техническую задачу, а все попытки устранить это явление,
свести его к минимуму не удаются,
давайте не тратить силы на борьбу с этим осложнением,
а попытаемся использовать его для дела.
Г.В.Брауде
| Сущность правила в том, что вредное свойство нужно нейтрализовать, либо заставить приносить пользу. |
Это правило - одна из главных целей создания всего нового, последнее звено в цепи: вредный фактор устраняют - вредный фактор сам себя устраняет - вредный фактор приносит пользу.
Приём ЭПВ1 «Использование»: использовать вредный фактор для получения положительного эффекта.
Задача 6.54. Уже несколько раз (задачи 3.16, 3.37, 6.44 и 6.47) мы говорили о том, какие неприятности может доставить при обработке резанием сливная стружка и какие сложности возникают в связи с необходимостью её дробления.
А может быть, не нужно дробить стружку?
Решение. Ленинградский токарь Л. Юткин предложил оригинальный способ утилизации сливной стружки. Выходящую из-под резца раскалённую стружку он сразу же пропускает через волочильную фильеру. Готовая проволока тут же наматывается на специальный вращающийся барабан. Если стружка недостаточно нагрета и недостаточно пластична, между резцом и фильерой ставят высокочастотный индуктор, который дополнительно подогревает сходящую стружку.
Задача 6.55. Один из недостатков сварки угольным электродом по методу Николая Николаевича Бенардоса - науглероживание металла в зоне сварки, что увеличивает его хрупкость. Сварщики различными мерами борются с этим явлением.
А нельзя ли этот недостаток обратить в пользу?
Решение. Нужно вспомнить, где и когда применяется искусственное науглероживание металла. Есть такой способ термической обработки стали, как закалка. Закаливают сталь с целью повышения её твёрдости за счёт изменения её структуры - перегруппировки содержащегося в ней углерода под действием нагрева и быстрого охлаждения. Но закалка возможна только в том случае, если сталь содержит достаточное количество углерода. Малоуглеродистые стали закалке не поддаются. Поэтому перед закалкой их подвергают специальной химико-термической обработке - цементации, то есть насыщению поверхностного слоя углеродом. Но ведь это и происходит при сварке угольным электродом. На этом основана цементация стали с помощью графитовых электродов.
Задача 6.56. Супруги Б.Р. и Н.И. Лазаренко работали над проблемой борьбы с электроэрозией металлов. Электрический ток разъедал контакты реле, и с этим ничего не удавалось сделать. Были испробованы твёрдые и сверхтвёрдые сплавы - всё безрезультатно. Пытались помещать контакты в различные жидкости, но разрушение шло ещё интенсивнее. Наконец, авторы сделали очень «сильное» изобретение.
В чем оно состоит?
Решение. Учёные предложили принципиально новый способ обработки материалов - электроэрозионную обработку, основанную на разогреве, расплавлении и испарении металла в результате электрического разряда между инструментом и обрабатываемым изделием и высокой (до 10000 °С) температурой в канале разряда. Этот метод позволяет обрабатывать чрезвычайно твёрдые металлы и сплавы, а также получать отверстия любой сложной формы.
Задача 6.57. Наверное, не успею сегодня закончить обработку этой детали, - сокрушается молодой токарь. Резец то и дело затупляется, много времени уходит на переточку. А нужно ведь потом ещё выгладить поверхность детали специальным инструментом выглаживателем.
- А ты сделай так, - предложил старый токарь...
Что, по вашему, он посоветовал молодому коллеге?
Решение. По-видимому, старый токарь предложил молодому не торопиться отправлять резец на переточку при затуплении. Более того, целесообразно специально притупить резец при переточке. Изношенный или специально притупленный резец будет и стружку снимать, и выглаживать обработанную поверхность. Правда, придётся учесть, что силы резания при этом существенно возрастут.
Для защиты труб от разрушения серосодержащими отходами нефтеперегонного производства через трубу продувают горячий воздух, который окисляет оставшуюся на внутренней поверхности нефтяную плёнку до лакообразного состояния.
Свет электрической дуги, отражённый зеркалом, прикреплённым к маске сварщика, освещает место сварки.
Пожарное ведро делают в виде конуса. Теперь его никто не будет похищать с пожарного щита.
Приём ЭПВ2 «Усиление»: усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.
Задача 6.58. Для повышения износостойкости ответственных деталей, например, подшипниковых втулок мешалки на химическом заводе, их рабочие поверхности покрывают специальным износостойким материалом, например, высокохромистым твёрдым сплавом - сормайтом. Обработка таких материалов резанием - большая сложность. Буквально через несколько секунд режущая кромка инструмента раскаляется до красна и затупляется. Существенно снизить температуру никакими мерами не удаётся. Поэтому резец приходится неоднократно перетачивать, пока будет обработана одна единственная деталь.
Как быть?
Решение. Вместо того чтобы охлаждать зону резания, обрабатываемый материал, наоборот, разогревают до температуры в несколько сот градусов. Материал становится менее твёрдым и прочным и обрабатывается во много раз быстрее.
Задача 6.59. Штамп для холодной высадки болтов имеет шестигранное углубление для формирования головки болта. При работе штамп в вершинах шестигранника трескается.
Как этого избежать?
Решение. Раз поломки штампа не избежать, нужно заранее «сломать» его: сделать штамп составным с разъёмами по вершинам шестигранника, соединив элементы в общей обойме.
Задача 6.60. Вот в этих печах мы варим стекло для нашего знаменитого хрусталя, - рассказывает инженер стекольного завода, что в Гусь-Хрустальном. - Печь изнутри выложена огнеупорными шамотными брусьями. В них-то вся и беда. Брусья быстро изнашиваются, а замена их очень трудоёмка из-за того, что каждый брус приходится вручную тщательно подгонять друг к другу. Если будет хоть маленький зазор, расплавленное стекло проникнет в него и повредит стальной кожух печи. Всё это время печь стоит, не работает.
Как ускорить процесс замены шамота?
Решение. Раз трудно устранить зазор, нужно, наоборот, увеличить его и заполнить твердеющим огнеупорным составом. Так и поступили на заводе.
Интересен открытый отечественными изобретателями способ восстановления сыпучести смёрзшихся материалов, заключающийся в воздействии на материал сверхнизкими температурами. Можно считать, что здесь использован приём ВАН2 – вместо того, чтобы подогреть материал, его охлаждают.
Приём ЭПВ 3 «Сложение»: устранить вредный фактор путём сложения с другим вредным фактором.
Задача 6.61. На Магнитогорском металлургическом комбинате для удаления золы и шлака применяется гидротранспорт. При всех его преимуществах был у этого способа транспортировки и недостаток: зола и шлак откладывались на стенках труб, и трубы быстро зарастали. Сначала трубы просто чистили, на это уходило много времени и тяжёлого ручного труда. Предложили удалять корку путём продувания воздуха с коксом. Ручной труд удалось исключить, но на время очистки трубы процесс приходилось останавливать.
Как быть?
А с трубопроводом для гидроудаления угольных отходов другая беда. Труба изнашивается настолько сильно, что уже решили, было, вовсе отказаться от гидротранспорта и возить угольные отходы на автомашинах.
Предложите выход.
Решение. Выход предложил инженер комбината Михаил Иванович Шарапов. И выход удивительно простой — пропускать гидросмеси поочерёдно. Сначала зола и шлак создают на стенках трубы корку – защитный слой. Потом струёй с угольными отходами этот слой (а не металл трубы!) сдирается. Система работает и сейчас.
Задача 6.62. На станциях очистки сточных вод вредные органические соединения поедаются активным илом – микро-
организмами, которым постоянно необходим свежий воздух. Воздух подаётся в сжатом состоянии. При сжатии он нагревается до 60°, что нежелательно. Поэтому его с помощью специальных устройств охлаждают до комнатной температуры, необходимой для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. На это расходуется большое количество электроэнергии. Выделяемый же из сточных вод осадок по технологии необходимо подогревать. На это расходуется большое количество тепла, приходится строить специальные котельные.
Как сократить расходы тепла и электроэнергии?
Решение. Поскольку перед нами уже не задача, а её модель в чистом виде, получившаяся в результате первичного анализа задачи, то и решение практически очевидно: использовать для подогрева осадка тепло от сжатия воздуха, а для охлаждения воздуха - «холод» сточных вод.
Приём ЭПВ4 «Дешевая недолговечность»: заменить дорогой объект набором дешёвых объектов, поступившись некоторыми качествами, например, долговечностью.
Задача 6.63. Обычная мышеловка обладает достаточной надёжностью и долговечностью. Есть у неё и недостаток: чтобы выкинуть попавшую в мышеловку мышь, нужно брать её руками. Для одних это не проблема, а другие не могут преодолеть брезгливость.
Решение. Предлагается разовая мышеловка в виде пластмассового цилиндра с конусообразным отверстием. Внутрь цилиндра кладут приманку. Мышь входит в отверстие, разгибая его стенки, а обратно выбраться не может. Мышеловку выбрасывают вместе с мышью.
Задача 6.64. Крепёжную резьбу в отверстии нарезают метчиком. После нарезания метчик выворачивают, а в отверстие заворачивают крепёжную деталь – винт или шпильку. Для повышения режущей способности и износостойкости метчика его изготавливают из дорогостоящей быстрорежущей стали. Для обеспечения взаимозаменяемости, для изготовления резьбы достаточной точности метчик делают высокоточным. Для возможности перетачивания метчика после затупления затылование зубьев делают по сложной кривой – архимедовой спирали. Всё это делает метчик довольно дорогим.
Как быть?
Решение. Самонарезающие винты, так называемые саморезы, представляют собой одновременно и метчик, и винт. Как метчик они имеют конусную заборную часть в начале резьбы, а также стружечные канавки, которые образуют режущие кромки с профилем, соответствующим профилю нарезаемой резьбы. Но изготавливают саморезы не из дорогой быстрорежущей стали, а из обычной конструкционной стали, несколько более твёрдой, чем материал детали. После нарезания резьбы саморез остается в гнезде, обеспечивая надёжное соединение.
Мы видим, как всё большее распространение находят бумажные пелёнки, пластиковая посуда, одноразовые шприцы и даже бумажные рубашки. Всё это примеры замены более дорогих вещей многоразового пользования.
Приём ЭПВ5 «Отходы»: использовать отходы вещества или энергии.
Задача 6.65. Для мусорных свалок вблизи городов выбирают площадки с подпочвенным слоем глины, чтобы загрязнения не попадали в грунтовые воды. Свалка, например, такого города, как Тольятти (750 тыс. жителей), ежедневно принимает около 600 тонн мусора. Тяжёлые бульдозеры непрерывно разравнивают и уплотняют эту массу.
Один из недостатков такой утилизации – выделение большого количества ядовитого газа метана бактериями, которые размножаются в толще отходов (примерно 13 тыс. кубометров газа в сутки). Метан – горючий газ, и поэтому представляет опасность и в пожарном отношении (мы знаем случаи взрыва этого газа в шахтах).
Предложите меры борьбы с этим явлением.
Решение. Вот как оригинально решили эту задачу в австрийском городе Хальбенрайн (230 тыс. жителей). В слой мусора вставлено три десятка специальных сборников метана, который идёт на отопление городка и используется в газовых плитах. Кроме того, на свалке построена электростанция с четырьмя двигателями внутреннего сгорания и динамомашинами. Станция не только снабжает электроэнергией город, но и отдает её излишки в районную сеть.
Задача 6.66. В конце дня в ресторане – горы грязной посуды, которую предстоит отмыть от жирных остатков пищи мылом или синтетическими моющими средствами.
- Столько моющих средств расходуем, - сокрушается пожилая женщина–бригадир. – А после этого нужно ещё многократно полоскать посуду в проточной воде, чтобы удалить следы «химии».
А нельзя ли обойтись каким-либо дешёвым ресурсом, сократив заодно и время мытья посуды?
Решение. Для решения задачи достаточно вспомнить, что мыло – продукт химической реакции жиров с содой. Жиры уже есть, осталось добавить в посудомоечную машину соды. Образующееся моющее вещество не только дешевле, но и экологически чище.
Задача 6.67. Мы уже говорили об эффективности резания с подогревом при обработке труднообрабатываемых материалов (задачи 3.10, 6.58). В качестве источника подогрева можно использовать газовую горелку, электроконтактный разогрев, плазменную струю, токи высокой частоты и др. Всем этим способам присущ один недостаток: для разогрева требуются значительные затраты энергии.
Можно ли избежать этих затрат?
Решение. Можно, если учесть, что отливка в литейном цехе или поковка в кузнице после изготовления проходят довольно длительное остывание и лишь после этого отправляются в механический цех на обработку. С точки зрения экономии энергии рациональным представляется не охлаждать заготовки, а в горячем виде отправлять на обработку. Правда, металлорежущие станки и транспорт придётся оборудовать специальными теплозащитными средствами, но затраты эти с лихвой окупятся.
Использование отходов сейчас становится не только экономически выгодным, но и экологически необходимым: во многих регионах количество накопившихся отходов деятельности человека превысило экологически опасный уровень. На Тольяттинской ТЭЦ, например, разработана технология получения из угольного шлака ценного строительного материала – шлакозита, который имеет меньшую плотность и лучшие теплоизоляционные свойства, чем керамзит.
Для обогрева коровника используется тепло из силосной башни, построенной рядом.
Выхлопные газы от трактора при вспашке через специальную трубу отводят в землю, очищая их и обогащая землю ценными удобрениями.
В Ираке научились делать бумагу из листов пальмы, а в Болгарии - из стеблей табака, которые ранее сжигались.
Перемолотый стекольный бой добавляют в асфальтовую массу – такой асфальт обеспечивает лучшее сцепление колёс машин с дорогой.
На заводе, выпускающем керамзит, последний используют в качестве набивки фильтра для технической воды. А на севере в качестве набивки фильтров для очистки воздуха используют снег.
Для перевозки горячих слитков предложено использовать тепло самого металла. Оно приводит в действие установленный на тележке термоэлектрический генератор, вращающий колёса тележки.
А сколько функций придумано для отработавших шин: предохранительные устройства взамен бампера, дорожное ограждение, удобрение, кормушки для животных, волноломы, теплоизоляция, вазы для цветов, спортивные снаряды.
Портативная рация для туристов, альпинистов и геологов требует температурной стабилизации кварцевого кристалла. Термостабилизатор получался очень тяжёлым и требовал специального питания. Предложено обеспечить термостабилизацию кристалла, расположив его под мышкой человека.
Альплагеря и турбазы Кавказа и Алтая расположены, как правило, около горных рек. И тем не менее, каждый вечер над лагерем раздаётся постоянный стук дизельного генератора. Непонятно, почему до сих пор нет компактных агрегатов для выработки электрической энергии за счёт дармовой энергии реки.
Интересным представляется предложение использовать работу на велотренажёре для питания телевизора. Здесь цель, конечно, не экономия электроэнергии, а избавление от гиподинамии, вызванной бесконечным сидением у телевизора.
Это интересно:
Английский философ Френсис Бэкон ещё в 1624 году в утопическом романе «Новая Атлантида» предсказал «приборы, создающие теплоту своим движением»; «корабли и лодки, которые могут плавать под водой»; «усиление лучей, так что удаётся отбрасывать свет на огромные расстояния»; «приспособления, приближающие к нашим глазам отдалённейшие предметы»; «приборы, имитирующие членораздельные звуки, слова, пение»; «способ переносить звуки на большое расстояние»; «искусственные драгоценные камни», скрещивание растений и животных, усиление звука, разложение света.
Вопреки расхожему мнению Генри Форд не является изобретателем конвейера. За несколько лет до введения такой технологии на заводах Форда конвейер успешно использовался фирмой «Олдз мотор Ко». Это позволило фирме увеличить годовой выпуск автомобилей с 425 до 2500.
6.8. «Состояние (ЭПС)»
К великим истинам ведёт тропа ошибок
Поль Валери
| Сущность правила состоит в том, что для решения задачи необходимо изменить состояние материала объекта. |
ПриёмЭПС1 «Агрегатное состояние»: изменить агрегатное состояние объекта (элемента): твёрдое на жидкое, жидкое на газообразное*.
Задача 6.68. Требуется нанести консервирующее вещество на стенки внутренней полости сложной формы
Решение. Предлагается продувать через полость горячий воздух, насыщенный парами консервирующего вещества. Соприкасаясь с поверхностью полости, пары конденсируются, и консервирующее вещество ровным слоем покрывает стенки в самых труднодоступных местах.
Задача 6.69. В центральной части тонкостенной трубы нужно сделать полость большего диаметра. Применить раскатывание трубы в этом месте не представляется возможным. Обычно такие детали изготавливают, штампуя две половинки детали с последующей их сваркой. Производительность такого способа очень низкая. Да и штамповая оснастка является весьма дорогостоящей.
Как быть?
Решение. Инженер А. Бадин изобрёл так называемый «ледяной пресс», использовав с детства известное нам свойство воды расширяться при замерзании. В плотно закрытую трубу под давлением подают воду. В холодильнике или на естественном морозе вода замерзает. Снаружи труба заключена в форму, соответствующую форме готовой детали. Лёд работает как пресс, давление достигает более тонны на каждый квадратный сантиметр, и стенки трубы, расширяясь, заполняют форму. При большом перепаде диаметров операцию можно повторить несколько раз, постепенно увеличивая диаметр формы. Таким способом можно делать на трубах рёбра жесткости, монтажные выступы, фланцы и др.
Задача 6.70. В длинной резиновой трубке нужно сделать несколько точных отверстий диаметром 10 мм. Резина гибкая, просверлить отверстия не удаётся. Пробовали прожигать их раскалённым прутком, ничего не вышло: края отверстия обгорают, крошатся.
Как быть?
Решение. Резина гибкая только при обычной температуре. При замораживании же она становится твёрдой и в таком виде легко обрабатывается резанием. Просверленные отверстия имеют ровную гладкую кромку.
Задача 6.71. На швейной фабрике пускали роботизированную линию. Но детали из ткани нежёсткие, захваты робота сминают их, сшивают гармошкой, получается брак. Не помогли ни прижимы, ни следящие системы с фотодатчиками. Не помогло и смачивание деталей.
- Вот если бы ткань была жёсткой, как жесть, - сказал механик, - линия бы работала как часы.
- Нет, жестяную одежду мы пока выпускать не планируем, - в тон ему ответил начальник цеха.
Где же выход?
Решение. Детали из ткани действительно нужно смачивать. А после этого заморозить. Ткань становится жёсткой, как жесть.
Задача 6.72. Никто не предполагал, какая сложная проблема возникнет перед человечеством с появлением резиновой шины, а именно: куда девать изношенные покрышки? Сжигать их нельзя, продукты горения ядовиты. Топить в озерах или закапывать в землю тоже нельзя – будут отравлены вода и земля. Просто складировать невозможно – ежегодно изнашиваются миллионы покрышек.
Изобрели способ регенерирования резины из утиля. Но это возможно только для покрышек с кордом из естественных или синтетических волокон. А для покрышек с металлическим кордом проблема до недавнего времени оставалась нерешенной.
Где же выход?
Решение. Предложено изношенную покрышку погружать в жидкий азот. Ставшая хрупкой резина рассыпается на мелкие гранулы и освобождает корд. Из гранул по известной технологии регенерируют резину, а корд идёт в переплавку.
Задача 6.73. Все пробовали конфеты в виде шоколадных бутылочек с сиропом. А как их изготавливают? Если наливать в бутылочку жидкий сироп, конфета будет непрочной. А густой сироп трудно заливать в бутылочку. Нагревать сироп нельзя – бутылочка может растаять.
Как быть?
Решение. Рассматриваемый приём нужно применить совместно с правилом ЭПН: не заливать сироп в шоколадную бутылочку, а, наоборот, замороженный в форме бутылочки сироп окунать в жидкий шоколад.
Для надёжной фиксации конца пружины предложено заливать его легкоплавким металлом. Подобную же задачу – вставить сжатую пружину в прибор - решают путём замораживания её в воде в сжатом состоянии.
Однажды известный американский физик-экспериментатор Роберт Вуд пригласил друзей на чаепитие. Но лишь гости расселись и стали размешивать чай, ложечки исчезли. На дне стакана осталось лишь несколько капель белого металла. Оказалось, что ложечки изготовлены из сплава висмута, свинца, олова и кадмия – так называемого сплава Вуда, который плавится при температуре 68°С.
Стрельба по тарелочкам – увлекательный и зрелищный вид стрелкового спорта. Но после тренировки или соревнований на поле остаётся множество осколков разбитых тарелочек, уборка их достаточно трудоёмка. Если же сделать тарелочки изо льда, уборки не потребуется.
Приём ЭПС2 «Консистенция»: изменить концентрацию или консистенцию вещества; применить пасту, порошок, пену, гель и т.п.
Задача 6.74. До недавнего времени самым эффективным средством тушения пожаров была вода. Однако и у воды есть недостаток: при высокой температуре она моментально испаряется, и вновь создаётся доступ кислорода воздуха к пламени.
Как быть?
Решение. В воду добавляют 1% минерального масла и 2% полиэтилена особой модификации. При соприкосновении с огнём такой состав образует желеобразную плёнку, через которую не проникает воздух.
Задача 6.75. В цехе предложили новый способ очистки отливок от формовочной земли. Отливки помещают в ванну с водой и с помощью электрического разряда создают электрогидравлический удар. Такой способ позволил существенно повысить производительность очистки. Однако электрогидравлический удар сопровождается сильным грохотом.
-Может быть, оборудовать ванну звуконепроницаемой крышкой, - предложили технологи.
-Нет, это очень сложно, - ответили производственники. - Нужно что-то попроще.
Что бы предложили вы?
Решение. Великолепным шумогасителем является пена. Поэтому в воду добавляют пенообразующее вещество. Эффективным и дешёвым пенообразующим веществом является мыльный порошок.
Задача 6.76. В 1964 году в гавани города Эль-Кувейт затонуло судно, на борту которого находилось 6 тысяч овец. По известной технологии на подъём судна требовалось полгода. Но за это время трупы животных разложатся, может возникнуть эпидемия.
Как быть?
Решение. По предложению датчанина К.Кройера было принято решение закачать внутрь корабля пену из полистирола. 27 миллионов пузырьков подняли корабль на поверхность.
Задача 6.77. При выплавке чугуна в доменной печи образуется шлак, который сливают в ковши и увозят на шлакоперерабатывающую установку. За время транспортировки шлак охлаждается, и на его поверхности образуется твёрдая корка. Чтобы вылить шлак из ковша, в корке пробивают отверстие. Но пробивать отверстие у самой стенки ковша нельзя – можно повредить стенку. Поэтому после слива часть жидкого шлака остаётся в ковше, затвердевает, и его приходится специально выбивать из ковша.
Как обеспечить полный слив шлака?
Решение. Можно закрывать ковш теплоизоляционной крышкой. Но это сложно и дорого. По этой же причине неприемлем подогрев ковша при транспортировке. Простое и эффективное решение – использовать пену, которая является отличным теплоизолятором. Создать её просто: в струю шлака, падающую в ковш, подают воду, она превращается в пар и образует шлаковую пену, которая собирается на поверхности жидкого шлака.
Задача 6.78. Попробуйте продавить песок сквозь металлическую трубку – ничего не получится. Даже если вставить в набитую песком трубку болт и ударить молотком, песок всё равно останется на месте. Даже если стенки трубы «раздуются» от удара.
Где можно использовать такое свойство?
Решение. Явление используют для крепления в грунте тяг строительных конструкций, например, опор высоковольтных линий электропередач. Обычно для закрепления тяги применяют анкеры - стержни с отверстием, для установки которых бурят скважину, опускают в неё анкер, заливают бетоном и ждут, пока он схватится. Предлагается использовать «самозаклинивающиеся» трубки с песком: ударили, песок раздал трубку, и она прочно закрепилась в отверстии.
Ещё одно применение песку придумали французские изобретатели. Чтобы избежать аварии грузовика на горной дороге, вдоль неё выкапывают канаву и засыпают её песком. Если вдруг на спуске откажут тормоза, достаточно повернуть руль, и колёса машины плавно зароются в песок.
Французские изобретатели предложили использовать пену при аварийной посадке самолёта.
Ещё одно применение пены – защита хранящихся в резервуарах нефтепродуктов от испарения.
ПриёмЭПС3 «Пористость»: заменить сплошное вещество пористым, увеличить объём пор, заполнить поры веществом с требуемыми свойствами.
Задача 6.79. В алюминиевом корпусе нужно установить стальные втулки, в которых потом нарезать резьбу. При отливке детали втулки устанавливают на дне формы и заливают форму жидким алюминием. Когда алюминий затвердеет, отливку вынимают из формы. Но при остывании отливки вследствие усадки металла втулка отделяется от алюминия. Плохо помогает и выполнение на наружной поверхности втулки бурта, канавки, конуса.
Как быть?
Решение: Втулку предлагается сделать из пористой стали. Жидкий алюминий заполнит поры и намертво соединится со втулкой.
Задача 6.80. Шлифовальный круг представляет собой пористое тело из абразивных зёрен, соединенных связкой. При изготовлении кругов массу прессуют и спекают в печи. Чем больше усилие прессования, тем меньше объём пор, тем круг прочнее. Но чем меньше объём пор, тем хуже условия резания для зёрен, труднее условия стружкообразования.
А как сделать круг с большим объёмом пор и в то же время достаточно прочный?
Решение. При приготовлении смеси в неё добавляют гранулы порообразующего вещества, например, парафина. Круги прессуют под большим усилием, а при спекании парафин выгорает. Образующиеся газы ищут выход и создают поры. Для улучшения процесса шлифования поры можно заполнить поверхностно-активным веществом – уменьшатся силы резания, теплопоглотителем – снизится температура в контакте круга с деталью, раскислителем – не будет образовываться окисная плёнка, размолотым абразивом – создаётся полирующий эффект и т.п.
Интересным представляется применение в качестве абразивного материала так называемого сферокорунда – полых абразивных зерен. При затуплении такого зерна действующее на него усилие возрастает, зерно скалывается и образует новые острые режущие кромки и поры.
Чтобы мыло не тонуло в воде, его делают пористым с замкнутыми порами.
Вот ещё несколько задач на применение правила ЭПС.
Задача 6.81. Известно, что бетон способен выдержать огромные сжимающие нагрузки, но плохо выдерживает изгибающие и растягивающие усилия. Делать же строительные конструкции из прочной стали дорого.
Как быть?
Решение известно – это железобетон: бетонные конструкции, армированные стальными стержнями (интересно, что к этой идее французский садовник Ж. Монье пришёл, укрепляя железными обручами бетонные кадки для цветов).
Широкие возможности открываются и перед метоном –металлобетоном, в которых песок и щебень соединены воедино расплавленным металлом.
Задача 6.82. Если в ёмкости для воды на садовом участке оставить воду на зиму, то лёд может разорвать ёмкость. Спускать воду не хотелось бы – весной она пригодится для полива.
Как быть?
Решение. Предлагается опустить в воду шланг, свесив его концы наружу. Вода при замерзании получит возможность расширяться, не разрушая ёмкости.
Задача 6.83. При забивании свай на верхний конец сваи надевают наголовник – металлический стакан с деревянной или пластмассовой прокладкой. Под ударами молота прокладка быстро разрушается. Если прокладку убрать, будет разрушаться головка сваи.
Как быть?
Решение. Предлагается в качестве прокладки использовать песок, причем дно стакана выполнить сферическим. Такой наголовник практически не изнашивается. Попробуйте усовершенствовать и это изобретение.
Задача 6.84. Для чернового шлифования применяют круги из крупных зёрен прочного абразива, ещё при выплавке вводя в него специальные легирующие добавки. Такие зёрна способны снимать относительно толстые стружки и выдержать большие усилия. Поэтому можно работать на интенсивных режимах шлифования. Круги для чистового шлифования, наоборот, содержат мелкие и непрочные зёрна, которые, разрушаясь, становятся ещё меньше и полируют поверхность детали. Шлифование выполняют в две операции – черновую и чистовую, что ведёт к потере производительности
Как быть?
Решение. Круг для совмещённого шлифования содержит смесь крупных, прочных зёрен с мелкими, хрупкими. Крупные зёрна снимают основную стружку, а мелкие дробятся, располагаются в порах между крупными зёрнами и зачищают риски за ними.
Итак, мы рассмотрели восемь эвристических правил решения технических задач. Эти правила, повторяем, охватывают не все возможные приёмы устранения противоречий, применяемые при решении практических задач. Но для понимания их сущности, да и для практического применения представленный объём правил и составляющих их приёмов вполне достаточен. Более глубокое изучение, с добавлением новых приёмов и с дроблением на подприёмы - это программа деятельности кружков технического творчества и школ молодых изобретателей.
Это интересно:
Мороженое на палочке запатентовал в 1924 году продавец лимонада Франк Эпперсон из Калифорнии. Он оставил на ночь ложечку в стакане с лимонадом. Ночью случились заморозки. А утром Эпперсон взялся за ложечку и увидел, что держит в руке замороженный лимонад.
Выводы
1. Одним из самых простых для усвоения и в то же время достаточно эффективным методом решения технических задач является метод «Эмпирические правила» (ЭП).
Метод включает 8 правил:
1)Объединение (ЭПО);
2) Упругость (ЭПУ);
3) Наоборот (ЭПН);
4) Криволинейность (ЭПК);
5) Динамичность (ЭПД);
6) Подобие (ЭПП):
7) Вред в пользу (ЭПВ);
8) Состояние (ЭПС).
2. Правило ЭПО: объединить объекты в более крупный объект, либо разделить на более мелкие.
ЭПО1 «Объединение объектов» – объединение однородных объектов в один объект*;
ЭПО2 «Объединение функций» – увеличение числа функций объекта при сокращении числа объектов*;
ЭПО3 «Матрёшка» – размещение объекта внутри другого объекта.
3. Правило ЭПУ: объект должен содержать упругие элементы.
ЭПУ1 «Упругий элемент» – использование упругих свойств элемента, замена жёсткого элемента упругим, ведение упругого элемента;
ЭПУ2 «Надувной элемент» – использование газообразных и жидких, надувных и гидронаполняемых, аэростатических и гидростатических элементов;
4. Правило ЭПН: изменить условия задачи на противоположные.
ЭПН1 «Противоположное положение» – изменение положения объекта, использование его обратной стороны;
ЭПН 2 «Противоположное действие» – замена действия обратным действием.
5. Правило ЭПК: элементы объекта должны иметь криволинейную форму.
ЭПК1 «Криволинейный элемент» – замена прямолинейных элементов криволинейными*;
ЭПК2 «Вращение» – замена поступательного движения вращательным*;
ЭПК3 «Качение» – замена скольжения качением, применение шариков и роликов.
6. Правило ЭПД: заменить статическую систему динамической.
ЭПД1 «Подвижность» – сообщение движения неподвижному объекту, увеличение числа степеней свободы;
ЭПД2 «Адаптивность» - оптимизация характеристик объекта в процессе работы.
7. Правило ЭПП: использование копии данного и другого объекта.
ЭПП1 «Копия объекта» – использование копии объекта;
ЭПП2 «Природный аналог» – использование аналогии с природным объектом.
8.Правило ЭПВ: нейтрализовать вредное свойство, заставить приносить пользу.
ЭПВ1 «Использование» – использование вредного свойства для получения положительного эффекта;
ЭПВ2 «Усиление» – усиление вредного фактора, чтобы он перестал быть вредным;
ЭПВ3 «Сложение» – устранение вредного свойства путём сложения с другим вредным свойством;
ЭПВ4 «Дешёвая недолговечность» – замена объекта набором дешёвых объектов худшего свойства:
ЭПВ5 «Отходы» – использование отходов вещества или энергии.
9.Правило ЭПС: изменить состояние материала объекта.
ЭПС1 «Агрегатное состояние» – изменение агрегатного состояния вещества;
ЭПС2 «Консистенция» – изменение концентрации или консистенции вещества, применение пасты, порошка, пены, геля;
ЭПС3 «Пористость» – замена сплошного вещества пористым, увеличение объёма пор, заполнение пор другим веществом.
Вопросы для самоконтроля
1. В чём сущность метода «Эмпирические правила»?
2. В чём сущность правила «Объединение-разделение»? Приведите примеры.
3. В чём сущность приёма ЭПО1 «Объединение объектов»? Приведите примеры.
4. В чём сущность приёма ЭПО2 «Объединение функций»? Приведите примеры.
5. В чём сущность приёма ЭПО3 «Матрешка»? Приведите примеры.
6. В чём сущность правила «Упругость»? Приведите примеры.
7. В чём сущность приёма ЭПУ1 «Упругий элемент»? Приведите примеры.
8. В чём сущность приёма ЭПУ2 «Надувной элемент»? Приведите примеры.
9. В чём сущность правила «Наоборот»? Приведите примеры.
10. В чём сущность приёма ЭПН1 «Противоположное положение»? Приведите примеры.
11. В чём сущность приёма ЭПН2 «Противоположное действие»?
12. В чём сущность правила «Криволинейность»? Приведите примеры.
13. В чём сущность приёма ЭПК1 «Криволинейный элемент»? Приведите примеры.
14. В чём сущность приёма ЭПК2 «Вращение»? Приведите примеры.
15. В чём сущность приёма ЭПК3 «Качение»? Приведите примеры.
16. В чём сущность правила «Динамичность»? Приведите примеры.
17. В чём сущность приёма ЭПД1 «Подвижность»? Приведите примеры.
18. В чём сущность приёма ЭПД2 «Адаптивность»? Приведите примеры.
19. В чём сущность правила «Подобие»? Приведите примеры.
20. В чём сущность приёма ЭПП1 «Копия объекта»? Приведите примеры.
21. В чём сущность приёма ЭПП2 «Природный аналог»? Приведите примеры.
22. В чём сущность правила «Вред в пользу»? Приведите примеры.
23. В чём сущность приёма ЭПВ1 «Использование»? Приведите примеры.
24. В чём сущность приёма ЭПВ2 «Усиление»? Приведите примеры.
25. В чём сущность приёма ЭПВ3 «Сложение»? Приведите примеры.
26. В чём сущность приёма ЭПВ4 «Дешёвая недолговечность»? Приведите примеры.
27. В чём сущность приёма ЭПВ5 «Отходы»? Приведите примеры.
28. В чём сущность правила «Состояние»? Приведите примеры.
29. В чём сущность приёма ЭПС1 «Агрегатное состояние»? Приведите примеры..
30. В чём сущность приёма ЭПС2 «Консистенция»? Приведите примеры.
31. В чём сущность приёма ЭПС 3 «Пористость»? Приведите примеры.
Это интересно:
В энциклопедии читаем, что английский металлург Авраам Дерби в 1699 году основал чугунолитейный завод, на котором в 1713 году впервые применил каменноугольный кокс. Для улучшения качества металла Дерби в 1735 году применил воздушное дутьё. А в 1775 году применил для дутья паровую машину Джеймса Уатта. 62 года творчества, и всё Авраам Дерби! Оказывается, было три Авраама Дерби – отец, сын и внук. Один ввёл коксование, второй – дутьё, третий применил паровую машину.
