III etap - zadania tematyczne

XXXII OLIMPIADA WIEDZY TECHNICZNEJ
Zawody III stopnia
Zadania dla grupy mechaniczno-budowlanej
Zadanie 1
Rys.1
Partnerem Olimpiady jest rma Polkomtel S.A. operator sieci Plus GSM
1
Na rys.1 jest schemat jednego cylindra rz¦dowego silnika wysokopr¦»nego (potoczna nazwa:
Diesla). Podano tam sªownie nazwy gªównych elementów silnika. Zapis skrótowy ÿstyk" oznacza pªaszczyzn¦ wspóln¡ gªowicy i tulei cylindrowej. Zapis skrótowy ÿpoziom" oznacza doln¡
pªaszczyzn¦ odniesienia w kadªubie silnika. Wielkimi literami (A, B , ) oznaczono wymiary
liniowe elementów silnika, a ich warto±ci liczbowe tych wymiarów s¡ w tab.1.
Zapis = 30 300 nale»y rozumie¢ tak, »e tªok znajduje si¦ w suwie spr¦»ania, a ±ci±lej w
chwili, gdy zacz¡ª si¦ wtrysk paliwa do komory spalania.
Komora spalania skªada si¦ z dwóch cz¦±ci. Jedna cz¦±¢ mie±ci si¦ wewn¡trz gªowicy powy»ej
pªaszczyzny styku, druga cz¦±¢ komory { o obj¦to±ci Vc { mie±ci si¦ wewn¡trz tulei cylindrowej.
Od doªu jest ograniczona denkiem tªoka, a od góry pªaszczyzn¡ styku. Oczywi±cie Vc zale»y od
tolerowanych wymiarów podanych w tab.1.
Dla prostoty oblicze« dopuszcza si¦ pomini¦cie wymiarów odnosz¡cych si¦ do par obrotowych, np.: czop osiowy waªu korbowego i ªo»yska w kadªubie.
Zakªada si¦ ponad to, »e:
{ o± sworznia tªokowego pokrywa si¦ z osi¡ otworu w tªoku,
{ osie czopów w ªo»yskach pokrywaj¡ si¦ z osiami ªo»ysk,
{ o± pionowa tªoka pokrywa si¦ zawsze z osi¡ tulei cylindrowej,
{ wymiary nie zmieniaj¡ si¦ pod wpªywem wysokiej temperatury i du»ego obci¡»enia.
Tab.1 Wymiary
Denicja
Warto±¢ liczbowa
A
Odlegªo±¢ mi¦dzy osi¡ czopa osiowego waªu korbowego a poziomem
1300 1
B
Odlegªo±¢ mi¦dzy pªaszczyzn¡ styku a poziomem
6100 05
D
‘rednica tulei cylindrowej
135+0 04
E
Odlegªo±¢ mi¦dzy osi¡ sworznia tªokowego a górn¡ pªaszczyzn¡ tªoka
1000 1
F
Odlegªo±¢ mi¦dzy osiami otworów w korbowodzie
R
Odlegªo±¢ mi¦dzy osiami czopów waªu korbowego: osiowym i korbowym
77; 50 1
K¡t mi¦dzy osi¡ korbow¡ a osi¡ tulei cylindrowej (wyprzedzenie wtrysku)
30 300
;
;
;
2
;
302; 50 05
;
;
Zadanie na OWT
Obliczy¢ tolerancje TA, TB i TE wymiarów A, B , E je»eli dopuszczamy, aby tolerancja TV
obj¦to±ci komory Vc nie przekroczyªa 10% obj¦to±ci nominalnej Vc nom.
W obliczeniach nale»y zastosowa¢ zasad¦, »e tolerancja wymiarów liniowych zale»y od wymiaru nominalnego wg zale»no±ci
q
[m]
Ti = 0; 45 a 3 Ai nom
c
gdzie: a { jest to wspóªczynnik klasy dokªadno±ci, Ti { tolerancja i tego wymiaru w mikrometrach, Ai { i ty wymiar w milimetrach.
Przyjmujemy, »e a jest staªe dla wymiarów A, B i E , czyli wymiary te s¡ wykonane w
tej samej klasie dokªadno±ci. Powy»sz¡ zale»no±¢ i wspóªczynnik klasy a zaleca do stosowania
mi¦dzynarodowa norma europejska PN-EN20286.
Wskazówki
a) wyprowadzi¢ wzór ogólny na obj¦to±¢ komory Vc w postaci Vc = f (0; A; B; E; F; R; ),
korzystaj¡c np. ze szkicu mechanizmu korbowego, zªo»onego z wektorów odpowiadaj¡cych
zmiennym niezale»nym.
b) dla zadanej warto±ci toleracji TV = 10% Vc nom obliczy¢ tolerancje »¡dane TA, TB i TE
korzytaj¡c z zalecanej zale»no±ci
q
[m]
Ti = 0; 45 a 3 Ai nom
c
Autor:
J. Jezierski
Koreferent: J. Bzowski
Zadanie 2
Podczas prac budowlanych zaistniaªa potrzeba podwieszenia do nieodksztaªcalnego stropu bardzo sztywnej belki poziomej za pomoc¡ trzech prostych pr¦tów stalowych. Dwa z tych
pr¦tów zainstalowano pionowo, za± trzeci z maªym ukosem, pod k¡tem (rys.1 - sytuacja I ).
Do±wiadczony in»ynier stwierdziª, »e ów trzeci pr¦t ÿnic nie da" z uwagi wªa±nie na swe odchylenie od pionu i zarz¡dziª dokonanie zmiany przez zainstalowanie trzeciego pr¦ta równie»
pionowo (rys.1 - sytuacja II ). Do belki miaª by¢ zaczepiony ci¦»ar P w miejscu pokazanym
na rysunku (rys.1 - sytuacja I i II ). Czy in»ynier miaª racj¦, wymagaj¡c wykonania opisanej
poprawki?
3
Rys.1
Nale»y wyznaczy¢ siªy w pr¦tach 1, 2, 3 w obu sytuacjach, tj. I i II pokazanych na rys.1 i
wyci¡gn¡¢ wnioski z otrzymanych wyników.
Zadanie nale»y rozwi¡za¢ na liczbach ogólnych.
Wskazówki:
1. Belk¦ nale»y traktowa¢ jako niesko«czenie sztywn¡ i nie uwzgl¦dnia¢ jej ci¦»aru wªasnego.
2. Punkty zamocowania pr¦tów w stropie i w belce nale»y traktowa¢ jako przegubowe.
3. Pr¦ty pod wpªywem ci¦»aru P ulegaj¡ wydªu»eniu proporcjonalnie do warto±ci siª w nich
panuj¡cych.
4. Wszystkie pr¦ty w obu sytuacjach maj¡ takie same pole przekroju poprzecznego A i s¡
wykonane z tego samego gatunku stali o module Younga E .
5. Wszystkie wymiary s¡ pokazane na rys.1.
Które z danych ogólnych okazaªy si¦ zb¦dne do rozwi¡zania zadania?
Autor:
W. Radomski
Koreferent: J. Bzowski
Zadanie 3
Urz¡dzenie chªodnicze skªada si¦ z komory chªodniczej, spr¦»arki, chªodnicy i rozpr¦»arki
rozmieszczonych jak na rysunku. Czynnik chªodniczy o wªasno±ciach gazu doskonaªego pracuje
wg. chªodniczego obiegu Joule'a. Obieg ten skªada si¦ z dwóch izobar (komora chªodnicza 4-1
i chªodnica 2-3) i z dwóch przemian izentropowych (spr¦»arka 1-2 i rozpr¦»arka 3-4).
4
Czynnik roboczy ma na wlocie do spr¦»arki (1) ci±nienie p1 i temperatur¦ t1, natomiast
za chªodnic¡ (3) temperatur¦ t3. Nat¦»enie przepªywu powietrza w urz¡dzeniu wynosi m_ . Moc
nap¦du spr¦»arki równa jest N .
Obliczy¢
{ temperatury w punktach 2 i 4 i ci±nienie panuj¡ce w chªodnicy,
{ ilo±¢ ciepªa oddawanego do otoczenia w chªodnicy,
{ ilo±¢ ciepªa odbieranego w komorze chªodniczej.
Dane
Czynnikiem roboczym jest powietrze traktowane jako gaz doskonaªy o cieple wªa±ciwym cp =
1; 01 kJ/(kg K) i wykªadniku adiabaty k = 1; 4.
Temperatura t1 = 15C, ci±nienie p1 = 0; 1 MPa, temperatura t3 = 15C, nat¦»enie przepªywu powietrza m_ = 0; 2 kg/s, moc spr¦»arki N = 12 kW.
Zaªo»enia
Obliczenia przeprowadzi¢ dla urz¡dzenia teoretycznego tzn. pomin¡¢ wszelkie straty cieplne i
mechaniczne.
Autor:
J. Bzowski
Koreferent: M. Jaworski
5