НЕСКОЛЬКО УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ

Задачу о ледоколе мы решили «в обход»: на первой же стадии решения цель была изменена. Возьмем теперь задачу о дождевателе и рассмотрим такой случай, когда цель не меняется.

Чтобы не было соблазна идти обходными путями, на­чнем с шага 2—3, а все предшествующие шаги заменим краткой патентной информацией.

Решение задачи 2

Основная тенденция в развитии самоходных дождевальных агрегатов—увеличивать длину крыльев1. Чтобы несколько уменьшить консольную нагрузку на крылья, их снабжают опорными тележками с колесами. Так, например, устроен агрегат по патенту ФРГ № 1068940 (рис. 25, а). В английском патенте № 778716 крылья вы­полнены в виде шпренгельных (принцип дробления!) ферм (рис. 25, б). К сожалению, опорные тележки не избавляют от необходимости делать крылья жесткими и, следовательно, тяжелыми. Не случайно патент АРЕ № 2698 предусматривает самоходные опорные тележки. Круг, таким образом, замыкается: конструкция вновь усложняется.

Рис. 25. Основная тенденция развития самоходных дож­девальных агрегатов - увеличение длины крыльев:

а — агрегат по патенту ФРГ № 1068940; б—в английском патенте № 778716 крылья сделаны в виде шпренгельных шарнирных ферм.

Попробуем найти лучшее решение.

2—3. Дана система, состоящая из тележки, крыльев и расположенных на них распылителей воды. Увеличение длины крыльев сильно утяжеляет систему.

2—4. В принципе можно менять все элементы: тележ­ку, крылья и распылители. Но если мы решаем прямую задачу (увеличение размаха крыльев), тележка и распы­лители должны остаться неизменными. Поэтому

а — крылья,

б) —тележка и распылители.

2—5. Крылья.

3—1. Крылья при поливе сами держатся над полем (при размахе в 200—300м).

Рис. 26. К задаче 2, шаг 3—2: крылья сами себя держат гидро­реактивной силой подаваемой в распылители воды.

3—2. См. рис. 26.

3—3. Не выполняют требуемого действия «лишние» участки крыльев АБ и ВГ.

3—4. а) Нам надо, чтобы АБ и ВГ сами держались над землей.

б) Мешает вес этих частей.

в) Части АБ и ВГ должны что-то весить (это части конструкции) и в то же время веса у них не должно быть.

3—5. Части АБ и ВГ будут держаться над землей, если мы предельно уменьшим их вес (как в задаче о ле­доколе предельно уменьшали ширину взаимодействую­щей со льдом части) или как-то уравновесим крылья.

3—6. Облегчение крыльев—путь, ведущий к надув­ным конструкциям. Этот путь рассмотрен в условиях за­дачи. Остается уравновешивание: к частям АБ и ВГ надо приложить силы, равные по величине силе веса этих ча­стей и противоположные по направлению. Силы могут быть аэродинамические (у нас крылья), гидродинамиче­ские и т. д.

3—7. Аэродинамические силы в данном случае малы.

Чтобы крылья сами себя держали, целесообразно использовать гидрореактивную силу подаваемой в распылители поды.

Напор воды в гидросистеме (23 м на концах крыльев) достаточен для самоподдержания леек. Расчет показывает, что легкая гидросистема может сама себя поддер­живать и передвигать. Но даже если гидрореактивной силы было бы недостаточно, следовало хотя бы частично облегчить крылья. Пусть в нерабочем положении эти лег­кие крылья будут опущены вниз. При поливе гидрореак­тивная сила поднимет концы крыльев.

* * *

Алгоритм не избавляет изобретателя от необходимо­сти думать. Одна и та же задача может быть решена на разных уровнях—в зависимости от индивидуальных ка­честв изобретателя. Проследим это на примере.

Задача 6

При горных работах раньше производили последова­тельные взрывы десяти зарядов в течение двух минут. Оператор успевал замыкать контакты цепи с электродетонаторами вручную. Но при новой организации горных работ необходимо за 0,6 сек. последовательно включить 10 контактов, причем промежутки между взрывами не­равны и каждый раз меняются. Например, взрыв № 2 должен следовать через 0,01 сек. после взрыва № 1; изрыв № 3—через 0,02 сек. после взрыва № 2 и т. д. В другой раз взрыв № 2 должен произойти через 0,03 сек. после взрыва № 1 и т. д. График включения желательно выдержать с точностью до 0,001 сек.

Нужен предельно простой, надежный и точный спо­соб включения.

Решение задачи 6

3—3. Дана система из 40 пар проводов (контактов) и 40 «замыкалок» (или одной подвижной «замыкалки»). Трудно замыкать контакты по графику.

(Электродетонаторы не входят в рассматриваемую систему. Надо замыкать контакты, а куда идет ток—­безразлично.)

2—4. а) «Замыкалка».

б) Контакты.

(В условиях данной задачи контакты — это просто концы проводов, которые надо замк­нуть. Менять провода мы не можем: все равно будет что-то, проводящее ток. А вот «замыкалку» можно менять как угодно. Если мы отнесем к «б» оба элемента — контакты и «замыкалку», — объектом станет внешняя среда. На шаге 3-3 выделится часть этой среды: то, что находится между контактами. И дальней шее решение совпадет с тем случаем, когда выбрана «замыкалка».)

2—5. «Замыкалка».

3—1. «Замыкалка» сама соединяет контакты точно по графику.

Рис. 27. К задаче 6, шаг 3—2: «замыкалка» должна двигаться сама, без участия человека.

3—2. См. рис. 27.

3—3. Не может осуществлять требуемого действии подвижная часть «замыкалки».

3—4. а) Нам надо, чтобы «замыкалка» сама передвигалась по графику.

б) «Замыкалка» не может передвигаться без при­менения каких-то сил.

в) Для передвижения «замыкалки» нужны силы, а мы хотим, чтобы «замыкалка» двигалась сама, т.е. без наших усилий.

3—5. «Замыкалка» будет двигаться сама, если в ней самой появятся силы.

3—6. Если силы появляются сами—это естественные силы.

3—7. Простейший случай движения под действием естественных сил — падение. «Замыкалка» должна двигаться под действием силы тяжести. Это обеспечит движение по определенному закону, т. e. по графику.

3—8. В трубке создан вакуум. Падает груз и замыкает контакты. Переналаживание легко осуществляется, ее ли в трубке много контактов и можно подключаться к тем, которые нужны.

Сопоставим это с решением по авторскому свидетельству № 189597: «Устройство для установления заданных промежутков времени, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерении при записи сейс­мограммы оно выполнено в виде стержня с расположен­ным на нем грузом, замыкающим во время падения контакты, соединенные с электродетонаторами».

Такие ответы учебных задач, защищенные авторски­ми свидетельствами и отражающие современный уровень творческой мысли в данной области, мы будем на­певать контрольными ответами.

Смысл изучения АРИЗ, конечно, не в том, чтобы на­учиться находить контрольный ответ. Решить учебную изобретательскую задачу—значит, дать ответ, не очень отличный от контрольного (на первых этапах обучения), сходный с ним или превосходящий его (на завершающих этапах обучения).

Задачу 6 можно было решить чисто конструкторским путем (например, используя цепи с линиями задержки), но при этом не удалось бы совместить предельную простоту с требуемой точностью. Контрольный ответ соответствует второму уровню: перебрав несколько десятков вариантов, к нему можно было прийти и без АРИЗ.

Попробуем теперь усложнить задачу. Это даст нам возможность в большей мере использовать АРИЗ.

Задача 7

Возьмем в качестве прототипа ответ 3—8 на задачу 6. Имеется стеклянная трубка с вакуумом; падает металли­ческий шарик, замыкает введенные в трубку контакты. Недостаток прототипа — нет свободного падения «замыкалки»: шарик все-таки касается контактов и, следовательно, притормаживается.

Как быть?

Если взять 40 трубок разной длины, мы избавимся от трения (контакты будут только на дне); но услож­ним прибор. Заменить контакты микрокатушками, а ша­рик—магнитом? Останется трение магнита о силовые линии тока в катушках. К тому же схема сильно услож­нится введением усилителя. Ввести световое замыкание? Плохо. Мы снова усложняем схему...

Прибор должен остаться простым, а точность его по сравнению с прототипом должна быть повышена. Задача учебная, поэтому менять ее нельзя; надо обязательно сохранить исходную схему (контакты и падающая «замыкалка»).

Решение задачи 7

2—3. Дана система из вакуумной трубки, контактов и «замыкалки». При падении «замыкалка» трется о кон­такты.

2—4. а) «Замыкалка», контакты.

б) Трубка.

(Сейчас, когда мы рассматриваем трение «замыкалки» о контакты, оба эти элемента в рав­ной мере могут быть отнесены к «а». Трубку тоже можно менять, но в меньшей степени; у трубки своя функция—держать вакуум.)

2—5. «Замыкалка».

(Можно взять контакты, можно взять «замыкалку-контакты»—в данном случае это безраз­лично, так как все равно придется рассматри­вать взаимодействие трущихся частей.)

3—1. «Замыкалка» при падении сама замыкает кон­такты без трения.

Для замыкания нужно соприкосновение, т. е. трение. ИКР говорит: пусть трение будет без трения! Дикая идея, не так ли?

Здесь возникает сильный психологический барьер, и дальнейший ход решения во многом зависит от индивиду­альных качеств изобретателя, прежде всего—от смелости и организованности мышления. Нужно уметь не останав­ливаться перед барьером, не отступать, не уходить в сто­рону.

3—2. Итак, шарик должен проходить сквозь контакты без трения! Тут может появиться идея жидкого шарика. Но это решение не годится: жидкость будет испа­ряться, исчезнет вакуум, нарушится свободное падение.

3—3. Не может выполнить требуемого действия наи­более широкая часть шарика. Его, так сказать, антиталия...

3—4. а) Нам надо, чтобы шарик двигался без трения, т. е. не касаясь контактов.

б) Для замыкания антиталия должна плотно прикасаться к контактам.

в) Для «а» нужно, чтобы шарик двигался; для «б» — чтобы он не двигался...

3—5. Значит, шарик должен одновременно двигаться и не двигаться.

Раньше было «трение без трения», теперь «движение без движения»... Подобно тому как перед рассветом уси­ливается темнота, так и перед выходом к новой идее мысль наталкивается на препятствия, кажущиеся особен­но трудными. Мы будем называть это явление пред­рассветным эффектом. Помните, Максутов подо­шел к мысли, что приходится усложнять конструкцию. Раньше он останавливался на этом месте (темнота сгу­щалась, дальше не хотелось думать!). Но в поезде Максутов решил «пофантазировать»: допустил возможность усложнения конструкции и продолжал размышление. И вот оказалось, что усложнение—кажущееся.

3—6. Придется разделить шарик. Пусть одна часть, а именно антиталия, дойдя до контакта, останавливается, а другая часть шарика (все остальное) — продолжает сво­бодное падение.

3—7, 3—8. Сделаем «замыкалку» составной (рис. 28). Верхнее кольцо, дойдя до первой пары контактов, остановится и замкнет первую цепь. Остальная часть «замыкал-

Электромагнит

Первая пара контактов

Вторая пара контактов

Рис. 28. Каждая пара контактов задержит только «свое» кольцо.

ки» будет при этом продолжать свободное падение: остановка верхнего кольца не отразится на нижних кольцах так как при свободном падении верхнее кольцо не дави на нижние кольца. Исключено и сдвижение колец в сторону—нет сил, способных вызвать это сдвижение.

Вторая пара контактов выдвинута к оси трубки больше, чем первая пара. На второй паре контактов задерживается второе кольцо, а оставшаяся часть «замыкалки» снова продолжает падение и т. д.

Прикинем теперь, как будет устроена трубка. Пред­положим, длина трубки—3 м (это вполне допустимо по аналогии с прототипом). Первый метр оставим нерабо­чим: «замыкалка» там только разгоняется. Следующие два метра «замыкалка» в свободном падении пройдет за 11,2 сек. "Среднее расстояние между контактами на этом участке: 200 см : 40 = 5 см. Ясно, что число контактов можно существенно увеличить. Подключая цепи к тем или иным контактам, мы сможем реализовать разные графики включения. Средняя скорость движения «замыкалки» 1. м за 0,1 сек. Значит, 0,001 сек. соответствует точ­ность установки контактов в 1 см. А контакты можно легко установить с точностью, в десять раз большей. При ди­аметре трубки в 80 мм среднее сдвижение контактов к оси трубки—2 мм. «Перезарядка» прибора достигается его переворачиванием. Одновременное сбрасывание всех колец — освобождением нижнего кольца, на котором свободно лежат все остальные кольца.

Итак, мы все-таки получили трение без трения! Най­денный принцип значительно шире конкретной задачи. В сущности, мы нашли способ опорного движения без трения об опоры... Решить задачу на таком уровне без АРИЗ—путем перебора вариантов—очень нелегко. Вы можете убедиться в этом, предложив задачу 7 своим друзьям. Помните, что при этом нельзя менять задачу: должна быть усовершенствована исходная схема (с па­дающим грузом, замыкающим контакты). И еще: условия задачи надо не пересказывать, а давать в письмен­ном виде. Пусть решающий ознакомится с контрольным ответом по задаче 6, а затем прочитает условия задачи?.

Разобрав несколько задач, которые мы привели, читатель может сделать вывод, что для АРИЗ характерно стремление получить требуемый эффект при минималь­ных затратах. В задаче 5 мы стремились к тому, чтобы как можно меньше разрушать лед: разрушенный лед сам по себе никому не нужен, это только «плата» за грубый, несовершенный способ движения. В задаче 2 крылья дождевателя держались «сами по себе». В задаче 7 тре­ние было снято простым разделением «замыкалки».

Для обычного инженерного мышления типично другое: готовность «платить» за полученный эффект. «Нуж­но опустить эту тяжелую трубу на откос,—думает инже­нер.— Прекрасно. Смонтируем кран, он опустит трубу». Кран—это и есть плата за реализацию действия, требуе­мого задачей.

Изобретатель думает иначе: «Нужно опустить эту трубу. Ну, что же, надо делать так, чтобы труба как-то сама легла на откос».

Мы привыкли расплачиваться за решение техниче­ских задач металлом машин, сложностью электроники и щедрым расходом энергии. АРИЗ вырабатывает привыч­ку платить иной валютой—творческой мыслью. Задача может кричать: «Я совсем простая, меня легко решить, используя известные механизмы!» Но изобретатель все равно должен стремиться найти решение, не требующее машин, механизмов, устройств. Конечно, что-то, в конце концов, придется использовать. Но это «что-то» должно быть обязательно новым и более эффективным.

Посмотрим на конкретной задаче, как это происходит.

Задача 8

В лаборатории намечено провести серию испытаний системы фильтров (например, для двигателей внутренне­го сгорания). В ходе испытаний в фильтры вместе с по­ступающим туда воздухом надо подавать песок, пыль, частицы глины и прочие сыпучие добавки. Для каждого испытания имеется график подачи добавок. Иногда надо подавать только одну какую-нибудь добавку, например, только песок, а нередко требуется одновременно пода­вать до 24 видов добавок. Каждая добавка подается в свое время по заранее составленному графику, поэтому смешивать добавки и подавать усредненную смесь нель­зя. Вес каждой добавки от 0,01 кг до 0,03 кг. Время подачи 10 сек. Потом установку разбирают и исследуют.

Нужно предложить способ подачи сыпучих добавок. Основные требования: простота, точность, легкость пере­наладки (предполагается проверить сотни разных сочета­ний добавок).

* * *

Эта задача была предложена слушателям, только что принятым в Азербайджанский общественный институт изобретательского творчества. Время на решение не огра­ничивалось, большинство справилось с задачей за 1/2—2 часа. Все слушатели—90 человек—подошли к задаче с позиций обычного конструирования: подача по­рошков осуществлялась различными дозаторами. В не­скольких предложениях автоматизация дозировки достигалась использованием ЭВМ!

Вот одно из решений: «К агрегату подведены 24 трубы. Перед каждой трубой вращается приспособление в виде сита. Число дырок в сите соответствует числу точек кривой для данного порошка. Диаметры дырок подобра­ны так, чтобы в агрегат в одну секунду могло проходить определенное количество порошка. Скорость вращения сит такова, что каждую секунду к трубам подается новое отверстие нужного диаметра». Итак, 24 дозатора — каж­дый с набором ежесекундно меняющихся диафрагм! Ма­шина громоздкая, не очень надежная (отверстия в диаф­рагмах и трубки могут забиться) и трудно поддающаяся переналадке.

Через полтора месяца та же задача была вновь пред­ложена слушателям. На этот раз времени на решение по­требовалось вдвое меньше — и половина слушателей вы­шла на уровень контрольного ответа.

Решение задачи 8

Применим оператор РВС.

2—2а. Увеличим количество добавок в 100 раз. Теперь потребуются 2400 дозаторов. Получается слишком громоздкая установка. Дозатор должен быть один и притом самый простой. Но из этого простого дозатора должны независимо идти 2400 порошков...

2—26. Если добавка одна, можно поставить обычный дозатор.

2—2в.Чем меньше время подачи, тем хуже будет рабогать дозатор. Если вместо 30 сек. в нашем распоряжении всего 0,03 сек., мы просто не успеем отдозировать порош­ки. Вывод: дозировку надо осуществлять заранее. Глав­ный выигрыш в том, что заранее мы можем дозировать порошки любым способом и без спешки, следовательно, очень точно. Если у нас есть заранее отдозированные по­рошки (например, разложенные по секундным порциям), то дозаторы не нужны: из двух требуемых действий — отдозировать порошки и подать — остается только второе действие.

2—2г. Допустим, время подачи порошков растянуто до года. Порошки подаются медленно—крупинка за крупинкой. В этом случае тоже есть смысл отдозировать их заранее, скажем, по недельным порциям.

2—2д. Если допустимая стоимость устройства близка к нулю, устройства нет или почти нет. Собственно, доза тор нам не нужен: мы можем любым—самым дешевым способом отдозировать порошки заранее. Значит, надо как-то избавиться и от подающего устройства.

2—2е. Если расходы на устройство могут быть высо­кими, попробуем изменить природный элемент системы — порошки. Соединим — хотя бы с помощью клея — каж­дую крупинку порошка с крупинкой ферромагнитного материала. Теперь подачей порошков очень легко управ­лять. Правда, неясно, как в нужный момент отделять крупинки порошка от крупинок металла.

Что же нам дал оператор РВС? Одну безусловно под­ходящую идею—дозировать порошки заранее. И одну дикую, но заманчивую идею: крупинки металла несут и сбрасывают частицы порошка.

Продолжим решение.

2—3. Дана система из фильтров и 24 добавок. Добав­ки трудно подавать в фильтры по графикам.

2—4. а) —

б) Фильтры, порошки.

Менять фильтры нельзя — мы их исследуем. Порошки тоже нельзя менять—нарушатся условия эксперимента.

2—5. Внешняя среда.

3—1. Внешняя среда сама подает порошки по задан­ным графикам просто и точно.

В этой формулировке, в сущности, указаны два дейст­вия—дозировать («по заданным графикам») и подавать. Но шаг 2—2 уже дал идею предварительной дозировки. Поэтому мы можем уточнить ИКР:

3—1. Внешняя среда сама подает заранее отдозированные порошки просто и точно.

3—2. Будем для простоты рассматривать один поро­шок, помня, что потом решение надо распространить на 24 порошка. Итак, мы имеем заранее отдозированный по­рошок (рис. 29); сейчас внешняя среда не подает поро­шок, а нам надо, чтобы она сама подавала его в воронку.

3—3. Не может выполнить требуемого действия часть внешней среды от того места, где лежат отдозированные порошки, до воронки.

Рис.-29. К задаче 8, шаг 3—2: заранее отдозированный порошок подается при помощи ленты.

3—4. а) Нам надо, чтобы эта часть внешней среды сама несла порошок.

б) Нетрудно сделать эту часть среды из ленты. На ленту можно положить предварительно от­дозированный порошок. Но куда денется лента над воронкой?

в) Несовместимость (притом не очень страш­ная — это уже видно) состоит в том, что лента должна быть и ленты не должно быть. Правда, требования эти относятся к разным моментам времени: пока лента несет порошок, она должна быть; когда порошок донесен, должна исчез­нуть. Нечто подобное (с частицами ферромаг­нитного материала) у нас получилось и на шаге 2—2е.

3—5. Итак, лента должна исчезнуть над воронкой. 3—6. Либо надо уничтожить л.енту, либо отвести ее в сторону.

3—7. Можно загнуть ленту: пусть возвращается на­зад. Получится что-то вроде ленточного транспортера. 24 транспортера? А если их 240? Плохо! Транспортер хо­рош, когда надо долго подавать материалы. А мы весь порошок расположили заранее—нам не нужна высвобо­дившаяся лента транспортера.

Остается первый вариант—уничтожить ленту над во­ронкой. Это ближе к идеальной машине: часть машины, выполнившая свою работу, должна исчезнуть.

3—8. Куда и как будет исчезать лента? Можно отбра­сывать ленту, но это, видимо, потребует применения ка­кого-то механизма. Идеальнее, чтобы лента исчезала сама: таяла, испарялась и т. д.

4—1. Мы выиграли в точности (заранее тщательно до­зируем), в простоте конструкции (набор исчезающих лент). Но вводится операция предварительной раскладки порошка на ленту.

4—2. Нетрудно нанести порошок на ленту равномер­но: покроем ленту клеем, посыплем порошком, приклеим один слой. Однако нам нужна лента, несущая порошок в виде графика. Положить клей в те места, где по графику должен быть порошок? Проще вырезать график из лен­ты, имеющей одинаковую ширину. Вещество ленты долж­но легко резаться, легко покрываться клеем, легко исче­зать. Обыкновенная бумага. А лучше—беззольная бу­мага.

4—3. Теперь трудно найти недостатки. Изготовить за­пас равномерно покрытых порошками листов несложно. Вырезать из этих листов нужные графики—совсем про­сто. Равномерно подавать один или несколько (сложен­ных в пачку) листов можно с помощью самых простых устройств. Сжигание беззольной бумаги над воронкой тоже не вызывает затруднений.

4—4. Мы нашли да столько простой способ, что его легко реализовать и испытать. Выигрыш отчетливо ви­ден.

Контрольный ответ: «Способ непрерывного дозирования сыпучих материалов по весу в единице объема, на­пример абразива, при ускоренных износных испытаниях двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что с целью повышения точности, абразив предваритель­но наносят равномерным слоем на поверхность гибкой ленты из легковоспламеняющегося вещества, подают ее с заданной скоростью в зону нагрева и сжигают, а абразив отводят к испытуемому объекту» (авторское свидетельст­во №-305363).

Разумеется, практически записи решений несколько короче. Вот, например, решение В. Митрофанова, студен­та 5-го курса Азербайджанского института нефти и хи­мии:

«2—3. Дана система; агрегат и добавки.

2—4. а) —

б) Агрегат, добавки.

2—5. Внешняя среда.

3—1. Внешняя среда вводит добавки вовремя и как нам нравится.

3—2. (На рисунке «Было» показаны хаотические по­токи добавок, на рисунке «Стало»—упорядоченные.)

3—3. (Выделены участки—там, где насыпаются добавки.)

3—4. Внешняя среда не взвешивает, не знает времени и т. д.

3—5. Если бы ей не надо было знать ничего. Если за­ранее как-то все сделать».

Отсюда В. Митрофанов сразу пришел к ответу, сов­падающему с контрольным. На решение было затрачено всего 20 минут.

Инженер Р. Султанов получил тот же ответ, но не­сколько иным путем:

«3—4. Внешняя среда не может захватить нужные ко­личества порошков и подавать в строго определенное время.

3—5. Если внешняя среда обладала бы каким-то сред­ством транспортировки (например, подавала бы 1 кон­тейнер в секунду), в которое заранее насыпано нужное количество порошков. Контейнер—название условное. Допустим, оболочка, лента. После доставки лента исче­зает».

Формулировки ответов на вопросы АРИЗ сохраняют индивидуальность. Но для всех сильных решений (на уровне или выше контрольного ответа) характерен об­щий стиль мышления:

направленность мысли, отсутствие беспорядочных скачков, суетливых метаний;

постоянная ориентировка на ИКР, стремление полу­чить результат, расплатившись предельно-минимальным устройством;

умение легко преодолевать психологические барьеры (термин «контейнер» тянул к идее использования пакети­ков, но Р. Султанов тут же отметил: контейнер—назва­ние условное. Потому что оболочка или лента — тоже контейнеры...);

хорошее владение основными приемами устранения технических противоречий, когда малейшая подсказка анализа воспринимается как ясное указание применить тот или иной прием (были использованы приемы предварительного исполнения», отброса ненужных частей, динамизации объекта).

* * *

Теперь я приведу несколько задач для самостоятель­ного решения. Это учебные задачи: в их условиях содер­жатся все сведения, необходимые для решения. Каких-ли­бо отраслевых знаний не требуется. Кроме того, посколь­ку задачи учебные, достаточно лишь в самом общем виде найти принцип решения.

Не ищите решение перебором вариантов. Пытаясь от­гадывать (по знакомому методу «а если сделать так...»), вы лишь бесполезно затратите время. Если, удастся пра­вильно угадать ответ, ваше творческое мастерство от это­го не повысится. Даже самые простые задачи надо ре­шать по системе, это нужно для тренировки изобрета­тельских навыков.

Решайте задачу так, как будто оценка ставится не за полученный ответ, а только за ход решения. Считайте, что самое важное — четко выстроить лесенку ответов на вопросы. Эта лесенка должна обладать двумя свойства­ми: первое—цельность, отсутствие логических разрывов; второе — наличие какого-то неожиданного поворота. Вспомните решение задачи 7: уже в ИКР мы пришли к выводу, что нужно получить трение без трения. Здравый смысл уводил в сторону, но мы стали последовательно искать трение без трения и движение без движения...

Задача 9

Воздух, подаваемый в аквариум, позволяет в сравни­тельно небольшом объеме воды содержать много рыбе­шек. Поэтому давно возникла мысль использовать анало­гичный прием для интенсификации рыбоводства в озерах, прудах и т. п. Беда, однако, в том, что способ этот неэко­номичен: лишь небольшая часть воздуха успевает раство­риться в воде, основная же его масса возвращается в ат­мосферу. Для комнатного аквариума это не так страш­но—маленький моторчик справляется с делом. Но в озе­рах иные масштабы; потребовалось бы возле каждого озера строить мощную компрессорную установку, про­кладывать разветвленную систему труб и т. д.

Нужен иной способ — несложный, экономичный и, ко­нечно, безвредный для рыб. Поэтому, в частности, не надо использовать реактивы, выделяющие кислород.

Задача совсем простая. Попробуйте ее решить сразу (без анализа) по таблице типовых приемов.

Задача 10

При полировке оптических стекол используют дерево и ткани, а в последние годы — смолы и пластмассы. В зону соприкосновения стекла и инструмента подается водная взвесь полировального порошка.

Однако этот традиционный способ далек от совершен­ства. Полировку приходится вести на низких скоростях, так как смолы, ткани, дерево и пластмассы с увеличени­ем числа оборотов сильно разогреваются и теряют необ­ходимые качества.

Как повысить скорость обработки?

Вероятно, вы сразу подумаете о подаче охлаждающей жидкости: пусть вместо водной взвеси будет взвесь поли­ровального порошка в какой-нибудь охлаждающей жид­кости. Такой способ известен, он дает не очень хорошие результаты. Представьте себе полировальник в виде не­большой подушки, которая быстро вращается, плотно прижимаясь к стеклу. Как подавать охлаждаю­щую жидкость? Сбоку? Но ведь тепло выделяется под подушкой—там, где в данный момент прижат полиро-нальник. Устроить сквозные каналы в полировальнике? Тут мы наталкиваемся на противоречие: чем больше в полировальнике каналов, тем равномернее будет пода­ча жидкости, но тем хуже будет работать сам полиро­вальник, ибо он будет состоять в основном из дырок... Словом, дырчатый полировальник—не самая удачная идея.

Это тоже очень простая задача. Решите ее, используя таблицу типовых приемов.

Задача 11

Для испытания материалов на длительную проч­ность в условиях высоких температур и агрессивных сред используют прочные камеры—сейфы. К образцу матери­ала прикрепляют груз, после чего заполняют камеру аг­рессивным веществом, герметично закрывают и включа­ют систему обогрева (тепловые элементы размещены в стенках камеры). Вес груза — от 0,02 кг до 2 кг.

Основная трудность при таких испытаниях связана с определением момента разрыва образца. Правда, здесь не требуется особой точности. Достаточно, если момент обрыва будет зафиксирован с точностью до нескольких секунд, так как испытания ведутся иногда в течение мно­гих дней. Сложность в другом: трудно обеспечить надежность сигнальных устройств, размещенных внутри каме­ры в сильно агрессивной среде. Нужно, чтобы момент об­рыва определялся снаружи. Аппаратура, улавливающая шум падения груза, не годится — она слишком сложна и ненадежна.

Примем для определенности, что камера имеет разме­ры 0,4 X 0,3 м X 0,3 м, а толщина стальных стенок — око­ло 10 мм. Итак, нужен предельно простой и надежный способ регистрации момента разрыва образца. Помните: не должно быть ни одного сквозного отверстия в стенках камеры!

Начните анализ задачи с шага 2—3.

3адача 12

Имеется пневматический конвейер. Он представляет собой наклонную трубку, по дну которой снизу вверх - под действием потока воздуха — перемещаются (катятся) мелкие штучные грузы. В нашем случае—помидоры Трубка идет с этажа на этаж, в нескольких местах меняет направление (для наглядности можно считать, что труба расположена вдоль обычной лестницы). Недостаток системы: помидоры налетают друг на друга, ударяются, портятся.

Нужен способ пневматической транспортировки, при котором грузы будут двигаться по заданной программе с абсолютной надежностью: на определенном расстоянии друг от друга и в определенном темпе. Отказываться от пневматической системы транспортировки крайне нежелательно: потребуется новое оборудование, а его у нас нет.

Начните решение задачи с шага 2—3.

Задача 13

В электронных схемах высокой частоты применяют так называемые линии задержки. Они служат для сдвига выходного сигнала по времени. Линии задержки пред­ставляют собой слоистую конструкцию—слои материала' с низким и высоким омическими сопротивлениями чередуются. Такими парами могут быть, например, стекло и сталь, сплав Вуда и медь. Толщина слоев составляет 0,1— 0,01 мм, точность изготовления требуется высокая.

Известные способы изготовления (прессование, прокатка) малопроизводительны, дороги, дают много брака. Из некоторых пар вообще не удается получить слоистую конструкцию: материалы, составляющие пару, обычно резко отличаются по температуре плавления (стекло— до 800°, сталь—1500⁰, сплав Вуда—70°, медь—1083⁰); на тонкую пластину из сплава Вуда наложить раскален­ную медную пластину, сплав Вуда просто растает.

Нужен принципиально новый способ изготовления слоистых конструкций.

Эта задача сложнее двух предыдущих: барьеры на пути к ее решению весьма высокие. Начните решение с шага 2—2.

Задача 14

Трубопровод далеко не всегда удается загрузить ка­ким-либо одним нефтепродуктом. Поэтому была предло­жена последовательная транспортировка, при которой разные нефтепродукты передаются по одному трубопроводу друг за другом, так сказать, встык. Способ этот в принципе имеет большое преимущество: вместо несколь­ких параллельных трубопроводов можно построить один. Но широкого распространения последовательная пере­качка пока не получила.

Причина в том, что при перекачке одного горючего вслед за другим в зоне их соприкосновения неизбежно происходит смешивание. В связи с этим возникают слож­ные технические проблемы. Как, например, точно установить, когда кончается чистый бензин и начинается смесь его с дизельным топливом? А где кончается эта смесь и начинается последующий чистый продукт? Как своевре­менно отделить смесь от чистых продуктов и избежать загрязнения топлива, ранее поступившего в резервуары конечного пункта перекачки?

До 1960 года почти на всех магистральных нефтепроводах применялся ручной способ контроля: во время оче­редного цикла перекачки лаборанты контрольных пунк­тов в любую погоду, днем и ночью часами просиживали в сырых колодцах трубопровода, производя многочисленные анализы. Делалось это кустарно: прямо из трубопровода брали пробу, наливали ее в колбу и по уровни плавающего в ней поплавка определяли плотность нефте­продукта. Но разность плот­ности светлых горючих весь­ма незначительна, и Уло­вить» таким путем границы смешения было почти невоз­можно. В результате за каж­дый цикл перекачки только по одному трубопроводу среднего диаметра (500 мм) вместе со смесью уходило и брак от 800 до 1200 тонн чистых продуктов.

Рис. 30. Как уменьшить потери нефтепродуктов, передаваемых по одному трубопроводу?

Было внесено несколько предложений. Например, предложили прибор «нефтеденсиметр», который опреде­лял сортность нефтепродуктов по их плотности тоже на основе поплавка, но установленного в горловине трубо­провода. Предлагалось также осуществлять контроль гамма-плотномером. Этот прибор действует при помощи гамма-излучений радиоактивных изотопов, устанавливая качество горючего опять-таки по его плотности. Есть ультразвуковые установки, измеряющие скорость рас­пространения звука в жидкости.

Посмотрите на рис. 30. По трубопроводу встык дви­жутся два разных нефтепродукта А и Б. На стыке обра­зуется смесь А + Б. Если бы удалось точно фиксировать границы I и II, то потери не превышали бы объема смеси. Но из-за неточности контроля приходится начинать отделение смеси раньше (линии III), а заканчивать позже (ли­ния IV), чем это теоретически возможно. Совершенствуя методы контроля, приближают линию III к I и линию IV к II. Потери при этом умень­шаются, но смесь А + Б образуется по-прежнему. Це­лесообразнее обходной путь: вообще избежать образование смеси А + Б, использовав какой-то разделитель между А и Б.

Рис. 81. Разделители с манжетными и дисковыми уплотнителями.

Известны разделители (рис. 31) с манжетными, дисковыми и щеточными уплотнителями. Однако эти «ершики» имеют принципиальные недостатки: смесеобразова­ние не предотвращается—нефтепродукты просачивают­ся через зазоры между стенками трубы и уплотнителями; «ершики» застревают в трубопроводах, а кое-где вообще не могут пройти. На трассе (через определенные расстоя­ние) стоят промежуточные насосные пункты. Понятно, что пройти через насосы твердый разделитель не может.

Расположить вдоль трубопровода гибкую перегород­ку? Дорого, сложно, ненадежно...

Были предложены жидкие разделители: вода, лигро­ин. На первый взгляд это удачное решение: чтобы не про­исходило смешивания, достаточно взять жидкий разде­литель в небольшом количестве—полтора процента от объема трубопровода. Но беда в том, что и вода, и лигроин, и любой другой жидкий разделитель в процессе тран­спортировки смешиваются с нефтепродуктами. Конечно, не жалко выбросить отработавшую в качестве разделите­ля воду, но как отделить ее от нефтепродуктов?

Итак, твердые и жидкие разделители имеют серьез­ные недостатки. Газообразные вообще не подходят: газ поднимается в верхнюю часть трубопровода и перестает играть роль разделителя.

Проведите анализ задачи с шага 2—3.