Г. АЛЬТШУЛЛЕР - АЛГОРИТМ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При создании сверхмощных турбогенераторов возникла сложная задача: как уменьшить давление ротора на подшипники. Решение нашли в том, что над турбогенератором установили сильный электромагнит, компенсирующий давление ротора на подшипники.
Иногда приходится решать обратную задачу: компенсировать недостаток веса. При создании и эксплуатации шахтных электровозов возникает явное техническое противоречие: для увеличения тяги нужно утяжелять электровоз, а для уменьшения его мертвого веса следует делать электровоз возможно более легким. Группа сотрудников Ленинградского горного института разработала и успешно применила простое устройство, позволяющее снять это техническое противоречие и в полтора раза увеличить производительность рудничных электровозов: в ведущих колесах монтируется мощный электромагнит; создается магнитное поле, охватывающее колеса и рельсы; сила сцепления резко возрастает, а вес электровоза может быть снижен.
9. Принцип предварительного напряжения Заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям.
Примеры. Авторское свидетельство № 84355. Заготовку турбинного диска устанавливают на вращающийся поддон. Нагретая заготовка по мере охлаждения сжимается. Но центробежные силы (пока заготовка не потеряла пластичности) как бы отштамповывают заготовку. Когда же деталь остынет, в ней появятся сжимающие усилия.
На этом принципе основана вся технология предварительного напряжения железобетона: чтобы бетон лучше работал на растяжение, его предварительно укорачивают. Это едва ли не единственный случай, когда строительная техника использует более передовые методы, нежели машиностроение. Предварительно напряженные конструкции применяются в машиностроении еще очень редко, между тем использование этого приема могло бы дать колоссальные результаты.
Как, например, сделать вал прочнее, не увеличивая его наружный диаметр? Решение этой задачи показано на рис. 15. Вал составлен из вставленных одна в другую труб, предварительно закрученных на определенные расчетом углы. Иными словами, вал предварительно получает деформацию, противоположную по знаку той деформации, какую он получает во время работы. Крутящий момент должен сначала снять эту предварительную деформацию, только после этого начнется деформация вала в «нормальном» направлении. Составной вал весит вдвое меньше равного ему по прочности обычного монолитного.
10. Принцип предварительного исполнения
а) Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или хотя бы частично).
б) Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в Действие с наиболее удобного места и без затрат времени на их доставку.
Примеры. Авторское свидетельство № 61056. Черенки многих плодово-ягодных и других культур, посаженные в почву, не укореняются вследствие недостатка питательных веществ в черенке. По данному изобретению предлагается создавать запас питательных веществ заранее, насыщая перед посадкой черенки в ванне с питательной смесью
Авторское свидетельство № 162919. Способ снятия гипсовых повязок с помощью проволочной пилы, отличающийся тем, что с целью предубеждения травм и облегчения снятия повязки пилу помещают в предварительно смазанную подходящей смазкой трубку, выполненную, например, из полиэтилена, и заранее загипсовывают под повязку при ее наложении. Благодаря этому распиливать повязку можно от тела наружу - - без опасения задеть тело древесины до того, как дерево срубили: красители поступают под кору дерева и разносятся соками по всему стволу.
Рис. 15. Принцип предварительного напряжения: Любопытный случай использо- трубы составного вала ванияЭТОГО же ПОИНЦИПа - ОКра-заранее скручены в направлении, противоположном рабочей деформации.
11. Принцип «заранее подложенной подушки» Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.
Примеры. Авторское свидетельство № 264626. Способ снижения токсического действия химических соединений с помощью присадок, отличающийся тем, что с целью уменьшения опасности отравления химическими веществами, а также продуктами их превращений в организме присадки добавляют непосредственно в исходные токсичные химические соединения при их изготовлении.
Авторское свидетельство № 297361. Способ предотвращения распространения лесного пожара посредством создания заградительных полос из растений, отличающийся тем, что с целью придания огнестойкости растениям, образующим заградительную полосу, в почву вносят биологические усваиваемые или химические элементы, тормозящие процесс их воспламенения.
Патент США № 2879821: жесткий металлический диск, заранее расположенный внутри автомобильной шипы и позволяющий продолжать движение на спущенной шине без повреждения покрышки.
Принцип «заранее подложенной подушки» можно использовать не только для повышения надежности. Вот характерный пример. В связи с тем что в американских библиотеках часто пропадают книги, изобретатель Эмануэль Трикилис предложил прятать в переплеты кусо чек намагниченного металла. При выдаче книги библиотекарь размагничивает этот металлический вкладыш, проталкивая книгу под специальной электрической спиралью. Если посетитель попытается уйти, взяв незарегистрированную книгу, то спрятанный в двери прибор среагирует на магнитный вкладыш в переплете.
Горноальпийская спасательная станция в Швейцарии применила аналогичный метод для быстрого обнаружения людей, попавших в снежную лавину. Теперь лыжник или житель местности, в которой часты лавины, носит небольшой магнит. При несчастном случае этот магнит помогает легко обнаружить пострадавшего с помощью искателя даже под трехметровым покровом снега.
12. Принцип эквипотенциальности
Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект. Примеры. Авторское свидетельство № 264679. Предложено устройство для перемещения пресс-форм в зоне пресса. Устройство выполнено в виде прикрепленной к столу пресса приставки с рольгангом.
Авторское свидетельство № 110661. Контейнеровоз, в котором груз не поднимается в кузов, а только приподнимается гидроприводом и устанавливается на опорную скобу. Такая машина работает без крана и перевозит значительно более высокие контейнеры.
13. Принцип «наоборот»
а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие (например, не охлаждать объект, а нагревать).
б) Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную - движущейся.
в) Перевернуть объект «вверх ногами». Примеры. Авторское свидетельство № 184649. Способ вибрационной очистки металлоизделий в абразивной среде, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса очистки движения вибрации сообщают обрабатываемой детали.
Рис. 1С Принцип «наоборот»: в отличие от обычного способа заливки, движется форма, а поступающий в нее металл остается неподвижным.
Авторское свидетельство № 109942. Это изобретение решает важную проблему отливки крупногабаритных тонкостенных деталей. При отливке таких деталей желательно, чтобы металл поступал в форму сверху и затвердение шло снизу вверх. Но лить металл в форму («дождевой» способ) допустимо с высоты не более пятнадцати сантиметров, иначе металл сгорит или пропитается газами. А как быть, если форма имеет высоту два-три метра? Если подавать металл снизу, то первые порции его затвердеют, не успев подняться к верхней части формы. Изобретатель решил эту задачу просто и изящно: металл идет по трубкам, опущенным ко дну литейной формы. По мере заполнения форма движется вниз, и, таким образом, каждая порция металла подается именно туда, где она должна застыть (рис. 16). Литье всегда осуществлялось так, что двигался металл, а форма была неподвижной. Здесь все наоборот: движется форма, а залитый в нее металл остается неподвижным. Это позволило «совместить несовместимое»: плавность заполнения формы и затвердевание металла снизу вверх, как при литье «дождевым» способом. 14. Принцип сфероидальности
а) Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.
б) Использовать ролики, шарики, спирали.
в) Перейти к вращательному движению, использовать центробежную силу.
Примеры. Патент ФРГ № 1085073. Устройство для вварки труб в трубную решетку, в котором электродами служат катящиеся шарики.
Авторское свидетельство № 262045. Исполнительный орган проходческого комбайна, включающий породораз-рушающие электроды, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности разрушения крепких горных пород породоразрушающие электроды выполнены в виде свободно вращающихся клиновых роликов, установленных на изолирующей оси.