими слоями высоковакуумной изоляции в виде медных или стальных (из нержавеющей стали) экранов. Длинное и узкое горло сосуда во время работы закрыто переливным устройством, поэтому особую проблему представляет измерение уровня жидкого газа в сосуде. Определять количество газа по весу сосуда трудно: точность невысокая (сам сосуд весит в десятки раз больше, чем содержимое). Предложите способ измерения уровня сжиженного газа в сосуде. При этом воспользуйтесь ресурсами, которые появились в системе после решения задачи об уменьшении выкипания газа при толчках.

37. Зажигание топлива в цилиндре двигателя внутреннего сгорания зависит от того, насколько хорошо оно распылено, смешано с воздухом, и от эффективности ионизации и нагрева смеси проскакиваемой при зажигании электрической искрой. Предложите, как можно улучшить зажигание за счет имеющихся ресурсов.

38. Установки электрогидравлического удара для очистки литых деталей от остатков литейной земли работают следующим образом. Деталь опускают в ванну с водой, затем следует несколько электрических разрядов, и деталь очищена. Но каждый разряд как удар грома. Чтобы не оглушать людей, необходимо ванну закрывать крышкой. Все же обработка длится лишь около минуты, и каждый раз закрывать и открывать крышку – большая потеря времени. Ваше решение.