Краткий разбор задач

В предлагаемом разделе приведены краткие разборы решений задач, поставленных в первой части методических рекомендаций. Они включают в себя не всю последовательность действий, выполняемых при использовании того или иного метода, а лишь основные этапы, либо акцентируют внимание преподавателя на один из важных аспектов. Из за недостатка места в издании 87 года, в большинстве случаев не удалось показать возможные в ходе анализа развилки, альтернативные решения. Следовательно, предлагаемые в данном разделе ответы следует рассматривать не как контрольные или образцовые, а как одни из возможных. Поэтому использование этих задач на занятиях потребует от каждого преподавателя дополнительной самостоятельной работы.

Задача 1

Ограничить подвижность концентрата можно следующими способами:

а) ограничить свободу перемещения груза с помощью наружных средств (перегородки, прижим сверху и пр.);

б) изменить консистенцию груза (заморозить, высушить, намагнитить), увеличив его монолитность;

в) обеспечить отсутствие качки;

г) обеспечить отсутствие кренящих моментов при наличии качки и перетекании груза (например, организовать встречное движение потоков груза и пр.).

Анализ выданных авторских свидетельств показывает, что в основном изобретатели идут по двум первым направлениям. Так, например, предлагается фиксировать при перевозке железную руду с помощью магнитного поля. Существуют также решения, в которых сыпучие грузы смачивают, а потом замораживают, обжигают поверхность для образования жесткой корки, заполняют оставшееся пустым трюмное пространство надувными емкостями или поджимают грузы к верхней стенке трюма с помощью надувных элементов, установленных под грузом, и т.д.

Задача 2

Может быть предложен ряд мер:

а) организовать сцепление с углубленным участком дна;

б) организовать точку опоры в море.

Например по а.с. № 761363 предложено: выводить и разворачивать в море большой парус, фиксированный в вертикальном положении с помощью системы поплавков и грузов. Если к такому парусу приложить тянущий момент, возникнет усилие, которое в ряде случаев может быть достаточным;

в) уменьшить трение между дном судна и морским дном (мелью);

г) выполнить углубление под судном;

д) уменьшить вес (и осадку) судна.

Задача 3

Сделаны следующие предложения:

а) индикация состояния футеровки по параметрам, характерным для мельницы или ее узлов (резонансные частоты, теплопроводность, поглощение волн и пр.);

б) специально введенные для осуществления контроля элементы.

Пример решения. А.с. 756169. Датчик износа футеровки, например, барабанной мельницы, содержащий трубчатый корпус с гайкой и резьбой на внешней поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля без остановки работающего агрегата, конец корпуса, устанавливаемый в футеровке, герметизирован, а на внешнем конце расположена герметически сочлененная с корпусом сжатая камера из упругого материала типа резины, выполненная с возможностью изменения формы с чашеобразной на шарообразную при нарушении герметизации устанавливаемого в футеровке конца корпуса;

в) по началу воздействия среды на защищаемые элементы конструкции;

г) периодически проводимый ремонт футеровки (без контроля);

д) непрерывное "самовосстановление" элементов футеровки в процессе работы.

Задача 4

Предложено контролировать утечку жидкости следующим образом:

а) по изменению параметров в трубопроводе (падение давления на определенном участке и пр.);

б) по изменению параметров трубопровода;

в) с помощью специальных средств (датчиков), рассредоточенных на поверхности трубопровода.

В последнее время появилось большое число авторских свидетельств и патентов, выданных на способы, в которых индикацию нарушения герметичности осуществляют с помощью размещенного параллельно с трубопроводом элемента, взаимодействующего с вытекающей жидкостью. Интерес представляет анализ способов индикации. В Японии запатентована система, в которой по трубопроводу проложены два оголенных проводника, закрытых пористой оболочкой, охватывающей трубопровод. Если жидкость электропроводна, то вытекая она замкнет цепь, и место повреждения можно определить по месту короткого замыкания, т.е. по изменению сопротивления цепи. Если жидкость неэлектропроводна, то она может растворить в себе частицы соли, размещенные между проводниками. Известны также решения, в которых жидкость, попадая на пористый элемент, вызывает его разбухание; проводник, укрепленный на нем, сдвигается и прижимается к неподвижно укрепленному проводнику. Поиск дешевой и точной системы индикации еще далеко не завершен.

г) по изменению состояния окружающей среды (запах, звук, магнитные и электрические характеристики и т.п.);

д) собирая утекающую жидкость в специальные емкости, окружающие каждый трубопровод (например, объемное капиллярное покрытие всех трубопроводов).

Задача 5

- Предложены следующие способы:

а) изготовление отверстий в листе материала с помощью специально организованного процесса (лазером, электрохимическое травление, сверление и пр.);

б) сжатие пространственно распределенной структуры до требуемых параметров;

в) растяжение монолитной структуры до получения требуемой;

г) использование существующих в природе или получаемых вследствие иных технологических операций объектов.

Реально в настоящее время задача решается так: из тонких трубочек набирают объемную плотную конструкцию, которую спекают, сваривают или спаивают. Затем на специальных станках от этого монолита отрезают тонкие слои, представляющие собой необходимую ячеистую конструкцию.

Задача 6

Предложены следующие меры:

а) воздействие на органы чувств, не задействованные в нормальных условиях (например, обоняние, вестибулярный аппарат и пр.).

Пример решения. А.с. № 564648. Способ сигнализации о пожаре в производственных помещениях, преимущественно с большим уровнем шума, с наличием световых бликов от электросварки, заключающийся в подаче предупредительного сигнала, воздействующего на органы чувств-находящегося в помещении персонала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сигнализации, в качестве сигнализатора используют подаваемое в помещение резко пахнущее безвредное химическое вещество, например этилмеркаптан;

б) воздействие с помощью сигналов, аналогичных существующему шуму (звук, свет), но подаваемых по определенному закону (мелодия, резонансные частоты и пр.);

в) индивидуальное оповещение с помощью носимых средств.

Задача 7

Сделаны такие предложения:

а) заменить воздух в шкафу на другую среду, являющуюся хорошим проводником тепла;

б) ввести принудительную теплопередачу от элементов радиоэлектронной аппаратуры воздуху и от воздуха элементам конструкции шкафа.

Пример решения. А.с. № 718957. Устройство для охлаждения шкафа с радиоэлектронной аппаратурой, содержащее систему принудительной вентиляции, отличающее-с я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, оно снабжено сеткой, установленной в шкафу, и размещенным на ней с возможностью образования кипящего слоя порошком термостойкой пластмассы, например "антегмита";

в) вести тепловую связь элементов РЭА непосредственно с конструкцией шкафа.

Задача 8

Потери смазочного масла предложено определять:

а) по изменению химического состава окружающей среды (пары масла в воздухе, следы на повехностях бокса и т.д.);

б) по изменению процентного состава составляющих самого масла.

Пример решения. А.с. № 773491. Способ определения потерь смазочного масла от испарения путем введения в масло неиспаряющегося вещества с последующим определением изменения его концентрации в отработавшем масле, отличающий-с я тем, что, с целью повышения точности определения, в качестве неиспаряющегося вещества используют полиметилдихлорсилоксановую жидкость в количестве 0,05-1% от веса масла;

в) с помощью моделей (математических, физических);

г) по изменению веса агрегата до испытания и после;

д) по изменению характера и степени взаимодействия элементов конструкции друг с другом.

Задача 9

Предложено:

а) использование в эксперименте жидкости, пары которой избирательно оседают только на исследуемые частицы;

б) устранение частиц фона.

Пример решения. А.с. № 802842. Способ измерения микропримесей в потоке газа, включающий конвертирование примеси в молекулярные ядра конденсации, создание конденсирующего на ядрах пересыщенного пара проявителя путем смешения разнотем-пературных потоков и измерение концентрации образовавшегося аэрозоля, отличающийся тем, что, с целью повышения избирательности измерения,поток газа,обработанный парами вещества,образующими с мешающей примесью труднолетучие коагулирующие соединения, предварительно пропускают через аэрозольный фильтр;

в) изменение, измеряемыми частицами параметров аэрозоли (цвет, температура, магнитные, электрические свойства), позволяющее выделять аэрозоль данного типа из общего потока;

г) организация молекулярных ядер конденсации только для исследуемого типа частиц.

Пример решения. А.с. № 742768. 1. Способ измерения микропримесей в потоке газа, включающий конвертирование примеси в молекулярные ядра конденсации, создание конденсирующего на ядрах пересыщенного пара проявителя путем смешения разнотемпературных потоков и измерение концентрации образовавшегося аэрозоля, отличающийся тем, что, с целью повышения избирательности измерения, в поток газа предварительно вводят пары веществ, химически взаимодействующих с мешающими примесями или продуктами их конверсии с образованием неактивных в качестве молекулярных ядер конденсации соединений и не изменяющих способности к проявлению искомой примеси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения карбонилов металлов в присутствии галогеноорганических соединений, в качестве вещества, дезактивирующего проявление мешающих примесей, используют аммиак.

Задача 10

Основная ошибка, допущенная при формулировании задачи, состоит в том, что фактически дано две задачи: а) уменьшить потери тепла, б) уменьшить испарение воды. Они довольно близки, но тем не менее работа в одном ключе не получается - в процессе генераций все время происходят самопроизвольные "перескоки". Также нецелесообразно давать численные требования к решениям, поскольку мозговой штурм - метод качественных решений.

Задача 11

1. Косилка - сельскохозяйственная машина для скашивания трав и других растений.

2. Косилка характеризуется типом (вариантом) резания, видом рабочего органа, способом агрегатирования, расположением режущего аппарата относительно транспортного средства, способом подачи энергии на рабочие органы и источники энергии, составом дополнительных операций со скашиваемой массой.

3. А. Тип резания:

А1. Движение рабочих органов перпендикулярно направлению движения косилки в целом; А2. Круговое движение рабочих органов; A3. Движение по фронту; А4. Без движущихся рабочих органов (неподвижны относительно косилки) .

Б. Вид рабочего органа:

Б1. Твердый; Б2. Жидкий; БЗ. Газообразный.

В. Способ агрегатирования:

В1. Прицепная; В2. Навесная; ВЗ Самоходная.

Г. Расположение режущего аппарата относительно транспортного средства:

Г1. Фронтальное; Г2. Боковое; F3. Заднее; Г4. Нижнее.

Д. Источник энергии:

Д1. Собственный двигатель; Д2. От энергетической установки транспортирующего средства; ДЗ. От колес.

Е. Способ подачи энергии на рабочие органы:

Е1 . Механическая трансмиссия; Е2. Жидкостная (гидросистема); ЕЗ. Пневмосистема; Е4. Электрическая система.

Ж. Дополнительные операции со скашиваемой массой: Ж1. Измельчение; Ж2. Плющение; ЖЗ.Внесение консервирующих и прочих добавок; Ж4. Формирование тюков.

Полученная информация позволяет создать морфологический ящик

А1	А2	А3	А4
Б1	Б2	Б3	-
В1	В2	В3	-
Г1	Г2	Г3	Г4
Д1	Д2	Д3	-
Е1	Е2	Е3	Е4
Ж1	Ж2	Ж3	Ж4

Общее число вариантов составляет 6912.

Следует отметить, что не все из данных вариантов реализуемы. Так, например, параметр ВЗ не может быть объединен с параметром Д2. Однако и при учете этого в морфологическом ящике останется порядка 5000 вариантов.

Задача 12

1. Градирня - устройство для охлаждения воды (жидкости) атмосферным воздухом за счет испарения воды при ее движении под действием силы тяжести. (Следует иметь в виду, что практически мгновенное испарение одного процента воды позволяет понизить температуру оставшейся на шесть градусов).

2. Градирня характеризуется способом доставки воды в исходное положение, формой (типом) поверхности воды средствами активизации движения воздуха.

3. А. Способ доставки воды в исходное положение:

А1. Самотеком; А2. С помощью насосов;

A3. Периодически механическими средствами.

Б. Тип поверхности воды:

Б1. Капли; Б2. Пленка; БЗ. Объемный поток. В. Средства активизации движения воздуха:

В1. Вентиляторы; В2. Искусственное создание перепада давлений на входе и выходе (труба); ВЗ. Колебанием потока воды.

Морфологический ящик будет представлен в следующем виде

А1	А2	А3
Б1	Б2	Б3
В1	В2	В3

Задача 13

Устройство для отделения корнеклубнеплодов от механических примесей. Общее определение объекта должно привести к построению морфологического ящика большой общности. В ряде случаев целесообразно в определении указать некоторые заранее заданные признаки. Это позволяет сузить зону анализа, выявить оси на более конструктивной основе.

В качестве ограничения следует принять, что в устройстве должен использоваться принцип разделения по плотности. В связи с этим совокупность осей может иметь следующий вид:

А. Среда, в которой проводится разделение;

Б. Вид используемой энергии;

В. Зона ввода массы в объем;

Г. Зона вывода клубней из объема;

Д. Способ очистки рабочей среды.

Имея данные оси, можно построить матрицу со следующими вариантами:

A. Среда, в которой проводится разделение:

А1. Жидкость; А2. Мелко измельченное твердое тело (песок); A3. Газ; А4. Вакуум; А5. Искусственные объекты; А6. Без среды.

Б. Вид используемой энергии:

Б1. Механическое воздействие (движение массы); Б2. Энергия вращения; БЗ.Колебания; Б4. Энергия сжатого газа, Б5. Энергия жидкости, находящейся под давлением; Бб. Электрическая энергия; Б7. Магнитная энергия; Б8. Электромагнитные поля; Б9. Тепловые поля; Б10. Без энергии (следует учитывать, что энергия здесь понимается не в физическом, а в инженерном, техническом плане).

B. Зона ввода массы:

В1. На поверхность; В2. В объем; ВЗ. Под поверхность; В4. К боковой плоскости. Г. Зона вывода клубней:

Г1. С поверхности; Г2. Со стороны ребра.

Д. Способ очистки среды:

Д1. Непрерывной чподачей очищенной среды и заменой загрязненной; Д2. Периодический с промыванием; ДЗ. Периодический продувной; Д4.Без очистки среды.

Полученный морфологический ящик имеет следующий вид:

А1	А2	А3	А4	А5	А6	-	-	-	-
Б1	Б2	Б3	Б4	Б5	Б6	Б7	Б8	Б9	Б10
В1	В2	В3	В4	-	-	-	-	-	-
Г1	Г2	-	-	-	-	-	-	-	-
Д1	Д2	Д3	Д4	-	-	-	-	-	-

Суммарное число вариантов, приведенных в морфологическом ящике, составляет 1920.

Из полученного объема вариантов можно выбрать, например, следующий: А5, БЗ, В2, Г1, Д4. Его суть: масса поступает в объем, где ее подвергают механическим колебаниям, в результате которых масса расслаивается на зоны большей и меньшей плотности. Массу вводят в среднюю часть объекта. Картофель снимают с поверхности, а камни с нижней плоскости объема.

Задача 14

Подшипник - часть опоры вала или вращающейся оси, воспринимающая от них радиальные, осевые и радиально - осевые нагрузки и обеспечивающая их свободное вращение.

Подшипники могут быть разделены на основные классы по принципу взаимодействия (связи) вращающегося и неподвижного элементов. Такая связь может быть контактной [трение скольжения (А1), трение качения (А2)] и бесконтактной (A3). Детализация рабочих органов имеет смысл только при выборе конкретного класса. Самым общим делением может быть выявление классов возобновляемых (Б1) и невозобновляемых (Б2) рабочих органов. Также важным для характеристики подшипника является уточнение вида воспринимаемой нагрузки. Нагрузки могут быть радиальными (В1), осевыми (В2) и комбинированными (ВЗ).

Таким образом, в самом общем виде морфологический ящик для подшипников будет иметь вид:

А1	А2	А3
Б1	Б2	-
В1	В2	В3

Ящик включает в себя 18 вариантов. Комбинация А2, Б2, В1 описывает классический подшипник качения. Комбинация A3, Б1, В1 содержит в себе газодинамические подшипники, а комбинация A3, Б2, В2 дает общую формулу магнитного бесконтактного подпятника.

Задача 15

Геркон (герметизированный контакт) - герметизированное устройство с консольно выполненными пружинами, запаянными в стеклянную трубку и контактирующими под действием магнитного поля.

Данное определение взято из Политехнического словаря. Его анализ показывает неполноту определения. Так, например, неясно, почему пружины должны выполняться консольно, почему они должны именно запаиваться, обязательно в стеклянную трубку и почему контакт должен инициироваться только под действием магнитного поля. Приведенное определение описывает не весь возможный массив герметизированных контактов, а конкретную конструкцию. Обобщение этого определения позволяет сформулировать следующее определение:

Геркон - система помещенных в герметичную оболочку контактов, взаимодействие между которыми обеспечивается с помощью поля, проникающего через оболочку.

В этом случае можно будет выделить основные оси (составляющие) . Важной характеристикой является вид поля. Такими полями могут быть магнитное (А1), электростатическое (А2), тепловое (A3), световое (А4) И пр.

Выбор материала оболочки в данном случае является подчиненным по отношению к выбранному полю и в морфологический ящик не включается. Важно также определить характер закрепления контактов внутри геркона. Оно может быть консольное (Б1), защемленное в двух точках (Б2), многих точках (БЗ) и по всей поверхности (Б4).

Подвижность контактов дает третью ось. Оба контакта в контактной паре подвижны (В1); один контакт в паре неподвижен (В2); оба контакта неподвижны, контакт с помощью изменения свойств среды (ВЗ) . Вид ввода и герметизации контактов носит непринципиальный для данного рассмотрения характер.

Более важно указать на наличие в герконе усиливающих (Г1) или преобразующих поле (Г2) элементов, или же на их отсутствие (ГЗ). Общий вид морфологического ящика следующий:

А1	А2	А3	А4
Б1	Б2	Б3	Б4
В1	В2	В3	-
Г1	Г2	Г3	-

Задача 16

Клапан - деталь или устройстводля управления расходом газа, пара или жидкости в машинах и трубопроводах изменением площади проходного сечения.

Важнейшими осями для клапана будут: элемент, меняющий площать проходного сечения (А), характер изменения сечения протока (Б), источник энергии (В). Развертывание данных осей дает следующие варианты:

А. Специально вводимый в поток элемент (А1), участок трубопровода (А2), элементы проходящей по трубопроводу среды (А3).

Б. Изменением положения элемента относительно потока (Б1), изменением размеров элемента (Б2), изменением воздействия элемента на поток (Б3)

В. Электромагнитная энергия и др. (В1), мускульная энергия оператора (В2), энергия потока (В3).

В этом случае морфологический ящик будет иметь вид:

А1	А2	А3
Б1	Б2	Б3
В1	В2	В3

Общее число вариантов - 27. В морфологический ящик не вошли оси,определяющие характер регулирования клапаном, его назначение.

Задача 17

Плавка металла в вакууме. Процесс плавки и получения металла в вакууме характеризуется следующими основными параметрами: вид сырья (шихта А1, жидкий металл, полученный в печи открытой плавки А2, расходуемые заготовки A3); вид ввода материалов (шихты, металла, заготовок) в вакуум (непрерывный ввод Б1, периодический ввод Б2)j способ плавки (вакуумная индукционная плавка В1, вакуумная дуговая плавка В2, плавка в вакуумной электронно-лучевой печи ВЗ); способ рафинирования металла после плавки (рафинирование металла на холодном поду при электронно-лучевом обогреве Г1, рафинирование металла при индукционном обогреве Г2); способ разливки и кристаллизации (разливка и кристаллизация металла в вакууме Д1).

Морфологический ящик для процессов получения металла в вакууме будет иметь вид:

А1	А2	А3
Б1	Б2	-
В1	В2	В3
Г1	Г2	-
Д1	-	-

Он содержит в себе 36 вариантов, в том числе плавление твердой шихты в вакуумной индукционной печи, являющейся составной частью рафинированного агрегата, с последующей разливкой и кристаллизацией в вакууме (А1, Б2, В1, Г2, Д1), плавление расходуемой заготовки вакуумно-дуговым процессом с последующим рафинированием металла на холодном поду при электронно-лучевом обогреве, разливкой и кристаллизацией в вакууме (A3, Б2, В2, Г1, Д1) и др. (Можно видеть, что ось "Д" в данном ящике не имеет практического смысла, ее можно было бы устранить или заменить на иную, более важную переменную - Ред).

Задача 18

Лифт - стационарный подъемник прерывного действия с вертикальным движением кабины или платформы по жестким направляющим,установленным в огражденной со всех сторон шахте.

Общая характеристика лифтов, используемых в жилых домах, должна включать в себя следующие составляющие: место установки шахты (внутри дома А1, снаружи, у внешней стены дома А2, вне дома A3); способ перемещения кабины (тросовая система Б1, движение по направляющим с помощью колесной системы Б2, реактивная система БЗ); вид управления (автоматический В1, ручной В2); источник энергии (вынесенный Г1, мобильный Г2, мускульная сила пассажиров ГЗ).

В этом случае морфологический ящик будет иметь вид:

А1	А2	А3
Б1	Б2	Б3
В1	В2	-
Г1	Г2	Г3

Он включает в себя 54 варианта.

Задача 19

Труба сама подает сигнал о движении пара. Уточняя ситуацию, можно потребовать, чтобы это сообщение делала не вся тепловая труба, а жесткий корпус, либо фитиль, либо пар, либо жидкость. Ясно только одно - тепловая труба является настолько простым и безотказным устройством, что объединить ее со сложной измерительной аппаратурой - значит все испортить. Изобретатели с честью вышли из трудного положения: было предложено в корпус тепловой трубы вделать обычный свисток. Как толко труба выходит на рабочий режим, это становится известно всем.

Задача 20

Бракованный шарик сам отделяется от массы качественных. Пример решения: А.с. 735329 Способ отбраковки шариков по поверхностным дефектам путем скатывания шаров по наклонной плоскости с начальной ориентацией направления их скатывания и разделения их в соответствии с траекторией движения в зависимости от поверхностных дефектов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества отбраковки, скатывание шаров по плоскости осуществляют с равномерным замедлением. пространстве

Рис

Задача 21

Достижение равномерного распределения теплоносителя с помощью специально созданных средств, как правило, считается делом сложным, неприменимым в малых объемах. . Переформулировка этой проблемы с помощью принципа идеальности имеет следующий вид: "Теплоноситель сам равномерно распределяется по внутреннему объему" или "Внутренний объем тела качения сам равномерно распределяет теплоноситель" (поднимает часть теплоносителя).

Пример решения. А.с. N 777273. Подшипник качения, содержащий внутреннее и наружное кольца с размещенными между ними полыми телами качения, частично заполненными теплоносителем, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности подшипника путем обеспечения автоматической балансировки массы тел качения, внутренняя поверхность каждого тела качения имеет капиллярно-пористую структуру.

Задача 22

Выведение шлифовального круга из работы для его очистки снижает эффективность осуществления основного технологического процесса. Дальнейшее развитие процесса требует уменьшения потерь времени на эту операцию и отказа от оборудования, специально осуществляющего очистку. Формулировка ИКР имеет вид: Шлифовальный круг сам отталкивает от себя пристающие частицы непосредственно в процессе работы.

Пример решения. А.с. С 562418. Шлифовальный круг не засалится, если на его поверхности и на детали создать одинаковые по знаку и величине электрические потенциалы. Вблизи круга устанавливают разрядник и источник постоянного тока, один полюс которого соединяют с разрядником и деталью, а другой подключают к станку.

Задача 23

Согласно а.с. № 582914 об остроте режущей кромки инструмента предложено судить по искре, изменяя напряжение в дуговом промежутке между кромкой и электродом в момент возникновения коронного разряда.

Данное решение также можно отнести к числу повышающих идеальность технической системы. Ведь в какой-то мере инструмент "сам" определяет остроту кромки, активно участвуя в процессе измерения, а не оставляя эту процедуру лишь измерительному комплексу.

Задача 24

В решении этой задачи возможны варианты. Как правило, модели строят исходя из активности инструмента обработки - трубы. Модели имеют следующий вид: "Труба сама удерживает лед до его полного растаивания". Однако эта внешне вполне качественная модель при ближайшем рассмотрении значительно усложняется. Если труба держит лед до конца, значит она удерживает и его мельчайшие части. В то же время труба должна пропускать через себя крупные дождевые потоки с различными загрязнителями (листья и пр.). Следовательно, модель придется переформулировать следующим образом: "Труба сама отличает лед от всего остального". Более идеальная модель может быть построена на основе самого льда. Лед сам удерживается внутри трубы до полного таяния.

Пример решения. А.с. № 771291. Водосточная труба, включающая водосборную воронку, прикрепленную около ската крыши, колена обхода карниза и слива, отличающаяся тем, что, с целью создания защиты от повреждения падающим внутри трубы льдом, труба снабжена отрезком произвольно изогнутой проволоки, расположенной со стороны воронки внутри трубы и прикрепленной верхним концом к скату крыши.

Задача 25

Формулировка требования - "шпилька сама клеймится", задает рамки системы, в которой будет происходить данная операция. Сама по себе эта формулировка является эвристической подсказкой. Однако методически верно будет

уточнить ее. Необходимо раскрыть смысл термина "клеймится". Клеймение осуществляют ударом молотка с клеймом на бойке, т.е. клейму придают определенную кинетическую энергию, которая при соударении со шпилькой деформирует металл. Иными словами, задача рабочего или механической системы (гидро-, пневмопресс) - придать энергию, обеспечить соударение. Теперь требование может звучать так: шпилька сама накапливает энергию (разгоняется) и ударяет по клейму. Можно ли представить себе эту картину? Конечно, это сделать намного проще, чем в первоначальном варианте. Шпилька может сама разогнаться, если ее бросить вниз. Упасть точно на клеймо - задача более трудная. Необходимо организовать процесс падения, он должен происходить в каких-то направляющих. А как поднять шпильку на высоту, с которой она будет падать?. Это делать не надо, так как шпилька после обработки на станке находится на определенной высоте (разумеется, здесь речь идет о достаточно тяжелой детали - с массой не меньше 500г).

Задача 26

Воздух над поверхностью стали сам препятствует выходу из металла азота.

Пример решения. А.с. № 722953. Способ выплавки стали в электродуговых печах, включающий загрузку шихты, плавление, окислительный и восстановительный периоды, отличающийся тем, что, с целью повышения концентрации азота в легированной сварочной стали до 0,012-0,01% в период плавления, окислительный и восстановительный периоды, в рабочее пространство печи подают углекислый газ с расходом 0,1 -0,3 кВ/т-мин под давлением 1,2-2 атм. Аналог: при работе лампы накаливания с поверхности вольфрамовой нити происходит интенсивное испарение вольфрама, что приводит к быстрому ее утонению и пережогу. Решение - поднимать давление инертных газов в колбе.

При разборе ряда рассматриваемых ниже задач будут использованы следующие сокращения:

ТП - техническое противоречие,

ФП - физическое противоречие,

ОР - обобщенное решение,

ПР - принципиальное решение,

СР - структурное решение,

ФР - физическое решение,

ТР - техническое решение,

УК - узловой компонент технической системы,

ИКР - идеальный конечный результат,

ИКР-2 - уточненная формулировка ИКР,

ГФ - главная функция,

ПЭ - положительный эффект,

ОЭ - отрицательный эффект,

НЭ - нежелательный эффект,

ИЭ - измененный элемент,

ВС - внешняя среда.

Задача 27

ТП. Обеспечивая частую смену стекол, можно улучшить условия работы, но при этом происходит удорожание системы.

ФП. Очки должны быть из защитных стекол (для обеспечения условий труда) и они должны быть из прозрачных стекол (для снижения цены).

ОР. Противоречие разрешается в пространстве. Поверх защитных стекол очков для газовой сварки вставляют еще одни из обычного оконного стекла. Они не дефицитны. Авторское свидетельство на это не выдали, но решение любопытное.

Задача 28

ТП. Увеличивая диаметр термопары, можно повысить ее прочность, но при этом ухудшается точность измерений.

ФП. Термопара должна иметь большой диаметр (прочность) и малый диаметр (скорость и точность измерения).

ОР. Противоречие разрешается во времени, в пространстве и в отношениях.

ПР. а) монтировать в кожухах, снимать их после монтажа;

б) обеспечивать подвод толстым проводом, оставив тонкий провод только в зоне спая;

в) изменить геометрию сечения термопары.

Принципиальные решения по пунктам а) и б) не нуждаются в расшифровке. На предложения, использующие данные принципы, выданы авторские свидетельства. Интерес представляет устранение противоречия в отношениях. Предложено изменить геометрию жил таким образом, чтобы увеличение сечения провода не приводило к уменьшению отношения сечение - периметр. Это, например, термопара в виде ленты. Как известно, у ленты высокие прочностные показатели сочетаются с хорошо развитой поверхностью.

Задача 29

ТП. При ловле рыбы на свет погружение лампы под воду дает возможность привлекать рыбу, но уменьшает надежность лампы.

ФП. Лампа должна быть под водой и не должна быть под водой.

ОР. Противоречие устраняется в пространстве.

ПР. Обеспечить подачу светового потока от лампы, установленной на корабле, под воду.

В а.с. № 490450 описывается устройство для непрерывного лова рыбы, отличительной особенностью которого является то, что лампы установлены над поверхностью воды, например на борту корабля, а свет к зонам лова поступает по световодам.

Задача 30

Подавая через гидромонитор воду, насыщенную песком, можно обрабатывать деталь, но при этом быстро изнашивается сопло гидромонитора.

Песок в воде должен быть (обработка) и не должен быть (сохранность монитора). Противоречие разрешимо в пространстве.

а) вводить песок в воду после выхода ее из сопла;

б) создавать неоднородную систему, защищая стенки сопла чистой водой, транспортируя песок в центре струи..

Пример решения. А.с. № 569388. Способ очистки отливок, включающий подачу на очищаемую поверхность струи воды под высоким давлением, отличающийся тем, что, с целью уменьшения износа сопел гидромонитора, перед подачей струи отливки помещают в ванну с водой и песком.

Задача 31

ТП. Увеличивая диаметр токоподвода, можно улучшить условия горения дуги, но при этом ухудшается точность измерения.

ФП. Контакт токоподвода с весами должен быть и его не должно быть.

ОР. Противоречие устраняется в отношениях.

ПР. Обеспечивать токоподвод с помощью принципиально не жесткой среды (жидкость, газ и пр.).

Пример решения. А.с. № 707713. Срособ измерения давления сварочной дуги, при котором исследуемую дугу зажигают на рабочей поверхности подвижного чувствительного прибора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерения, токоподвод к чувствительному элементу от источника питания дуги осуществляют вспомогательной электрической дугой, которую зажигают на нерабочей поверхности чувствительного элемента и подключают последовательно с исследуемой.

Рис

Задача 32

ТП. Увеличивая интенсивность обработки, ухудшают точность, так как происходит износ инструмента.

ФП. Инструмент должен контактировать с абразивными частицами (обработкадетали) ине должен контактировать (сохранение инструмента).

ОР. Противоречие устраняется в отношениях.

ПР. Инструмент взаимодействует с абразивом не непосредственно, а через постоянно сменяемый элемент-посредник.

Пример решения. А.с. № 732025. Способ ультразвуковой обработки полостей и канавок цилиндрической формы прямым копированием, при котором рабочий инструмент прижат к обрабатываемой поверхности, а в зону обработки подают абразивную суспензию, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки путем снижения износа ультразвукового инструмента, под рабочий торец инструмента помещают металлическую ленту и передвигают ее по цилиндрической поверхности торца в направлении, перпендикулярном образующей цилиндра.

Рис

Задача 33

ТП. Увеличивая свободную поверхность окна, можно улучшить обзорность, но при этом ухудшается безопасность работы, увеличиваются потери дроби.

ФП. Отверстие должно быть для прохода света и не должно

быть для пролета дроби.

ОР. Противоречие устраняется в отношениях и во времени.

ПР. Отверстие открывают на время, достаточное для прохода квантов света, но не достаточное для пролета дроби.

В изобретении по а.с. № 546465 предлагается в смотровом окне дробеструйной камеры установить вращающуюся крыльчатку. При достаточно быстром вращении лопасти станут "прозрачными", а дробь к стеклу не пропустят. Вращать крыльчатку можно отработанным воздухом, удаляемым из камеры.

Задача 34

ТП. Закрывая окна нагревательных печей, можно защищать печи от потерь тепла, но тогда нет информации о процессах, происходящих в печи.

.ФП. Отверстие должно быть для света и не должно быть для

теплового излучения.

OP. Противоречие разрешается в отношениях.

ПР. Преграда, отражающая тепловые лучи, но пропускающая световые.

Пример решения. А.с. № 771175. Способ уплотнения рабочих окон нагревательных печей с помощью газовой завесы, включающий подачу и отвод газа, отличающийся тем, что, с целью уменьшения тепловых потерь за счет повышенной отражательной способности завесы, одновременно в потоке газа подают мелкодисперсные твердые или жидкие частицы.

.Задача 35

ТП. Увеличивая осадку судна, можно обеспечивать его прохождение под мостом, но судно при этом может затонуть.

ФП. Осадка должна быть и большой, и малой.

ОР. Противоречие разрешимо в отношениях.

ПР. Использовать элемент-посредник.

Пример решения. А.с. № 770921. Способ проводки судов под мостами с помощью надводной камеры, снабженной балластными отсеками, заполняемыми водой, при котором заполняют камеру водой до уровня акватории, открывают батопорт, заводят судно в камеру, закрывают батопорт, заполняют балластные отсеки камеры водой, проводят камеру под мостом, осушают балластные отсеки до всплытия камеры в первоначальное положение, открывают батопорт и выводят судно, отличающийся тем, что, с целью уменьшения надводного вертикального.габарита проводимого судна относительно уровня воды, после заводки судна в камеру заполняют балластные отсеки камеры водой из-за борта, а после проводки осушают балластные отсеки за борт.

Задача 36

ТП. Увеличивая температуру стенок опреснителя, можно повышать производительность, но при этом уменьшается ресурс (из-за накипеобразования). ФП. Стенки должны быть горячими (испарение) и должны быть холодными (предотвращение накипеобразования).

ОР. Противоречие разрешается в пространстве.

ПР. Обеспечить нагрев воды в одном месте, а кипение в другом.

Пример решения. А.с. № 710966. Способ опреснения минерализованной воды, включающий введение: минеральной кислоты и затравочных кристаллов безводного сульфата кальция и обработку полученного раствора в многокорпусной выпарной установке, отличающийся тем, что, с целью снижения накипеобразования, вводят затравочные кристаллы с размером частиц 0,01-5 мкм и обработку раствора в первом корпусе ведут при 130-180°С при степени выпаривания в процессе 5-50. Решение интересное, но не единственное. Если поднять давление в сосуде, где происходит нагрев, жидкость не будет кипеть, а значит, не будет и интенсивного осаждения осадка на стенки. Затем жидкость впрыскивают в камеру с нормальным давлением, происходит кипение жидкости и осаждение осадка на стенки, но эти стенки не являются нагревателями, поэтому ресурс работы установки существенно возрастает.

Задача 37

Обеспечивая срыв паровой рубашки с помощью перемешивания жидкости, можно улучшать процесс закалки изделия, но при этом усложняется система. Контакт изделия с жидкостью должен быть и не должен быть.

Противоречие разрешается в пространстве и в отношениях.

Временно увеличить площадь изделия, обеспечить условия, при которых пар не образуется. Пример решения. А.с. № 735647. Устройство для закалки изделий,-содержащее ванну, отличающееся тем, что, с целью . повышения скорости и качества закалки путем разрушения паровой рубашки, оно снабжено вертикально установленными в ванне металлическими стенками.

Решение также не единственное.

Если в камере поднять давление, можно избавиться от паровой подушки или существенно ее уменьшить.

Задача 38

ТП. Уменьшая диаметр капилляров, можно увеличивать высоту передачи тепла, но при этом уменьшается интенсивность теплового потока.

ФП. Диаметр капилляров должен быть большим и должен быть маленьким.

ОР. Противоречие разрешимо в пространстве.

ПР. Верхняя часть капилляра должна быть тонкой, а вся остальная часть может быть толстой. Жидкость в этом случае удерживается в капилляре, сопротивление не возрастает.

ТР. На стенке трубы размещен первый слой фитиля. Он выполнен крупнопористым. Затем идет второй мелкопористый слой. Такая конструкция фитиля совмещает в себе противоречивые требования: большую пропускную способность и большую высоту подъема жидкости.

Окончание следует.