Основные правила и приёмы ТРИЗ при решении задач

Приведем следующие основные правила.

1. Нужно правильно сформулировать задачу.

С этой целью следует провести анализ задачи и построить модель задачи

[3].

Решение задачи следует начинать с перехода от заданной ситуации к минимальной задаче, получаемой по правилу «техническая система остается без изменений, но исчезают недостатки или появляются требуемые свойства». Мини-задача ориентирует на наиболее простое и легко внедряемое решение.

Модель задачи - предельно упрощенная схема конфликта, составляющая суть задачи. Дальнейшее сужение области анализа осуществляют выделением оперативной зоны, т. е. области, изменение которой необходимо и достаточно для решения задачи. В процессе анализа и построения модели задачи осуществляют выявление имеющихся вещественно-полевых ресурсов.

При формулировании задачи важно отказаться от принятых технических терминов, которые способны «затуманить» пути решения задачи посредством стереотипов. Термины следует заменить такими названиями, которые отражали бы естественное и неизменное существо объекта. Например, представляли материал с определенными свойствами, порою даже совсем не в технических терминах, например - «железка». «Железка» - это материал, обладающий определенными характеристиками: намагничиваемость,

электропроводимость, удельный вес 7,85 г/см3, способность к пластическому деформированию и т. д.

Пример. При сборке шарошечного долота нужно на вертикально установленную цапфу одеть шарошку, предварительно закрепив в канавках цапфы шарико- и роликоподшипники. При сборке, по «старой» схеме использовали густую смазку, с помощью которой опоры качения приклеивали к цапфе.

Решение. Нужно назвать все детали долота «железками» и сформулировать задачу так: необходимо, чтобы много «железок» держались короткое время на вертикальной поверхности другой «железки».

Ответ очевиден: для решения задачи нужно намагничивать цапфу.

2. При решении задачи следует ориентироваться на идеальный конечный результат (ИКР).

Такое решение не всегда достижимо в полной мере, но необходимо добиваться максимального приближения к нему. Для того, чтобы сформулировать ИКР, следует выделить физическое противоречие (ФП).

Формула ИКР отражает идеальный образ искомого решения задачи. Четкое представление об ИКР позволяет выявить ФП, связанное с оперативной зоной.

3. Для приближения к ИКР необходимо использовать в первую очередь имеющиеся ресурсы - вещественные, энергетические и постараться не прибегать к дополнительным ресурсам.

Если это удастся, то получится ИКР. Данные по условию задачи вещества и поля, а также «даровые» ресурсы принято называть вещественнополевыми ресурсами (ВПР).

Примером «неудачного» распоряжения имеющимися даровыми ресурсами может являться существующая система разводных мостов, в которой не используется энергия текущей воды. Однако существуют технические решения, в которых этот «просчет» учтен, и мост из рабочего состояния в «разведенное» переходит под действием энергии течения, подобно кораблю, маневрируя и меняя свое расположение по схеме: поперек течения - вдоль течения.

Подобные примеры можно привести в связи с так называемыми альтернативными источниками энергии - ветряки, солнечные батареи, системы, использующие энергию приливов и отливов морей, энергию морских волн, естественных гидропотоков, в том числе подземных.

4. При решении задачи нужно выделить оперативную зону (локальное место взаимодействия) и определить основные элементы управления, определяющие результативность процесса взаимодействия в оперативной зоне.

Выделенные элементы управления следует проанализировать с целью выявления наиболее перспективных с точки зрения решаемой задачи. Возможно, следует ввести новые элементы управления системой.

5. Анализ способов устранения физического противоречия.

Данный этап предполагает поиск решения с использованием определенного информационного фонда - законов физики, химии и стандартного набора АРИЗ [3].

Пример. Судно на подводных крыльях, у которого на большой скорости движения в турбулентном потоке под действием кавитационных процессов происходит разрушение поверхности крыльев.

> К

авитация (от лат. cavitas - пустота) -

Рис.2.18. Схема к задаче об устранении нарушение сплошности

кавитационной «коррозии» внутри жидкости, т. е.

образование в жидкости пузырьков. Возникает в результате местного уменьшения давления ниже критического значения вследствие местного повышения скорости в напорном потоке. Кавитация неблагоприятно отражается на работе гидротурбин, насосов, гребных винтов, приводя к разрушению их поверхности. Разрушение происходит вследствие того, что пузырьки, лопаясь, выбивают частицы материала с поверхности рабочих органов, вызывая гидродинамическую коррозию.

Скорость движения судна на подводных крыльях определяет величину подъемной силы, действующей на крыло, поэтому можно сформулировать следующее физическое противоречие: «Скорость воды должна быть как можно больше, что позволит увеличить подъемную силу, но скорость воды должна быть как можно меньше, что позволит уменьшить степень разрушения крыла».

ИКР данной задачи сформулируем так: не привлекая новых материалов и не меняя внешний вид, конструкцию и материал рабочих элементов, исключить их разрушение под действием кавитационных процессов или обеспечить самозалечивание поверхности, так как исключить явление кавитации, очевидно, не удастся.

ВПР - вода, материал крыльев - металл, турбулентный поток.

Устранение физического противоречия.

Необходимо изменить условия течения воды относительно крыла таким образом, чтобы тот ее слой, который непосредственно взаимодействует с крылом, имел бы низкую скорость, а остальная ее часть - высокую.

Техническое решение.

Поверхность крыла охлаждается до температуры ниже О С. В результате этого вода, обтекающая крыло, замерзает и образует на его поверхности тонкую корку льда (слой с нулевой скоростью), защищающую крыло от разрушения, поскольку разрушается ледяная корка, которая впрочем вновь восстанавливается.

Таким образом, решение задачи имеет следующую формулу: поле холода + вода = лед. Новое состояние воды достигается за счет использования поля низкой температуры (рис. 2.18).

Данная задача имеет и другое, возможно, более изящное, решение, позаимствованное у природы, но для этого потребуется изменить конструкцию обшивки рабочих элементов.

Как известно, дельфины, пингвины и др. морские животные развивают очень высокую скорость в воде, нс испытывая воздействия кавитации. Причина

Слоистая структура обшивки рабочего элемента

Рис. 2.19. Слоистая структура обшивки рабочего элемента

в структуре их кожного покрова, который имеет несколько слоев. Под

верхним прочным слоем имеется податливый пористый слой, который отличается эластичностью и податливостью, что приводит при

движении морских животных к упругому восприятию потока и гашению турбулентности. Очевидно, что для повышения скорости и экономичности надводных и подводных судов следует учесть опыт живой природы и создавать гибкие оболочки вокруг корпусов судов (рис.2.19). В настоящее время эластичными покрытиями оснащаются боевые подводные лодки для обеспечения скрытности пребывания.

При решении задачи по второму варианту использовали законы дробления рабочих органов (обшивку крыла сделали слоистой), принцип динамизации связей, а именно, отказ от жесткого покрытия рабочих элементов и применение гибкого слоистого покрытия с заданными свойствами.

Данная задача имеет, очевидно, и другие решения, например, нужно рабочие элементы окутать слоем из воздушных пузырьков, заведомо снижая давление в потоке в приконтактной зоне, что будет приводить к схлапыванию пузырьков не на обшивке крыла, а ранее, на некотором удалении от него.

Другие примеры подобных задач:

  • -а. с. № 359198. Для снятия гребного винта используют тяги, удлиняющиеся при нагреве;
  • -а. с. № 236279. Для сжатия порошка, заключенного в металлический корпус, используют охлаждение корпуса;
  • -материал с эффектом памяти - меняет свою форму от любой до заданной при определенной температуре;
  • -биметаллические пластинки - термопары, срабатывающие при определенной температуре и используемые в качестве термореле.

Если имеющиеся в наличии вещественные ресурсы плохо управляются доступными полями, нужно заменить данное вещество другим (если это возможно) или ввести в плохо управляемое вещество другое вещество, которое позволит лучше управлять исходным веществом.

Пример. В горизонтальной трубе (например, в скважине) нужно перекрыть сечение полимерным или цементным составом, который естественно растекается. Поле на состав нс действует. Необходимы дополнительные ресурсы или добавки в состав, которые бы давали возможность управлять состоянием состава. Например, ферромагнитные опилки, тогда состав может управляться магнитным полем.

Схемы этапов решения задачи попе- ревозке грузов по заснеженному бездорожью

Рис. 2.20. Схемы этапов решения задачи попе- ревозке грузов по заснеженному бездорожью

Пример. Зимой на Севере или в Сибири трудно доставлять грузы на дальние расстояния по малообжитым местам, например, на буровые вышки, промыслы, стройки. Дороги или отсутствуют, или постоянно завалены снегом. Следует организовать зимник для оперативной доставки грузов в большом количестве (сотни тонн).

Анализ ВПР: снег, воздух, поле низкой температуры, гравитация.

ИКР - грузы должны доставляться грузоподъемным наземным транспортом с высокой (60-80 км/ч) скоростью в достаточном количестве по определенному графику снабжения работ.

Строим модель задачи, выделяя конфликтную зону (рис. 2.20, а).

Из схемы следует, что движению грузовика препятствует снег, который собирается перед автомобилем. Наталкивая автомобиль на снег, пытаемся избавить его от возникающего препятствия. Ищем аналогии. Это лыжа, которая «всплывает» над снегом при движении (рис. 2.20, б) и транспортное средство на воздушной подушке (рис. 2.20, в). Приведенные примеры дают два условия беспрепятственного движения по заснеженному полю - двигаться нужно над снежным покровом, но для этого вес транспортного средства должен уравновешиваться снежным покровом.

Таким образом, нужно что-то преобразовывать: транспорное средство - автомобиль менять на аэросистему (судно на воздушной подушке, самолет, вертолет, дирижабль, экраноплан) или покрытие - снег.

Преобразовывать транспортное средство не входит в задачу, ограниченную рамками ИКР.

Решаем, как можно преобразовать снег. Например, можно его убрать с дороги и ехать по земле. Вариант спорный - дороги нет и двигаться по грунту будет не возможно, к тому же нарушается растительный слой, а процесс уборки снега очень медленный и затратный.

Можно изменить состояние снега - превратить в воду, воду превратить в лед, снег сделать влажным и более твердым - сделать снежный наст, т. е. снег может, как материал, видоизменяться и превращаться в твердое тело, способное нести нагрузки.

Второй вариант преобразования покрытия дороги отвечает требованиям ИКР как более эффективный.

Но можно ли каждый раз плавить снег и одновременно везти груз с высокой скоростью. Это решение проблематично. Поэтому, очевидно, задачу нужно разделить на две функции: переплавлять снег и готовить покрытии, а уже по готовой дороге везти груз.

Решение. Для изготовления дороги транспортное средство оборудовано специальным навесным оборудованиям, которое включает снегосборник, податчик снега, нагреватель снега и укладчик снежной увлажненной массы на грунт. Автомобиль движется уже по замерзшему снежно-ледяному покрытию. Скорость образования покрытия и движения в данном случае невысока - не более 4-5 м/ч в зависимости от рельефа, количества снега и температуры воздуха, так как мороз в данном случае является созидательной силой (рис. 2.20

г). Перевозка грузов осуществляется по построенной дороге с заданной скоростью (рис. 2.20, 0).

Задача. В горах прокладывают дорогу в ущелье. При выполнении работ внизу на дороге со склона ущелья падают камни. Склон следует укрепить защитной сеткой, но работать альпинистам опасно - камни падают, склон неустойчив. Как выполнить работы без потерь.

6. При формулировке и решении задачи нужно выявлять в оперативной зоне конфликтующую пару, составляющую физическое противоречие, увеличивать противоречие, сталкивая противоположные конфликтующие стороны.

Пример. Нужно предложить быстроходный ледокол для доставки грузов в районах Арктики.

ИКР - ледокол должен двигаться так, будто льда нет.

Физическое противоречие: ледокол должен двигаться, словно льда нет,

К задаче об обострении физического противоречия

Рис. 2.21. К задаче об обострении физического противоречия

но лед есть, и он не дает быстро двигаться кораблю.

Конфликтующая пара: ледокол и лед.

Методом постоянного надвигания корпуса корабля на лед доби-

ваемся отделения подводной части корабля от надводной (рис. 2.21, а, б). Поскольку в таком виде корабль не может функционировать, то можно предложить два варианта решения:

  • - соединяем подводную и надводную часть узкими лезвиями, с помощью которых можно эффективно ломать лед;
  • - для эффективной и оперативной работы в северных районах Мирового океана можно использовать как подводный флот, способный на длительное автономное плавание подо льдом, так и сухопутные транспортные средства, способные двигаться по льду и снегу, преодолевая торосы. В качестве последнего решения можно использовать мощный экраноплан или судно на воздушной подушке.

Следует отметить, что оба проекта неоднократно предлагались специалистами. Так, в 1971 г. появились новые типы полупогружных судов, способные с меньшим сопротивлением двигаться и по воде, и во льдах, а в 90-е г.г. XX в. был предложен проект использования атомного подводного флота для осуществления северного завоза грузов и топлива.

Пример. При забуривании дополнительного ствола скважины с искусственного забоя отклонителем необходимо произвести фрезерование стенки скважины с одновременным разрушением забоя таким образом, чтобы сформировать криволинейный интервал для отхода дополнительного ствола от основного (рис. 2.22).

Данная задача имеет одно крайне важное условие: твердость забоя существенно ниже твердости горных пород, а буримость искусственного забоя соответственно выше буримости горных пород, слагающих стенки скважины. Процесс забуривания дополнительного ствола характеризуется соотношением скоростей бурения vq и фрезерования УфР под действием осевого Рос и отклоняющего Рот усилий. Если учесть, что углубление забоя осуществляется торцевыми элементами вооружения, а фрезерование стенки скважины боковыми элементами вооружения долота, то можно сформулировать ИКР данной задачи.

Торцевые элементы долота в начальный момент забуривания не должны производить интенсивного разрушения забоя, а боковые элементы вооружения напротив должны активно подрабатывать стенку скважины, формируя уступ. Однако по мере формирования уступа должна осуществляться и углубление забоя, причем с нарастающим темпом, а к моменту забуривания в породу на 0,25-0,5 диаметра долота скорость углубления забоя может быть максимальной. Таким образом, из данной формулировки следует, что для решения задачи скорость фрезерования может быть постоянной и максимальной, а скорость углубки забоя должна изменяться в направлении увеличения от самого минимального значения до оптимального. То сеть оперативная зона, требующая управления, - зона взаимодействия торцевой части породоразрушающего инструмента с

искусственным забоем.

К задаче о забуривании дополнительного ствола с искусственного забоя

Рис. 2.22. К задаче о забуривании дополнительного ствола с искусственного забоя

Элементами управления

скоростью бурения, как известно, являются такие параметры, как нагрузка на инструмент и частота вращения, а также состояние элементов вооружения долота.

Частота вращения

долота в равной степени обеспечивает и скорость углубления забоя и скорость фрезерования стенки скважины, поэтому из анализа может быть исключена как элемент управления.

Осевая нагрузка обеспечивает внедрение резцов долота в забой, и в принципе задача может быть решена за счет изменения осевого усилия на интервале забуривания дополнительного ствола.

Подобным образом задача забуривания допол-нительных стволов решается при использовании откло-нитслсй на базе турбобуров. Такой способ получил название забуривание с навеса.

С целью реализации данного способа произведена модернизация серийных отклонителей типа ТЗ. Модернизация обеспечила возможность регулирования осевого усилия от минимального значения до оптимального его значения.

В то же время задача имеет и иное решение, которое, безусловно, гораздо ближе к идеальному, поскольку не требует какой-либо модернизации технических средств.

Если вновь рассмотреть оперативную зону и проанализировать процесс разрушения забоя, то можно прийти к выводу, что, независимо от действующего усилия, скорость разрушения может ограничиваться за счет изменения числа породоразрушающих элементов, взаимодействующих с забоем. В то же время, очевидно, что если в начальный момент забуривания торцевые элементы нужны в малом количестве, поскольку требуется невысокая скорость бурения, то в последующем, в завершении и после забуривания, торцевые элементы должны работать с полной отдачей, поскольку потребуется существенное их породоразрушающее воздействие на забой. То есть совсем убрать породоразрушающие элементы нельзя с торца, но если нельзя убрать, то, очевидно, их можно временно спрятать.

Схема, к примеру решения задачи

Рис. 2.23. Схема, к примеру решения задачи

Решение. Нужно покрыть торец долота и его торцевое вооружение пластичным легкоизнашивасмым материалом. Долото с таким покрытием позволяет получить вначале забуривания минимальное породоразрушающее воздействие на забой. В дальнейшем, по мере углубки забоя и забуривания дополнительного ствола породоразрушающее воздействие будет нарастать по мере износа пластичного материала и обнажения торцевых элементов вооружения. В качестве пластичного сплава можно

использовать латунный или

оловянный припои, различные композиции на основе полимерных смол.

В данном случае, конечно, не избежать некоторых экспериментальных постановочных работ для выявления оптимальных параметров покрытия и подбора материала покрытия. В целом решение вполне отвечает как условиям задачи, так и изобретательскому уровню.

К этому можно добавить, что испытания данного технического решения показали его работо-способность и эффективность.

Пример решения изобретательской задачи.

Необходимо предложить автомобильную шину без шипов для передвижения по обледенелым трассам. Требования: возможность регулирования скорости движения и оперативной остановки торможением колеса.

I. Рассмотрим физическую основу явления, схематически представленную на рис. 2.23 и 2.24.

На данном этапе можно сформулировать физическое противоречие: под пятном контакта с дорогой образуется вода, которая резко снижает сцепные свойства шин. Нужно убрать воду, но она сопровождает работу шин. Поскольку нельзя устранить трения и нагрева шин, поэтому, очевидно, устранить воду из зоны контакта также не представляется возможным.

Анализ возможных путей решения задачи:

I. Колесо не должно нагреваться при качении и торможении, что можно обеспечить его охлаждением или использованием материала для изготовления шин, который при деформировании не нагревается.

II. Убрать лед, например, путем нагрева дороги (меняем надсистему). Здесь можно подумать о конструкции покрытия дороги, которая обеспечивает нагрев

Схема для анализа явления при торможении шин на льду

Рис. 2.24. Схема для анализа явления при торможении шин на льду

за счет взаимодействия с колесами автомобилей (давление, деформация, поперечное перемещение частей покрытия).

Ни первый, ни второй путь не соответствуют уровню ИКР, так как предполагают привлечение дополнительных ресурсов и серьезное усложнение конструкции автомобиля или самой автомобильной трассы. Использование материала, который не нагревается, может быть эффективным, но вряд ли такой материал, удовлетворяющий требованиям для изготовления шины, существует. Это, скорее, постановка поисковой и исследовательской задачи.

II. Рассмотрим конфликтующую пару: резина шины скользит (плывет) по льду. Если воду убрать, то шина будет опираться на лед, а коэффициент трения о сухой лед существенно выше, чем при трении о мокрый лед или о воду. С этой целью можно предложить углубления в шине (протектор), в которые уйдет вода из зоны контакта. Тогда шина будет опираться частью протектора на воду, поэтому задача может быть решена только частично.

Рассматриваем конфликт в зоне контакта воды с выступами протектора и добавляем более мелкий рисунок протектора, который за счет новых углублений на крупных его частях позволяет дополнительно убрать воду из контакта шины с дорогой.

Следующий этап - появление на шине ламелей (фирма Bridgestoune - канавки Riblet) - мелких зигзагообразных прорезей, в которые уходит вода из зоны контакта.

На этом резервы изменения внешней формы протектора исчерпаны.

Следующий шаг в направлении «осушения» зоны контакта предлагает фирма Bridgestoune - использование пористой резины с открытыми к рабочей поверхности колеса каналами капилляров для всасывания воды (состав Multicell) - шины марок MZ-01,02, WS-15,50.

Применение микропористого состава резины обеспечивает надежное сцепление на зимней дороге, заменяя шипы. Использование данной технологии позволяет производить отвод воды из пятна контакта уже на микроуровне. Основной поток отводится канавками протектора, часть эвакуируется по микродренажным ламелям, и остаточная микропленка толщиной около 1/1000 000 мм удаляется микропорами, которые, как губка, впитывают её. В результате шина контактирует непосредственно с «сухим» льдом и буквально прилипает к дороге.

Микропоры и микродренажные каналы краями врезаются в лед и создают кромочный эффект, обеспечиващий дополнительное сцепление.

В данном случае имеет место изобретение с элементами «ноу-хау», поскольку, как изготовить шину и состав резины фирмой не разглашается.

В дальнейшем фирмой-разработчиком предлагается заполнение дренажных каналов специальным порошком, что повышает способность пористого слоя втягивать воду в поры.

Если искать дальше новые решения в направлении «осушения» зоны контакта шины с дорогой, то можно предложить решения, связанные с сушкой пористой резины и эффективным «выжиманием» воды из пор, что позволит повысить эффект. Можно поискать решение в области химического взаимодействия воды и какого-то иного материала, что обеспечивает «сушку» шины.

Следует добавить, что существует иной путь разработки шин для зимних условий - шины с шипами. В данном направлении создано большое количество изобретений. Однако такие шины повреждают дорожное покрытие и запрещены в ряде стран Европы. В то же время зимние шины ведущих фирм без шипов уже вполне конкурентоспособны по своим характеристикам в сравнении с шипованными шинами при работе на льду и имеют существенное преимущество при торможении на сухом и мокром асфальте, на котором нет льда.

В то же время ведущими компаниями развивается и направление создания шин с увеличенным кромочным эффектом по принципу работы шипов. Так, наряду с пористой и с мелким протектором резиной предлагается использовать в структуре поверхностного слоя шины остроугольные гранулы, что образует импрегнированный слой наподобие матрицы импрегнированной алмазной коронки, предназначенной для бурения горных пород. Острые гранулы выполнены из твердого каучука и не способны оказать какого-либо разрушающего воздействия на покрытие автодорог, но в то же время гранулы вполне надежно внедряются и цепляются за лед и твердый снежный слой, существенно повышая безопасность зимней езды.

Для упражнений по анализу физической сущности и выработки технических решений предлагается задача, также связанная с автомобильной шиной, - необходимо обеспечить передвижение транспортного средства после прокола, частичного или полного разрушения шины.

Задача. Разработать техническую систему, предотвращающую резкое изменение направления движения, аварию или вынужденную остановку автомобиля при повреждении шины (прокол, порез, разрыв шины).

Постановка задачи.

Видимо следует разделить задачу на две:

  • - прокол или порез, т. е. небольшое повреждение, через которое воздух выходит достаточно длительное время, а остановка автомобиля может произойти через некоторое время - 1-2 минуты или несколько минут;
  • - разрыв шины, в результате которого мгновенно падает давление в шине, что может привести к аварии и очень быстрой остановке автомобиля.

Решение первой задачи.

Создать систему, которая обеспечит автоматическую блокировку отверстия, полученного в результате повреждения шины (прокол, порез) или будет обеспечивать неограниченно долго рабочее давление в шине.

Схема, поясняющая работу шины из слоистой резины (твердая - мягкая), при проколе

Рис.2.25. Схема, поясняющая работу шины из слоистой резины (твердая - мягкая), при проколе

Модель: Колесо с резиновой полой шиной, наполненной воздухом, под давлением вращается с большой частотой.

На шину воздействует центробежная сила в направлении от оси вращения к краю шины и воздействует встречный поток воздуха.

Шина при работе нагревается за счет циклически повторяющейся деформации резины.

Признаки прокола - нарушения герметичности шины: в место прокола устремляется воздух, скорость его перемещения резко увеличивается, достигая максимума при прохождении через отверстие.

Имеющиеся ВПР.

  • 1. Воздух внутри шины.
  • 2. Поток воздуха, выходящий через отверстие с большой скоростью.
  • 3. Воздух снаружи шины - поток воздуха при движении автомобиля.
  • 4. Резина шины. При разрыве шины вскрывается внутренняя структура шины и можно в этой зоне что-то поместить, например, специальный материал, способный закупорить отверстие.
  • 5. Вращение колеса, центробежная сила.
  • 6. Нагрев шины и воздуха.
  • 7. Если гвоздь или иное тело осталось в шине, то можно использовать и его для перекрытия отверстия.

Анализ известных решений.

  • 1. Между твердыми слоями резины в шине помещают мягкую, пластичную резину, что позволяет при проколе и образовании малого отверстия ликвидировать его пластичной резиной (рис. 2.25).
  • 2. В шину помещают специальный порошок или жидкость, которая при порезе или проколе потоком выходящего из отверстия воздуха перемещается к месту повреждения и закупоривает отверстие.
  • 3. Подкачка поврежденной шины компрессором.
  • 4. Дополнительно к компрессору устанавливают пневмокомпенсатор- ную емкость , что позволяет мгновенно подать в шину при падении давления значительное количество воздуха и сохранить рабочее давление внутри шины даже при серьезном ее повреждении.

Анализ представленных решений показывает, что имеющиеся ВПР используются недостаточно.

Задача. Создать новые технические решения, используя следующие ресурсы:

  • 1. Вращение колеса и возникающую центробежную силу.
  • 2. Поток воздуха при движении автомобиля

Задача. Создать конструкцию автомобильной шины, которая позволит сохранить устойчивость движения и запас хода автомобиля в несколько десятков километров при катастрофическом разрушении шины (нарушение полости шины).

Схема к техническому решению по созданию безопасной шины

Рис. 2.26. Схема к техническому решению по созданию безопасной шины

Приводить примеры создания подобных технических решений можно, начиная с опытов по разработке безопасной шины для бронированного автомобиля И.В.Сталина. Шина была изготовлена из цельного массива резины, т.е. воздухом не наполнялась. При испытаниях, через несколько километров пути, на высокой скорости шины из сплошной резины воспламенились. Причина воспламенения - нагрев резины вследствие интенсивных деформационных процессов, вызывающих внутреннее трение в материале.

Второй вариант создания безопасной шины показан на рис. 2.26. В этом случае внутренняя шина 2 из сплошной резины вступает в работу после повреждения наружной оболочки 1, и автомобиль не теряет хода.

Решение

В случае разрушения внешней оболочки необходимо создать систему, предотвращающую утечку воздуха из всего резервуара шины. Примером подобного решения может быть система защиты подводной лодки, в которой повреждение корпуса устраняется перекрытием переборок между секциями корабля.

Техническое решение 1

Модель безопасной шины может быть реализована, если внутренняя полость шины будет плотно заполнена небольшими, наполненными воздухом шариками. В этом случае порыв шины приведет к некоторой потере шариков, но шина останется работоспособной.

Техническое решение 2.

В развитие решения 2 - внутренняя полость шины разделена на значительное число секций, каждая из которых оснащена специальным ниппелем, обеспечивающим накачивание шины.

В решениях 1 и 2 использовано уже известное решение, основанное на дроблении рабочих органов системы.

Техническое решение 3

Шина изготовлена из специальной сплошной резины, в которой в процессе формования образуются различные по размеру полости, заполняемые инертным газом. Таким образом, шина не требует подкачивания при эксплуатации и сохраняет первоначальное давление до изнашивания рабочего наружного слоя или значительного повреждения. Нагрев шины не приведет к её возгоранию, так как инертный газ нейтрализует термический процесс.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >