СТАНДАРТНЫЕ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ

1.1. СИНТЕЗ ВЕПОЛЕЙ

1.1.1. Синтез веполя

Если дан объект, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия не содержат ограничений на введение веществ и полей, задачу решают синтезом веполя, вводя недостающие элементы.

Например:

Авторское свидетельство № 283885. Способ деаэрации порошкообразных веществ, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса деаэрацию проводят под действием центробежных сил.

Даны два вещества - порошок и газ - сами по себе невзаимодействующие. Введено поле, образовался веполь:

Другой пример. Гравитационное поле и спиленное дерево еще не образуют вепольной системы - нет второго вещества, поэтому поле не обрабатывает дерево. По авторскому свидетельству № 461722 падающее дерево встречает на своем пути ножевое устройство, которое срезает сучья:

Чтобы дозировано подавать сыпучие или жидки вещества, необходимо нанести их ровным слоем на легко удаляемый материал (например, бумагу). При подготовке такого "бутерброда" происходит переход от одного вещества к двум, а для удаления основы веполь достраивают введением поля (например, теплового или механического).

Авторское свидетельство № 305363. 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.

Аналогично проводят микродозирование по авторскому свидетельству № 421327: раствор биохимических препаратов наносят на бумагу, а получение необходимой микродозы осуществляют отделением требуемой площадки плоского носителя.

Задача 1. При горячей прокатке надо подавать жидкую смазку в зону соприкосновения металла с валками. Существует множество систем подачи смазки: самотеком, с помощью разного рода "щеток" и "кистей", под напором (т. е. струйками) и т. д. Все эти системы очень плохи: смазка разбрызгивается, поступает в нужные места неравномерно и в недостаточном количестве, большая часть смазки теряется, загрязняет воздух. Нужно иметь десять разных режимов смазки - известные способы не обеспечивают такую регулировку.

Требуется способ смазки, который обеспечит поступление в нужные зоны необходимого количества смазки - без ее потерь и без существенного усложнения оборудования.

Решение задачи 1 по стандарту 1.1.1:

Авторское свидетельство № 589046. Способ подачи жидкой смазки в очаг деформации при горячей прокатке отличается тем, что с целью исключения загрязнения окружающей среды и сокращения расхода жидкой смазкой пропитывают носитель, который подают в очаг деформации с прокаливаемым металлом. В качестве носителя используют материал, ликвидирующийся при температуре деформации, например, в результате сгорания или испарения (в частности, бумажную ленту).

Веполи часто приходиться образовывать при решении задач на выполнение операций с тонкими, хрупкими и легко деформирующимися объектами. На время выполнения этих операций объект объединяют с веществом, делающим его твердым и прочным, а затем это вещество удаляют растворением, испарением и т.д.

Авторское свидетельство № 182661. Способ изготовления тонкостенных трубок из нихрома, включающий волочение и промежуточные отжиги в вакууме, отличающийся тем, что с целью получения трубок с толщиной стенок 0,01 мм и обеспечения при этом допуска отклонения по толщине стенки в пределах 0,002-0,003 мм, повышения выхода годного волочение на последних операциях доводки осуществляют на алюминиевом стержне, удаляемом после обработки вытравливанием щелочью.

Авторское свидетельство № 235979. Способ изготовления резиновых шаров-разделителей путем формования и вулканизации резиновой оболочки на ядре, отличающийся тем, что с целью придания шару необходимых размеров ядро формируют из смеси измельченного мела с водой с последующей просушкой и разрушением твердого ядра после вулканизации жидкостью, вводимой с помощью иглы.

1.1.2. Переход к внутреннему комплексному веполю

Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, и условия задачи не содержат ограничений на введение добавок в имеющиеся вещества, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внутреннему комплексному веполю, вводя в В₁ или В₂ добавки, увеличивающие управляемость или придающие веполю нужные свойства:

Здесь В₁ - изделие, В₂ - инструмент, В₃ - добавка; скобками обозначена внутренняя комплексная связь (внешняя комплексная связь обозначается без скобок).

Авторское свидетельство № 265068. Способ проведения массообменных процессов с вязкой жидкостью. Жидкость предварительно газируют.

Авторское свидетельство № 1044879. Клапан для токсичных и взрывчатых веществ. Клапан заполнен легкоплавким припоем, в который введены ферромагнитные частицы (с внешней стороны установлен электромагнит).

Пояснения.

Нередко по условиям задачи даются два вещества, причем оба они плохо взаимодействуют с полем. Веполь как бы есть (все три элемента заданы) и его как бы нет, он не "складывается". Простейшие обходные пути в этом случае состоят во введении добавок - внутренних (в одно из веществ) и наружных (на одно из веществ). Такие веполи получили название комплексных (стандарты 1.1.2 и 1.1.3).

Иногда одно и то же решение - в зависимости от постановки задачи - может быть записано и как постройка веполя и как постройка комплексного веполя. Например: "Как визуально обнаружить маленькие капельки жидкости?" Решение: синтез веполя - в жидкость предварительно вводят люминофор и освещают зону поиска ультрафиолетовым светом (Авторское свидетельство № 277805). Возможна иная постановка той же задачи: "Как обнаружить неплотности в агрегате холодильника?" Здесь веществами являются "неплотности" и протекающие сквозь них капли жидкости. Люминофор - добавка, образующая внутренний комплекс с веществом жидкости.

1.1.3. Переход к внешнему комплексному веполю

Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, а условия содержат ограничения на введение добавок в имеющиеся вещества В₁ или В₂, задачу решают переходом (постоянным или временным) к внешнему комплексному веполю, присоединяя к В₁ или В₂ внешнее В₃, увеличивающее управляемость или придающее веполю нужные свойства:

Предположим, в условиях задачи на обнаружение неплотностей в агрегате холодильника имеется ограничение: люминофор нельзя вводить в жидкость. В этом случае вещество-обнаружитель может быть расположено на наружной поверхности агрегата (Авторское свидетельство № 311109). Возникает внешний комплексный веполь.

1.1.4. Переход к веполю на внешней среде

Если дан веполь, плохо поддающийся нужным изменениям, а условия содержат ограничения на введение в него или присоединение к нему веществ, задачу решают достройкой веполя, используя в качестве вводимого вещества имеющуюся внешнюю среду.

Авторское свидетельство № 175835. Саморазгружающаяся баржа по авторскому свидетельству № 163914 отличается тем, что с целью повышения надежности возврата баржи в исходное положение после разгрузки при любых углах крена и опрокидывания она выполнена с балластной килевой цистерной, имеющей в наружных стенках отверстия, постоянно сообщающиеся с забортным пространством.

Нужно иметь тяжелый киль и нельзя иметь тяжелый киль. Выход: сделать киль из воды. В воде такой киль ничего не весит, а когда баржа опрокинута, киль оказывается в воздухе и приобретает вес. Вода не успевает вытечь из отверстий - киль возвращает баржу в нормальное положение.

Если необходимо менять, вес движущегося тела, а это сделать нельзя, то телу надо придать форму крыла и, меняя наклон крыла к направлению движения, получить дополнительную направленную вверх или вниз силу.

Авторское свидетельство № 358689. Центробежный датчик угловой скорости, содержащий двуплечие рычаги и грузы, отличающийся тем, что с целью уменьшения габаритов и веса грузы выполнены в виде крыла для создания дополнительной подъемной силы при вращении.

Авторское свидетельство № 167784. Центробежный тормозного типа регулятор числа оборотов роторного ветродвигателя, установленный на вертикальной оси ротора, отличающийся тем, что с целью поддержания скорости вращения ротора в малом интервале числа оборотов при сильном увеличении мощности грузы регулятора выполнены в виде лопастей, обеспечивающих аэродинамическое торможение.

Авторское свидетельство № 526399. Дебалансный вибратор, содержащий вал, дебаланс и устройство для крепления дебаланса к валу на заданном расстоянии от вала, отличающийся тем, что с целью увеличения возмущающей силы дебаланс выполнен в виде тела, имеющего в поперечном сечении профиль крыла.

1.1.5. Переход к веполю на внешней среде с добавками

Если внешняя среда не содержит веществ, необходимых для построения веполя по стандарту 1.1.4, эти вещества могут быть получены заменой внешней среды, ее разложением или введением в нее добавок.

Авторское свидетельство № 796500. В опорном узле скольжения используют смазку (в данном случае - это внешняя среда). Для улучшения демпфирования смазку газируют, разлагая ее электролизом.

1.1.6. Минимальный режим действия на вещество

Если нужен минимальный (дозированный, оптимальный) режим действия, а обеспечить его по условиям задачи трудно или невозможно, надо использовать максимальный режим, а избыток убрать. При этом избыток поля убирают веществом, а избыток вещества - полем. Избыточное действие обозначено двумя стрелками:

Авторское свидетельство № 242714. Для получения тонкого слоя краски на изделие наносят избыточное покрытие, окуная изделие в бак с краской. Затем изделие вращают, и центробежные силы сбрасывают избыток краски.

Авторское свидетельство № 907503. Способ дозирования тонера (включающий добавку в двухкомпонентный проявляющий состав тонера) по мере его расхода в процессе проявления, отличающийся тем, что с целью повышения качества изображения добавку тонера осуществляют в количестве, превышающем максимальный расход тонера на проявление одной копии, а из проявляющего состава одновременно с проявлением удаляют избыточное количество тонера.

1.1.7. Максимальный режим действия на вещество

Если нужно обеспечить максимальный режим действия на вещество, а это по тем или иным причинам недопустимо, максимальное действие следует сохранить, но направить его на другое вещество, связанное с первым:

Авторское свидетельство № 120909. При изготовлении предварительно напряженного железобетона нужно растянуть стальные стержни. Для этого их нагревают. От тепла стержни удлиняются, и в таком виде их закрепляют. Однако, если вместо стержней использовать проволоку, ее надо нагревать до 700°C, а допустим нагрев только до 400°С (при большом нагреве проволока теряет свои свойства). Предложено нагревать нерасходуемый жаропрочный стержень, который от нагрева удлиняется и в таком виде соединяется с проволокой. Охлаждаясь, стержень укорачивается и растягивает проволоку, оставшуюся холодной.

1.1.8. Избирательно-максимальный режим

Если нужен избирательно-максимальный режим (максимальный в определенных зонах при сохранении минимального в других), поле должно быть максимальным.

1.1.8.1. Избирательно-максимальный режим: поле максимальное

В первом случае в места, где необходимо минимальное воздействие, вводят защитное вещество.

1.1.8.2. Избирательно-максимальный режим: поле минимальное

Во втором - в места, где необходимо максимальное воздействие, вводят вещество, дающее локальное поле, например, термитные составы - для теплового воздействия, взрывные составы - для механического воздействия (1.1.8.2).

Авторское свидетельство № 264619. Для запайки ампулы с лекарством горелку включают на максимальный режим, а избыток пламени отсекают, погружая корпус ампулы в воду (так, что высовывается только верхушка ампулы).

Авторское свидетельство № 743810. В зазор между свариваемыми деталями закладывают экзотермическую смесь, выделяющую при сварке локальное тепло.

Задача 2. Имеются полистироловые катушки с тонким изолированным проводом и металлическими ножками. Припайку провода к ножкам осуществляли окунанием в ванну с припоем при 280°C. Однако при этом требовалась зачистка концов провода. С целью повышения производительности было предложено вести пайку при температуре припоя 380°C. При этой температуре изоляция провода сгорает, происходит лужение провода. Однако при такой температуре ножки катушки перегреваются, полистирол размягчается и ножки перекашиваются, а это недопустимо. Как быть?

Решение задачи 2 по стандарту 1.1.8.2:

Ножки с концами проводов предварительно окунают в экзотермическую смесь с температурой сгорания 350-400°С, а затем пайка ведется как раньше - окунанием в припой с температурой 280°С. Изоляция сгорает при вспышке экзотермической смеси, а полистирольная катушка не размягчается.

1.2. РАЗРУШЕНИЕ ВЕПОЛЕЙ

В подкласс 1.2 входят стандарты на разрушение веполей и устранение или нейтрализацию вредных связей в них. Наиболее сильная идея этого подкласса - мобилизация необходимых элементов за счет использования имеющихся вещественно-полевых ресурсов. Особенно важен стандарт 1.2.2, по которому функции нового вещества выполняет уже имеющееся в системе, но видоизмененное вещество.

1.2.1. Устранение вредной связи введением постороннего вещества

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные - полезное и вредное - действия (причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять необязательно), задачу решают введением между веществами постороннего третьего вещества, дарового или достаточно дешевого:

Авторское свидетельство № 937726. При взрывном уплотнении стенок скважины взрывные газы, выполняя полезную функцию, одновременно оказывают и вредное действие - приводят к образованию трещин в стенках. Предложено "окутать" шнуровой заряд оболочкой из пластилина: давление передается, трещин нет.

Авторское свидетельство № 724242. Способ гибки ошипованной трубы намоткой ее в холодном состоянии на гибочный шаблон отличается тем, что с целью повышения качества при гибке трубы на радиус менее трех наружных диаметров трубы при намотке трубы ее шипы погружают в слой эластичного материала, например полиуретана.

Авторское свидетельство № 460148. Способ изготовления изделий без снятия поверхностного слоя материала, например, пластическим деформированием в технологической среде с последующей очисткой (например, ультразвуковой) в моющей жидкости. Отличается тем, что с целью интенсификации процесса очистки на поверхность изделия перед обработкой наносят вещество, удаляющееся в моющей жидкости легче, чем технологическая среда.

Авторское свидетельство № 880889. Способ упаковки и консервации изделий со сложно-рельефной поверхностью, предусматривающий окунание их в расплав полимера. Отличается тем, что с целью облегчения съема упаковки перед окунанием в расплав вводят подслой, содержащий парообразующее вещество.

1.2.2. Устранение вредной связи видоизменением имеющихся веществ

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные - полезное и вредное - действия, причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять необязательно, а использование посторонних веществ запрещено или нецелесообразно, задачу решают введением между веществами третьего, являющегося их видоизменением.

Вещество В₃ может быть введено в систему извне в готовом виде или получено (действием П₁ или П₂) из имеющихся веществ. В частности, В₃ может быть "пустотой", пузырьками, пеной и т. д.

Авторское свидетельство № 412062. Способ предупреждения кавитационной эрозии гидродинамических профилей, например подводных крыльев, путем покрытия поверхности профиля защитным слоем. Отличается тем, что с целью повышения его эффективности при одновременном снижении гидродинамического сопротивления профиля защитный слой создают беспрерывным намораживанием на поверхности корки льда по мере разрушения ее от кавитации, поддерживая толщину защитного слоя в установленных пределах, исключающих оголение и ее эрозию под действием кавитации.

Авторское свидетельство № 783154. Способ транспортирования пульпы по трубопроводу, включающий подачу пульпы в трубопровод и перемещение по нему. Отличается тем, что с целью снижения износа трубопровода наружную стенку последнего охлаждают до образования на внутренней его поверхности слоя замороженной пульпы.

Задача 3. При осаждении металлов электролизом из водных растворов возникает проблема отделения осадка (продукции) от катода (инструмента). Операция эта весьма трудоемкая и производится вручную (красноречиво само название операции - "сдирка"). Как быть?

Решение задачи 3 по стандарту 1.2.2:

Между катодом и слоем осажденного на катод металла должна быть прослойка - легко образующаяся, электропроводная, легко разрушающаяся. По авторскому свидетельству № 553309 такую прослойку получают, покрывая катод рыхлым губчатым слоем осаждаемого металла, который наносят электролитически в режиме предельного тока.

1.2.3. Оттягивание вредного действия поля

Если необходимо устранить вредное действие поля на вещество, задача может быть решена введением второго элемента, оттягивающего на себя вредное действие поля:

Авторское свидетельство № 152492. Для защиты подземных кабельных линий от повреждений, вызываемых образованием в грунте морозобойных трещин, заранее прорывают узкие прорези ("трещины") в стороне от трассы кабеля.

Для защиты труб от разрыва при замораживании в трубе размещают надувную пластмассовую вставку (шланг). Замерзая, вода расширяется и сдавливает мягкую вставку, а труба остается целой.

1.2.4. Противодействие вредным связям с помощью поля

Если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные - полезное и вредное - действия, причем непосредственное соприкосновение веществ - в отличие от стандартов 1.2.1 и 1.2.2 - должно быть сохранено, задачу решают переходом к двойному веполю, в котором полезное действие остается за полем П₁, а нейтрализацию вредного действия (или превращение вредного действия во второе полезное действие) осуществляет П₂:

Авторское свидетельство № 755247. Для опыления цветок обдувают воздухом. Но цветок от ветра закрывается. Предложено раскрывать цветок воздействием электрического заряда.

Авторское свидетельство № 589482. Автоматическая система с обратной связью возбуждает в фундаментных опорах колебания, равные по величине, но противоположные по направлению колебаниям, возникающим при работе технологического оборудования.

1.2.5. "Отключение" магнитных связей

Если надо разрушить веполь с магнитным полем, задача может быть решена с применением физэффектов, "отключающих" ферромагнитные свойства веществ, например, размагничиванием при ударе или при нагреве выше точки Кюри:

Авторское свидетельство № 397289. Способ контактной приварки ферропорошков. Перед подачей в зону приварки порошок нагревают до точки Кюри. Это предотвращает выталкивание порошка магнитным полем сварочного тока.

Авторское свидетельство № 312746. Способ внутреннего шлифования путем воздействия на изделие ферромагнитной средой, которую приводят в движение посредством вращающегося магнитного поля. Отличается тем, что с целью интенсификации обработки изделий из ферромагнитного материала последние нагревают до температуры, равной или выше точки Кюри.

19 Sep 1999