Задачи: разделение щепы, фильтр из металлоткани. 7 Система стандартов риз. 36 8 Использование химэффектов в изобретательстве 39

Вид материала

Задача

Содержание ИКР-2: "Хватательные частицы" сами 4.2. Раскачивание люльки элеватора 4.3. Высоковольтные изоляторы запыляются 4.4. Автомат - пробоотборник жидких стоков. Ход решения

Подобный материал:

• Фильтр каталитической очистки газа, 31.85kb.
• Лекция №14-2008. Система стандартов российской федерации по защите информации, 198.62kb.
• Политика в области качества и охраны окружающей среды ОАО «соломбальский лдк», 22.18kb.
• Питания состоит из: топливный бак, топливный фильтр отстойник, топливный насос, карбюратор, 56.92kb.
• А. И. Майоров 2009 г. Техническое задание, 31.77kb.
• Система стандартов безопасности труда система управления охраной труда в организации, 3661.78kb.
• Темы курсовых работ по курсу «Практический аудит» Система нормативного регулирования, 15.99kb.
• Национальный стандарт российской федерации система стандартов безопасности труда система, 959.36kb.
• 2. Международное разделение труда, научно-техническая революция (нтр) и мировое хозяйство, 137.35kb.
• 2. Международное разделение труда, научно-техническая революция (нтр) и мировое хозяйство, 138.91kb.

сам быстро отделяет твердые частицы любого размера в зоне контакта струи керосина с металлом во время очистки керосина, не усложняя систему очистки.

Шаг 3.3 Макро-ФП: Ячейка фильтра должна быть маленькой, чтобы хорошо удерживать твердые частицы из керосина, и должна быть большой, чтобы уменьшить трение керосина о стенки и электризацию керосина при фильтрации. Или в ячейке фильтра должны силы трения, чтобы задерживать твердые частицы, и не должно быть сил трения, чтобы не было электризации керосина.

Шаг 3.4 Микро-ФП: В ячейке фильтра должны быть "хватательные" частицы, чтобы удерживать твердые частицы из керосина, не должно быть таких частиц, чтобы не тормозить движение керосина.

Шаг 3.5 ИКР-2: "Хватательные частицы" сами выделяются при очистке керосина, обеспечивая удержание всех твердых частиц из него и не давал возможности вторичного укрупнения частиц после очистки.

Шаг З.б Разрешение ФП с помощью вепольного анализа и стандартов: имеются "хватательные" частицы фильтра и разных размеров твердые частицы в керосине, но между ними нет хорошего взаимодействия -

Пмех трения действует плохо (оказывает большое сопротивление фильтрации, электризация керосина приводит к побочным эффектам укрупнения частиц после фильтрации). Значит, надо в данном веполе перейти к более эффективному полю по сравнению с механическим - на основе принципа "замены механических полей". Проследим по МАТЭМЭмХ за другими полями с позиций "хватательных" частиц по отношению к частицам из керосина: Птрения можно заменить ПЦБС центробежных сил (НЭ: резкое усложнение ТС), Акустические поля - могут помочь сбору частиц в определенных зонах стоячие волны, но нет сил, обуславливающих их "схватывание" и отделение; Птепла – усиливает колебания частиц, а Пхолода может привести к сцеплению-смерзанию частиц при наличии в керосине следов влаги; Пэл - электростатические силы – в задаче сказано, что Пэл приводит к слипанию частиц менее 8 микрон до более 100 микрон и что такие большие частицы сами быстро отстаиваются в Пгравитации без фильтрации. Не опереться ли на прием "вред в пользу"? Поля магнитное и электромагнитное на большинство пылинок не действуют. Пхим -химический эффект сцепления частиц, надо что-то липучее в керосин добавить... (НЭ: сложно, не испортить бы керосин?) (Рис.30)



Рис.30. Новая схема очистки керосина (без фильтра).


Таким образом предлагается (cм. ИР. 1981, № 2): усилить электризацию керосина до фильтрации в емкости для хранения путем увеличения взаимной скорости керосина и металла таким образом, чтобы обеспечить предварительное слипание всех мельчайших частиц пыли и их оседание; поскольку трудно увеличить скорость керосина, то по принципу "наоборот" опустить в бак с керосином металлический диск и вращать его там с большой скоростью. В результате усиленной электризации керосина возникают в нем очень крупные частицы, которые быстро отстаиваются в баке, не требуя фильтрации (т.е. как бы размер пор фильтра увеличился до "бесконечности" - до размера бака - отстойника). Скорость и качество очистки керосина резко возросли, уменьшилась сложность системы очистки керосина. Использованы следующие методические принципы: физ-эффект "Электризация" и его усиление за счет усиления трения, приемы "наоборот", "вред в пользу" и "предварительного действия".



Рис.31. Векторы сил люльки элеватора.

4.2. РАСКАЧИВАНИЕ ЛЮЛЬКИ ЭЛЕВАТОРА

Люльки цепного элеватора рычагами прикреплены к двум цепям, передвигаемым зубчатыми колесами, цепи замкнуты. При движении на повороте (при огибании ведущего и ведомого колес) люльки сильно раскачиваются из-за различия направлений векторов инерции и углового ускорения. Чтобы люльки не раскачивались, обеспечивают их двухопорное движение - для этого каждую боковину люльки снабжают двумя, тремя и более опорными роликами, которые движутся по своим направляющим в зависимости от положения люльки относительно элеватора и несущей цепи: слева, справа или при огибании цепью колеса. Траектория роликов является сложной кривой из-за переменного расстояния центра тяжести люльки от центра вращения колеса, огибаемого цепью. Вследствие этого весьма сложна и требует строгой настройки система направляющих для роликов двух и много опорным способами. Как упростить конструкцию люльки цепного элеватора? (задачу и решение не сложно моделировать детским конструктором). (Рис. 31)

Ход решения:

Часть I. Анализ задачи.

1.1. ТС для хранения и вертикального транспорта грузов включает (цепной элеватор): раму, колеса, цепи с рычагами, люльки, ролики на их боковинах, ось подвески люльки к рычагам, направляющие для роликов.

НЭ-1: люлька на повороте (во время движении цепи по колесу) сильно раскачивается (и роняет груз с полки).

СУ: обеспечить двухопорное движение люльки с помощью роликов и направляющих.

НЭ-2: система роликов и направляющих резко усложняет конструкцию и наладку цепного элеватора. (Множество имеющихся в патентном фонде решений направлены на дальнейшее усложнение: используют даже трех- и четырех-опорное движение люлек).

ТП-1: ЕСЛИ использовать ролики и направляющие, ТО люльки при движении на повороте не раскачиваются, НО конструкция элеватора резко усложняется.

ТП-2: ЕСЛИ не применять ролики и направляющие, ТО конструкция элеватора упрощается, НО люльки на повороте недопустимо сильно раскачиваются.

МИНИ-задача: необходимо при простой конструкции элеватора устранить раскачивание люлек при их движении на повороте.

2. Инструмент - ролики (присутствующие, отсутствующие), изделие - люлька.
   
3. Схемы ТП: присутствующие ролики (А) хорошо действуют на люльку (не дают ей раскачиваться), но плохо действует на ТС - усложняют.
   

ТП-2: отсутствующие ролики (не-А) хорошо влияют на ТС (делают конструкцию ТС простой), но плохо действуют (бездействуют) на люльки.

1.4. Необходимо обеспечить простоту конструкции и нераскачивание люлек - выбираем ТП-2. К тому же учтем, что в направлении усложнения конструкции за счет много (двух-, трех-,- и четырех-) опорного движения люлек имеется уже очень много изобретений и патентов СССР и других стран (несколько десятков).

1.5. ТП-2 предельно усиленно, т.к. выбрано движение люльки без второй дополнительной точки опоры - без ролика.

1.6. МЗ: дана люлька без опорных роликов. Отсутствующие ролики делают конструкцию простой, но не устраняют раскачивания люльки. Необходим такой Х-элемент, который устраняет раскачивание без усложнения конструкции элеватора.

Часть 2. Анализ модели задачи.

2.1. ОЗ: люлька раскачивается на оси крепления ее к рычагам цепи.

2.2. ОВ:T₁ - люлька раскачивается во время движения на повороте, Т₂ - в остальное время движения раскачивающаяся люлька успокаивается. Второй период больше первого в 2-10 раз.

2.3. ВПР: а)Инструменты - рычаг, точка опоры - подвески: металл оси, подшипник, Пмех - угловое ускорение на повороте;

б) Изделия - люльки: боковая стенка (где были установлены ролики), ось, полка. Вещество - металл.

Пмех: цепи тянут вбок на повороте и силы инерции под углом к тяге (при движении по вертикали эти направления совпадают).

в) НС: 2 цепи, ведущие и ведомые колеса, рама элеватора, блок управления элеватора.

г) Вне ТС: воздух, поля Земли.

ЧАСТЬ 3. ИКР и ФП

3.1 . ИКР-1: Х-элемент; абсолютно не усложняя ТС и не вызывая вредных действий, не дает точке опоры при движении на повороте раскачивать люльку (противодействует вектору раскачивания при любом направлении его действия), не мешая требуемому повороту люльки и сохраняя вертикальное положение люльки в любой фазе поворота (под действием силы тяжести).

3.2…Усиление ИКР-I: Точка опоры сама не дает люльке раскачиваться при ее движении по дуге поворота, сохраняя вертикальность люльки.

3.3…Макро-ФП: В точке опоры должна быть подвижность, чтобы люлька при движении по дуге поворота сохраняла вертикальное положение, и должна быть неподвижность, чтобы люлька не раскачивалась под действием суммы сил инерции и углового ускорения.

3.4…Микро-ФП: Чтобы обеспечить подвижность, в точке опоры должны быть скользкие частицы; чтобы обеспечить неподвижность, в точке опоры должны быть "хватательные" частицы (обеспечивающие сильное трение). Вероятно, проще искать в данной механической задаче разрешение ФП на макро-уровне. На микроуровне, в частности, возникает исследовательская задача - поиск вещества "скользко –нескользкого", неизвестного современной науке (анизотропного скользкого вещества).

3.5. Рассмотрим возможность разрешение ФП использованием смеси ресурсов: хотя у люльки одна точка опоры, на самом деле она сдвоенная - включает левую и правую стороны, которые находятся на одной оси; в результате оба вектора сил раскачивания совпадают. В ТРИЗ известно, что би-системы (би-С) с одинаковыми характеристиками переходят, как правило, к би-С со смещенными характеристиками, в данном случае могут быть сдвинуты точки опоры левая и правая между собой так, чтобы моменты раскачивания люльки по обоим сторонам не совпадали - использовать прием "рассогласования частей ТС". Для этого достаточно точки опоры сдвинуть по вертикали или горизонтали - в результате при раскачивании возникает момент гашения колебаний. (Рис.32)



Рис. 32. Люлька со сдвинутыми опорами.

4.3. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ ЗАПЫЛЯЮТСЯ

На изоляторах высоковольтной линии происходят замыкания проводов из-за оседания на них пыли. Периодически линию приходится отключать и промывать, точнее, протирать каждый изолятор влажной тряпочкой – это самый надежный способ [Абрамов В.Д. ''Эксплуатация изоляторов высокого напряжения" - М.; 1979 с.III]. Из-за этого приходится строить дублирующую высоковольтную линию. Пробовали промывать струей воды, но обычная вода проводит ток и замыкает линии на землю. Пробовали подавать воду импульсами, но брызги воды замыкали провода между собой. Надо использовать дистиллированную воду, ее надо сотни тонн - это дорого. Как быть? Задача не решается два десятилетия.

Шаг 1.1. ТС для передачи высоких напряжений электрического тока включает в себя: изоляторы, опоры, провода.

НЭ-1: на изоляторе оседает пыль, приводящая к замыканию, проводов; СУ: промывают, протирают изолятор при отключенной линии; НЭ-2: нужно строить дублирующую линию – дорого.

ТП-1: Если протирать влажной тряпкой (или промывать струей), то изоляторы очищаются от пыли, но при этом требуется отключать электролинию.

ТП-2: Если изоляторы не протирать (не промывать), то не требуется отключать электролинию, но пыль на изоляторах накапливается и возможен пробой линии.

Шаг 1.2… Конфликт между изолятором (изделием) и водой (инструментом).

Шаг 1.3 ТП-1: Если промывать водой (вода есть), то изоля-торы чистые (хорошо), но плохо для линии (замыкается).

ТП-2: Если воды нет, то хорошо для линии (не замыкается), но плохо для изолятора (происходит на нем замыкание из-за пыли).

Шаг 1.4 Главная цель линии - передача электроэнергии, выбираем ТП-2.

Шаг 1.5. Усиление ТП: изоляторы вообще не чистят (не про­мывают), это максимально упрощает, эксплуатацию линии - нет затрат на уход, но толстый слой пыли приводит к ежеминутным замыканиям линии.

Шаг 1.6 МЗ: Даны изоляторы и "отсутствующая" вода. Изолятор вообще не чистится, это упрощает уход за электролинией; нужен некоторый Х-элемент, который предотвращает скопление пыли на изоляторах без отключения электролинии.

Шаг 1.7 Имеется веполь с вредной связью между двумя вещест-вами: B₁ - изолятор, В₂ - пыль, нужно что-то ввести: В₃, B'₂, Пх?..

2. ВПР

Шаг 2.1 ОЗ: поверхность изоляторов и примыкающий к ним слой воздуха.

Шаг 2.2 ОВ: оседание пыли на изолятор происходит постоянно.

Итак, Х-элемент должен круглосуточно, постоянно очищать поверхность изолятора или, точнее, не допускать оседания на нем пыли из прилегающего слоя воздуха.

Шаг 2.3 ВПР: в ТС имеются изолятор, воздух с пылью, провода, опора, электрический ток, переменное электромагнитное поле, ветер, солнце, гравитация.

3. ИКР и ФП

Шаг 3.1 ИКР-1: Х-элемент, абсолютно не усложняя ТС и не вызывая вредных явлений, предотвращает в течение всего време-ни работы оседание пыли на изоляторы, сохраняя возможность не отключать линию.

Рассмотрим элементы ТС в качестве такого Х-элемента. В начале - пусть это воздух. Вот он крутится около изолятора, не давая осесть на него пылинкам… Есть авторское свидетельство о подаче к изолятору сжатого воздуха - это решение усложняет и удорожает линию: нужны компрессоры, очистка воздуха, трубы его подачи к каждому изолятору - это далеко не идеал.

Шаг 3.2 Усилим ИКР: Изолятор сам, используя энергию окружающей среды, не дает пылинкам оседать на его поверхность или, по крайней мере, сбрасывает их с себя.

Где взять энергию? Это могут быть ветер, гравитация, элек-троток в проводах и переменное электромагнитное поле вокруг них. Пусть ветер, несущий пылинки, превращает поверхность изо-лятора в "неудобную" для оседания пылинок. Можно придать изолятору такую аэродинамическую форму, чтобы происходили его колебания - так сделано в изобретении по авт.св.411523: изолятор выполнен в виде гибкой эластичной шайбы, края которой волнуются на ветру и сбрасывают пыль. Можно придать изолятору винтовую форму и обеспечить, возможность его вращения и др. Все эти решение приводят к существенным усложнениям конструкции изолятора, т.е. удаляют от ИКР. Кроме того, в Сибири зимний морозный воздух может неделями стоять неподвижно.

Гравитация приводит к осаждению пылинок на поверхность изолятора. Рассмотрим электрический ток в линии. Можно придать поверхности изолятора электрический заряд, но пылинки бывают разных зарядов. Была попытка расположить под изолятором электроспираль, чтобы поток теплого воздуха осушал поверхность и сдувал пылинки. Опять усложнение ТС и удаление от ИКР.

Еще имеется переменное электромагнитное поле вокруг проводов. Оно присутствует постоянно, пока включена электролиния; для его подвода не требуются провода или трубки... Но изолятор не чувствует электромагнитные колебания. Еще раз уточняем задачу: Электромагнитные колебания сами исключают оседание пылинок на поверхности изолятора постоянно.

Шаг 3.3 Макро-ФП: Поверхность, корпус изолятора должен чувствовать переменное электромагнитное поле (колебаться под его действием), чтобы исключить оседание пыли, но не может, т.к. электрически нейтрален.

Основные принципы разрешения ФП предлагают: использовать разделение в пространстве - одна часть изолятора остается нечувствительной и удерживает провода, изолируя от опоры, другая, чувствительная часть, принимает электромаг-нитные волны и преобразуют их в механическую энергию для удаления, встряхивания пыли. Здесь возможно несколько решений. На проводе образуют несколько витков спирали, получая соленоид; внутри него расположим стержень, опирающийся на корпус изолятора – вибрация стержня будет сотрясать весь изолятор. Это может иметь вредные последствия - изолятор быстрее выйдет из строя.

Шаг 3.4 Микро-ФП: В оперативной зоне (на поверхности изолятора) должны быть частицы вещества, чувствительные к переменному электромагнитному полю, чтобы стряхивать, удалять пылинки, и не должны быть такие частицы, чтобы не нарушать электрические и механические свойства изолятора.

Это ФП очень жесткое и кажется неразрешимым, но в принципе это уже не изобретательская, а физическая задача.

Шаг 3.5 ИКР-2: Частицы вещества в тонком слое поверхности изолятора сами сотрясаются под действием внешнего электромагнитного поля и сами сохраняют электрические и прочностные характеристики вещества изолятора.

Итак, смысл новой задачи в том, чтобы найти такое электро-непроводящее вещество, которое под действием электромаг-нитного поля меняло бы свои размеры, создавая микровибрации поверхности. Посмотрим справочник по физическим свойствам веществ - это магнитострикционная керамика, она неэлектро-проводна, а в переменном магнитном поле меняет свои размеры - эти изменения минимальны, но достаточны, чтобы на колеблющуюся поверхность не оседала пыль. Чтобы эти колебания не передавались корпусу изолятора, под магнитострикционным слоем, вероятно, нужно расположить эластичный слой резины, Это решение вплотную приближается к идеалу (ИКР). Проблема счистки изолятора исчезает, изолятор почти не усложняется - подана заявка на изобретение 4149613/07, 1986г. [ 30]. Теперь остается конструктивная и технологическая проработка найденного решения - это тоже большая и сложная работа, но она реально выполнима, для нее требуются лишь знания специалиста.

Потребовалось 2 часа управляемого по алгоритму мышле-ния, запись которого приведена выше почти документально, чтобы найти несколько вариантов оригинальных решений, включая и изложенный. Причем пройден не весь алгоритм АРИЗ-85В. Где еще можно применить вибрирующее покрытие?

8. Применения полученного ответа

Шаг 8.3 Использовать полученный ответ при решении других технических задач.

Представьте себе автомобиль, который не нужно мыть - верхний слой его краски постоянно вибрирует в переменном поле, не давая возможности удерживаться на ней ни пыли, ни грязи. Кроме того, снизится сопротивление воздушного потока, а значит уменьшится расход топлива.

Этой же краской можно покрыть корпус корабля, тогда он не будет обрастать водорослями и ракушками, которые значите-льно увеличивают гидросопротивление корпуса. Эта идея подтвердилась в опыте французских специалистов (газета "Социалистическая индустрия" от 20 ноября 1986 г.), они покрыли днище судна краской, которая вибрирует под действием слабого переменного тока. В течение длительного времени к днищу не прилипла ни одна ракушка.

Если покрыть такой краской высокочастотный провод, исчезнет опасность его обледенения.

Известно, насколько легче входит в землю вибрирующий наконечник отбойного молотка в сравнении с обычным ломом. Увеличив прочность магнитострикционной керамики, можно сделать новый резец, который будет иметь лучшие характеристики, чем известный. (Г.И. Иванов, 1986 [ 30])

Открываются целые области новых технических идей...


4.4. АВТОМАТ - ПРОБООТБОРНИК ЖИДКИХ СТОКОВ.

Грязные воды от промывки полов и пр. в цехе стекаются в бак. По мере его заполнения электросхема автоматически вклю-чает насос откачки и после опорожнения выключает насос. Эта жидкость, содержащая грязь, масло и щепки, проходя при откачке по трубе, через калиброванное отверстие должна была попадать в бутыль-накопитель в виде пробы на анализ. Необходимый объем пробы (2-5)·10^-6 часть объема бака. В сутки проходит 3-5 откачек. Накопленную пробу до 20 л извлекают раз в неделю. Недостаток такой простой схемы пробоотбора в том, что маленькое отверстие в трубе быстро засоряется и в накопитель проба совсем не попадает - бутыль оказывалась пустой. Было поручено разработать автомат-проботборник с использованием электро- и пневмоприводов... Каким должен быть пробоотборник? Рис. 33



Рис.33. Старая система пробоотбора.

ХОД РЕШЕНИЯ:

Шаг 1.1. ТС для проботбора малой части мутной жидкости в момент откачки ее из бака включает бак, жидкость, "дырку" пробоотборник, насос со схемой-автоматом включения-выключе-ния, бутыль - накопитель проб.

ТП-1: Если "дырка* постоянно открыта, то устройство про-боотборника простое, но эта дырка быстро запирается мусором (ее надо постоянно прочищать).

ТП-2: Если вместо дырки поставить автомат-пробоотборник, то автомат с большой дыркой будет дольше работать, но все равно в этой дырке с подвижными стенками рано или поздно застрянет мусор и автомат выйдет из строя.

Мини-задача: необходимо простое и надежное пробоотбор-ное устройство, действующее в момент откачки жидкости из бака, которое не будет засоряться.

Шаг 1.2: Инструмент - "дырка" (большая и маленькая), изделие - проба мутной жидкости (с песком, глиной, маслами, щепками и пр.).

Шаг 1.3 ТП-I: Большая дырка не будет засоряться, но будет отбирать плохую (очень большую) пробу жидкости.

ТП-2: Маленькая дырка может отбирать требуемый объем жидкости, но не работает - быстро забивается грязью из состава жидкости.

Шаг 1.4 Выбор ТП: главное в данной задаче, чтобы "дырка" постоянно работала, не забиваясь. Выбираем ТП-1.

Шаг 1.5 Усиление ТП: пусть очень большая "дырка" и не имеет никаких механизмов, подвижных частей для ее перекрывания - постоянно открыта.

Шаг 1.6 МЗ: Даны постоянно открытая большая "дырка" и мусорная жидкость. Такая "дырка" не засоряется, но отбирает слишком много жидкости. Необходим элемент, обеспечивающий отбор малой порции (пробы) жидкости, сохраняющий "дырку" большой без подвижных деталей (без затвора).

Шаг 1.7 Веполи: даны В₁ - "дырка" и В₂ - мутная жидкость:

Рис. 34

Большая "дырка" отбирает слишком много жидкости. По стандарту на максимальный режим: если избыток вещества, то его удалять надо полем… Не ясно: какое Пх? Простор перебор полей по МАТЭМХ, вроде бы, ничего не дает, т.к. не ясно, что значит "удалять избыток пробы полем"? Анализ задачи нужно продолжить.

Шаг 2.1. ОЗ: "дырка" в стенке бака - по всей видимости, она не внизу – там слишком много собирается осадка, и не вверху бака -там очень осветленная жидкость собирается, а где-то посередине высоты стенки бака.

Шаг 2.2 ОВ: у бака два режима работы: в первом он заполняется случайными потоками моющей жидкости в переменном режиме: то за I, то 10 часов; во втором - режиме откачки, продолжительность и характер движения жидкости строго заданы мощностью насоса откачки, управляемого автоматически электросхемой в зависимости от заполнения бака. Ранее "дырка" работала во втором режиме, видимо, и "новая дырка" должна "открываться" тоже при работе насоса откачки.

Шаг 2.3 ВПР: инструмент - "дырка", вокруг нее металл, а в середине воздух; полей, видимо, не имеет;

изделие - мутная жидкость: вода, глина, песок, масло, щепки, растворенные соли; поля: давление столба жидкости, равномерное движение и снижение уровни жидкости при откачке (поля механические).

НС; бак, трубы, и канавы стока сливкой жидкости, труба и насос откачки. Вне системы: воздух и давление воздуха, поля Земли: гравитации, МП и пр.

Шаг 3.1