logo
СИСТЕМА ЗАКОНОВ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ

4.6.2. Использование закона в изобретательской практике.

Использование в изобретательской практике закона динамизации (как и всех других законов) предельно упрощает не только процесс решения, но и поиск задач. Знание законов развития ТС позволяет увидеть и точно сформулировать изобретательские задачи. Если мы знаем, что любая ТС проходит стадии динамизации, то нужно определить на каком этапе она в данный момент находится и сделать следующий шаг. Единственная трудность - определение "больного" места в ТС. Для этого нужно знать простое правило: динамизируется в первую очередь та часть системы, которая испытывает наибольшие претензии внешней среды(вредные воздействия по отношению к ТС - природные, социальные, от других ТС).

Примеры на введение одного шарнира:

Вот рассказ одного из конструкторов самолета ЯК-50 о парадоксальном решении проблемы крепления к фюзеляжу тонкого, с большой стреловидностью крыла: "Надо сказать, что тогда мы довольно долго возились с этим узлом, добиваясь необходимой прочности. Несколько раз усиливали конструкцию, но она всякий раз разрушалась при статических испытаниях до достижения расчетных нагрузок. И вот в этот, прямо скажем, довольно критический момент Георгий Владимирович предложил оригинальное решение злосчастного узла, введя в него шарнирный элемент... Доработка упомянутого узла по предложению Г.В.Смирнова помогла, ЯК-50 вышел на летные испытания, показал хорошие результаты" (Козлов П.Я. Конструктор. М.: Машиностроение, 1989, с.45).

Примеры на введение многих шарниров:

Что представляет собой современный кран? В сущности, это древний ворот (лебедка) с пристроенной к нему укосиной (стрела). И как бы не поворачивалась эта укосина, как бы не наклонялась, кран может взять только груз, находящийся точно под роликами, через который перекинут грузовой канат с крюком. Даже самый современный кран с телескопической стрелой и гидравлическим управлением не может "заглянуть" в проем строящегося здания или взять груз из какого-нибудь строительного закоулка. Эта ущербность будет сохраняться у кранов до тех пор, пока стрела не станет гибкой, как лебединая шея.

Такая стрела изобретена: она состоит из шарнирно сочлененных элементов стальных дисков с постепенно убывающим диаметром. Стрела похожа на трубку от противогаза, а диски, находящиеся внутри, составляют упругий каркас, придающий стреле необходимую устойчивость. Каждый диск жестко соединен по всему периметру с эластичными стенками стрелы. Диски у противоположных стенок пронизаны стальными канатами. Если тянуть то за один канат, то за другой (для этого на поворотной платформе крана имеются гидроцилиндры и соответствующие механизмы), стрела будет изгибаться самым причудливым образом. Захват с грузом на такой стреле может проникнуть не только в окно, но даже в подвал строящегося дома ("Новое в жизни, науке, технике". Серия "Техника", 1988, № 6, с.28).

Примеры на введение гибких элементов:

Типичный пример на динамизацию: а.с.1069662: рабочий орган центробежного разбрасывателя, в котором с целью повышения равномерности распределения удобрения путем регулирования угла установки лопаток, лопатки закреплены на эластичной камере с жидкостью; угол наклона лопаток меняется при изменении количества жидкости в камере.

Есть железобетонные фундаментные блоки, похожие на многогранные стеклянные стаканы. Они тоже немного на конус и соотношение толщины стенок к высоте и диаметру примерно такое же. Эти блоки и называются стаканными. Представляете, что получится, если стеклянный стакан поставить на землю, накрыть стальной пластиной и бить по пластине кувалдой, пытаясь загнать стакан в землю? Примерно то же самое получается со стаканным фундаментным блоком, когда плоский боек сваебоечного молота бьет по его торцу. Далеко не каждый блок удается забить целым и невредимым. Особенно страдают торцы блока, которые после забивки приходится восстанавливать прямо на стройплощадке. Для уменьшения повреждений стараются обходиться с блоками поделикатнее, бьют вполсилы. Но тогда на закладку фундамента уходит слишком много времени. Одно из предложений было таким: вставлять в блок металлический стакан и бить по нему. Но как бы точно жесткий вкладыш не повторял форму стакана, все равно нагрузки не будут распределяться равномерно и повреждения не исключены. Авторы нового способа предложили использовать... мешок с песком, т.е. вместо жесткого вкладыша - эластичный.

А.с.675134: Штамп 1 бьет не по хрупкому стакану 2, а по мешку с песком 3, который и давление распределяет равномерно и торцы стакана защищает.

Вообще, надо помнить, что нет абсолютно жестких конструкций любую можно согнуть на определенный угол. Хороший прием: чтобы жесткий элемент сделать более гибким, увеличивают его длину. Например, при строительстве трубопроводов надо часто стыковать участки длиной в сотни метров. Но сварочные головки автомата действуют только в 1/4 окружности, повернуть весь трубопровод нельзя, поэтому низ стыка сварить невозможно (приходится применять ручную сварку). По а.с. 340495 предложено закручивать трубы на 180 град это никак не отразится на трубопроводе большой длины.

Тот же прием использован в а.с. 901377 создан путеукладчик (рис. 23), который одновременно снимает старые рельсы со шпалами и укладывает новые; длина заменяемых участков 800 м, поэтому их свободно изгибают спиралью, размещая на одних и тех же платформах.

Рис. 23.

В дозаторе сыпучих материалов шнек выполнен из эластичного материала. Это позволяет регулировать шаг шнека (а.с. 222 781).

Динамизация телескопа и другой оптики оказалась столь эффективной, что появилась новая наука - адаптивная оптика (то есть приспосабливающаяся к вредным воздействиям внешней Среды - загрязнению атмосферы, изменению положения Солнца и т.п.). Разрабатываются мембранные зеркала, сами принимающие параболическую форму, жидкие линзы, с изменяющимся фокусным расстоянием и даже... жидкий телескоп (в качестве зеркала используется вращающаяся жидкость, например, ртуть -"Астрономический журнал", 1985, т. 62, вып. 3, с.598).

А вот изобретение 1949 года: а.с. 76409 - способ изготовления вогнутого зеркала для рефлекторных телескопов - серебро помещают в камеру, крышку приваривают, откачивают воздух, затем водородно-кислородные горелки нагревают камеру до расплавления серебра, вращают ее электродвигателем и серебро приобретает идеальную параболическую поверхность. Откачка воздуха нужна для того, чтобы он не поглощался расплавом, так как при выходе поглощенного газа на поверхности образуются поры.

Оказывается, линзы можно образовывать из горячего воздуха прямо в тубусе телескопа. Традиционные линзы телескопов, особенно больших, чересчур чувствительные к изменениям температур и потому требуют сложной системы терморегулирования. Чтобы с этим не возиться, создали телеобъективы, где вместо обычных стеклянных или зеркальных линз применены газовые линзы. Газовую линзу формирует вращающийся металлический тубус. Его горячие стенки нагревают заключенный в цилиндре воздух - чем ближе он к стенкам, тем теплее. Благодаря нагреву, преломление воздуха меняется и создается линзовый эффект ("Изобретатель и рационализатор", 1989, № 11, с.37).

Чем жестче требования к системе, тем быстрее она динамизируется. Например, требования к точности машин долгое время не менялись (до 20 века) и однажды найденные технические решения оставались неизменными, удовлетворяли потребностям, но как только потребовалось увеличение ГПФ, так и узлы станков начали интенсивно совершенствоваться.

Пары трения (например, опора и вал) - основа любых современных станков - резко изменились за последние десятилетия.

Когда-то (от станка Нартова до 20 века) требования к точности обработки ограничивались миллиметрами и для этого достаточно было непосредственного соприкосновения трущихся деталей - опоры и вала. Это была эпоха твердой контактной поверхности. При увеличении точности обработки до долей миллиметра, до десятков микрон, стали применять жидкую смазку. В 80-х годах прошлого века запатентована идея инженера Т.Орловского: подшипник скольжения, в котором вал при вращении не соприкасался с обоймой, а как бы парил в масле, заполнявшем под давлением зазор между ними. Это была идея бесконтактной гидростатической опоры. При дальнейшем увеличении точности потребовались еще более идеальные опоры - появились газостатические опоры (газ нагнетают под давлением через пористые втулки - опоры валов). Динамизация опор пока закончилась полем - успешно применяются в сверхточных станках магнитные опоры.

В электротехнике с самого начала ее развития, одной из главных проблем была задача повышения долговечности и надежности контактов. Как говорят инженеры, "Электротехника это наука о контактах, главное в этой науке обеспечение контакта, где он нужен, и отсутствие, когда он не нужен". С наибольшей остротой эта проблема всегда стояла перед конструкторами электродвигателей и электрогенераторов их коллекторы - самая ненадежная часть этих устройств. Просмотр российского фонда изобретений за последние 50 лет показал четкую тенденцию развития коллекторных щеток:

  1. угольные щетки,

  2. феррочастицы + магнитное поле (постоянный магнит),

  3. магнитная жидкость,

  4. струйки ионизированного газа,

  5. разряд в вакууме.

Причем, более 20 лет из этого срока шло совершенствование угольных щеток. Несколько десятков изобретений на способы соединения угольной щетки с медным проводом; здесь пытались преодолеть техническое противоречие: при спекании угля и сажи требуется температура 500-600 град., но при этой температуре на меди образуется окисный (диэлектрический) слой. По пат. Франции 1557274 удалось разрешить это противоречие: проводник предлагалось делать из углеродных волокон, кончик проводника спекать - получится угольная щетка.