Ситуационные задачи по физике по теме "Электрические явления" для профессии МОГР
учебно-методический материал

Ситуационные задачи  по теме «Электрические явления» для профессии 21.01.08. Машинист на открытых горных работах

  Задача 1: "Мертвая" смена

Ситуация:

Раннее холодное утро на строительной площадке. Оператор Иван приходит на смену, чтобы начать подготовку участка под фундамент. Он садится в бульдозер, поворачивает ключ зажигания, но вместо привычного шума стартера слышит лишь слабый щелчок и полное молчание. Панель приборов не загорается, фары не включаются. До начала работ осталось 15 минут, и срыв графика недопустим.

Вопросы:

1. Какова наиболее вероятная электрическая причина такого поведения бульдозера?

2. Какие первоначальные действия должен предпринять Иван, чтобы попытаться запустить машину?

3. Если аккумулятор разряжен, какие есть варианты экстренного запуска бульдозера на строительной площадке?

4. Какие элементы электрической цепи задействованы при запуске двигателя бульдозера?

Задача 2: Потеря видимости в ночную смену

Ситуация:

Бульдозерист Алексей работает в ночную смену, разравнивая грунт. Внезапно, все рабочие фары и головной свет бульдозера гаснут одновременно. Остаются гореть только тусклые габаритные огни. На улице полная темнота, а работы нужно завершить к утру, чтобы не остановить укладку асфальта.

Вопросы:

1. Каковы возможные электрические причины одновременного отказа всех основных фар? (Назовите не менее трех).

2. Какие действия должен предпринять Алексей для обеспечения безопасности и попытаться восстановить освещение?

3. Какую роль в электрической цепи освещения играют предохранители и реле?

4. Предположим, проблема была в перегоревшем предохранителе. Почему это могло произойти?

Задача 3: Загадочное падение мощности

Ситуация:

Во время интенсивных работ по перемещению тяжелых объемов грунта, оператор Павел замечает, что бульдозер начал терять мощность. Двигатель работает, но обороты плавают, и тяга значительно уменьшилась. На приборной панели загорелась контрольная лампа с изображением аккумулятора, а вольтметр показывает низкое напряжение.

Вопросы:

1. С чем, скорее всего, связана проблема, сигнализируемая контрольной лампой аккумулятора и низким напряжением?

2. Как эта электрическая неисправность может быть связана с потерей мощности двигателя? (Подсказка: современные бульдозеры оснащены электронными системами управления).

3. Какие электрические компоненты требуют проверки в первую очередь?

4. Каковы могут быть последствия продолжительной работы бульдозера с такой неисправностью?

Задача 4: Опасная встреча с проводами

Ситуация:

Бульдозер под управлением Михаила работает на участке, где проходят старые воздушные линии электропередач. При поднятии отвала для выгрузки грунта, Михаил случайно задевает один из проводов отвалом. Раздается характерный треск, и из точки контакта посыпались искры. Бульдозер глохнет.

Вопросы:

1. Что должен немедленно сделать Михаил? (Назовите последовательность действий).

2. Почему опасно покидать кабину бульдозера в такой ситуации?

3. Какие электрические цепи бульдозера могли пострадать в результате этого инцидента?

4. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при работе вблизи линий электропередач

Ответы:

Задача 1: "Мертвая" смена

1.  Наиболее вероятная электрическая причина:

• Полностью разряженный аккумулятор (АКБ) – чаще всего из-за длительного простоя, низких температур, забытых включенных потребителей или неисправности системы зарядки (генератора).
• Окисление или ослабление контактов на клеммах аккумулятора – даже заряженный аккумулятор не сможет передать ток.
• Неисправность основного предохранителя или выключателя массы.

2.  Первоначальные действия Ивана:

• Проверить клеммы аккумулятора: Визуально осмотреть на предмет окисления (белый или сине-зеленый налет) и руками проверить надежность затяжки. Попытаться очистить и подтянуть.
• Проверить основной выключатель массы (если есть): Убедиться, что он включен.
• Попробовать включить зажигание еще раз: Иногда плохой контакт может "пробиться".
• Проверить контрольные лампы на панели: Если они не загораются совсем, это подтверждает отсутствие питания.

3. Варианты экстренного запуска при разряженном аккумуляторе:

    "Прикуривание" (запуск от внешнего источника):Использование пусковых кабелей от другого бульдозера, грузовика или специализированного пускового устройства (бустера). Важно соблюдать правильную последовательность подключения!

• Замена аккумулятора: Если есть запасной заряженный аккумулятор подходящей емкости.
• Пуско-зарядное устройство: Если доступна электросеть и есть время.

4.  Элементы электрической цепи при запуске двигателя:

• Аккумуляторная батарея (АКБ):Источник энергии.
• Выключатель массы: Размыкает/замыкает цепь питания (если установлен).
• Замок зажигания: Передает команду на включение стартера.
• Стартерное реле (соленоид стартера): Мощное реле, которое передает большой ток от аккумулятора к стартеру.
• Стартер: Электродвигатель, который вращает коленчатый вал для запуска ДВС.
• Провода и клеммы: Обеспечивают электрическое соединение.

Задача 2: Потеря видимости в ночную смену

1.  Возможные электрические причины одновременного отказа всех основных фар:

• Перегорел основной предохранитель цепи освещения: Наиболее частая причина одновременного отказа.
• Неисправность реле света: Если одно реле управляет несколькими цепями освещения.
• Неисправность самого переключателя света: Отсутствие контакта внутри переключателя.
• Обрыв общего провода питания  к цепям освещения.

2.  Действия Алексея:

• Немедленно остановить работу: Обеспечить безопасность себя и окружающих.
• Включить аварийные габаритные огни (или оставшиеся рабочие/поворотные огни): Чтобы обозначить бульдозер на площадке.
• Попытаться найти и заменить перегоревший предохранитель: Проверить блок предохранителей, используя схему или опыт.
• Проверить соединения переключателя света и реле: Если доступно и безопасно.
• Использовать вспомогательные средства: Если есть мощный фонарь, закрепить его для временного освещения. Связаться с диспетчером/бригадиром.

3.  Роль предохранителей и реле в электрической цепи освещения:

    Предохранители: Защищают цепь от перегрузки по току и коротких замыканий. При превышении допустимого тока плавкий элемент предохранителя перегорает, размыкая цепь и предотвращая повреждение проводки и других компонентов (например, возгорание).

    Реле: Используются для коммутации сильноточных цепей с помощью слаботочных сигналов. Это позволяет использовать менее массивные и долговечные переключатели в кабине, так как они управляют лишь малой частью тока, а реле, расположенное ближе к потребителю (фарам), пропускает через себя большой ток.

4.  Почему мог перегореть предохранитель

• Короткое замыкание: Повреждение изоляции провода, касание провода массой или другим проводом.
• Перегрузка цепи: Подключение слишком мощных ламп или дополнительного оборудования.
• Неисправность одной из фар: Внутреннее короткое замыкание в лампе или патроне.
• Скачок напряжения: Резкое увеличение напряжения в бортовой сети.

Задача 3: Загадочное падение мощности

1.  С чем, скорее всего, связана проблема:

Контрольная лампа аккумулятора и низкое напряжение прямо указывают на неисправность системы зарядки. Наиболее вероятные причины:

• Неисправность генератора (альтернатора): Он не вырабатывает достаточный ток для питания бортовой сети и зарядки аккумулятора.
• Обрыв или проскальзывание приводного ремня генератора: Генератор не вращается или вращается недостаточно быстро.
• Неисправность регулятора напряжения: Он не может поддерживать стабильное напряжение.

2.  Как электрическая неисправность связана с потерей мощности двигателя:

Современные бульдозеры оснащены электронными блоками управления двигателем (ЭБУ/ECM), которые контролируют подачу топлива, момент впрыска, зажигание, работу турбины и множество других параметров. ЭБУ и многочисленные датчики (температуры, давления, положения дроссельной заслонки, оборотов и т.д.) требуют стабильного электропитания.  Низкое напряжение приводит к некорректной работе ЭБУ и датчиков: Сбои в работе топливных форсунок. Неправильные показания датчиков, что ведет к ошибкам в расчете топливовоздушной смеси. ЭБУ может перейти в "аварийный режим" (limp mode), который намеренно снижает мощность двигателя, чтобы предотвратить дальнейшие повреждения из-за нестабильного питания или ложных сигналов.В дизельных двигателях это может повлиять на работу топливного насоса и системы впрыска.

3.  Электрические компоненты для проверки в первую очередь:

• Приводной ремень генератора: Проверить его целостность и натяжение.
• Генератор: Проверить его выходное напряжение и ток (с помощью мультиметра), а также его электрические соединения.
• Аккумулятор: Проверить его заряд и состояние клемм.
• Регулятор напряжения: Проверить его работоспособность (часто он интегрирован в генератор).
• Главный предохранитель/автомат цепи зарядки.

4.  Последствия продолжительной работы с такой неисправностью:

• Полная разрядка аккумулятора: Бульдозер заглохнет и не сможет завестись.
• Повреждение электронных компонентов: ЭБУ, датчики и другие электронные модули очень чувствительны к нестабильному и низкому напряжению.
• Увеличенный износ двигателя: Из-за неправильной работы систем впрыска и других систем управления.
• Снижение производительности и экономичности: Бульдозер будет работать медленнее и потреблять больше топлива.
• Поломка посреди работы: Может привести к остановке всего рабочего процесса и дополнительным расходам.
• Задача 4: Опасная встреча с проводами

1.  Немедленные действия Михаила:

• НЕ ВЫХОДИТЬ ИЗ КАБИНЫ! Это самое важное правило. Кабина является изолированной зоной (клеткой Фарадея).
• Попытаться отъехать от проводов, если это возможно без дальнейшего ухудшения ситуации (не зацепить другие провода, не спровоцировать падение опоры).
• Если отъехать невозможно, оставаться в кабине и немедленно вызвать помощь (диспетчера, бригадира, экстренные службы, энергетиков) по радиосвязи или телефону, четко указав местоположение и ситуацию.
• Предупредить всех окружающих держаться на безопасном расстоянии от машины (зона поражения шаговым напряжением).

2.  Почему опасно покидать кабину:

• При контакте машины с линией электропередач, электрический ток может пойти через машину в землю, создавая вокруг машины опасную зону шагового напряжения.
• Если Михаил выйдет из кабины и коснется земли, его тело станет частью электрической цепи, и через него пройдет ток, что смертельно опасно.
• Даже если он не коснется самой машины, но наступит на землю вблизи неё, из-за разницы потенциалов между ногами может возникнуть шаговое напряжение, способное вызвать смертельный удар током.

3.  Какие электрические цепи бульдозера могли пострадать:

• Основная электрическая цепь: Всё электрооборудование, включая аккумулятор, генератор, стартер, может быть повреждено из-за перегрузки, короткого замыкания или скачка напряжения.
• Электронные блоки управления (ЭБУ) и датчики: Они особенно чувствительны к перенапряжению и могут выйти из строя.
• Проводка: Могла расплавиться, закоротить или загореться.
• Шины: В месте контакта с землей ток может пройти через шины, повреждая их.

4.  Меры предосторожности при работе вблизи линий электропередач:

• Планирование: Заранее выявлять все воздушные и подземные инженерные сети на участке.
• Обозначение: Размечать опасные зоны, где проходят линии электропередач.
• Безопасные расстояния: Строго соблюдать нормативные безопасные расстояния до проводов, установленные для данного напряжения.
• Постоянное наблюдение: Использовать сигнальщика/наблюдателя, который следит за положением машины и проводов.
• Обучение: Операторы должны проходить специальное обучение по работе вблизи электроустановок и действиям в аварийных ситуациях.
• Заземление: В некоторых случаях может потребоваться дополнительное заземление машины.
• НИКОГДА не полагаться на изоляцию проводов. Всегда считать их под напряжением.