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.

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.

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.

б) -тележка и распылители.

2-5. Крылья.

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

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 ВГнадо приложить силы, равные по величине силе веса этих частей и противоположные по направлению. Силы могут быть аэродинамические (у нас крылья), гидродинамические и т. д.

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

3-7. Аэродинамические силы в данном случае малы.

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

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 40 контактов, причем промежутки между взрывами неравны и каждый раз меняются. Например, взрыв № 2 должен следовать через 0,01 сек. после взрыва № 1; взрыв № 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 «замы-калку» можно менять как угодно. Если мы отнесем к «б» оба элемента - контакты и «за-мыкалку»,- объектом станет внешняя среда. На шаге 3-3 выделится часть этой среды то, что находится между контактами. И дальнейшее решение совпадет с тем случаем, когда выбрана «замыкалка».) 2-5. «Замыкалка».

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

3-2. См. рис. 27.

3-3. Не может осуществлять требуемого действия 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. е. по графику.

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

Рис 27 К задаче б, шаг 3-2 «замыкалка» должна двигаться сама, без участия человека

Сопоставим это с решением по авторскому свидетельству № 189597: «Устройство для установления заданных промежутков времени, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений 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 называть 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 «замы-калки»: 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 «замы-калка»).

Поиск по сайту: