Институт Инновационного Проектирования | И. М. Верткин СИЛА РИТМА
 
Гл
Пс
Кс
 
Изобретателями не рождаются, ими становятся
МЕНЮ
 
   
ВХОД
 
Пароль
ОПРОС
 
 
    Слышали ли Вы о ТРИЗ?

    Хотел бы изучить.:
    Нет, не слышал.:
    ТРИЗ умер...:
    Я изучаю ТРИЗ.:
    Я изучил, изучаю и применяю ТРИЗ для решения задач.:

 
ПОИСК
 
 



 


Все системы оплаты на сайте








ИННОВАЦИОННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
сертификация инноваторов
инновационные технологии
БИБЛИОТЕКА ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
Это интересно
ПРОДУКЦИЯ
 

 


Инновационное
обучение

Об авторе

Отзывы
участников

Программа
обучения

Вопрос
Ю.Саламатову

Поступить на обучение

Общественное
объединение



Молодому инноватору

FAQ
 

Сертификация
специалистов

Примеры заданий

Заявка на
сертификацию

Аттестационная
комиссия

Список
аттестованных
инноваторов

Инновационное
проектирование

О компании

Клиенты

Образцы проектов

Заявка
на проект

Семинары

Экспертиза проектов

   

Книги и статьи Ю.Саламатова

Теория Решения Изобретательских Задач

Развитие Творческого Воображения

ТРИЗ в нетехнических областях

Инновации 
в жизни науке и технике

Книги по теории творчества

Архивариус РТВ-ТРИЗ-ФСА

Научная Фантастика
 
 
Статьи о патентовани
   

Наука и Техника

Политика

Экономика

Изобретательские блоги 

Юмор 
 
Полигон задач

ТРИЗ в виртуальном мире
медиатехнологий
       

Книги для
инноваторов

CD/DVD видеокурсы для инноваторов

Програмное обеспечение
инноваторов

Покупка
товаров

Отзывы о
товарах
           

И. М. Верткин СИЛА РИТМА

 

1. Введение
1.1. В книге Дж. Уокера «Физический фейерверк»1 приведены данные о необыкновенном оружии — геофизическом. Предположим, пишет Дж. Уокер, миллиард человек одновременно спрыгнут с двухметровой платформы. Возникнет ударная волна, распространяющаяся в земной коре. Обогнув земной шар, волна вернется в исходный район, и тогда миллион человек повторят прыжок. Постепенно повышая энергию волны, можно вызвать катастрофу...
Конечно, это всего лишь шутка, не больше. Колебания почвы будут максимальными в районе платформы и быстро затухнут, не причинив вреда противнику. Но любопытны расчеты, сделанные физиком Д. Стоуном и опубликованные в журнале «Геотаймс». Прыгать надо каждые 53—54 минуты, чтобы использовать явление резонанса. Противник же должен использовать антирезонанс, создавая с помощью своих «прыгунов» волну в противофазе.
Резонанс почему-то ассоциируется с разрушительными явлениями. Это давняя традиция. Еще в Библии было рассказано о разрушении стен Иерихона с помощью акустических колебаний, частота которых, надо полагать, совпадала с собственной частотой колебаний иерихонских крепостных стен. Между тем, резонанс — великолепный инструмент для решения разнообразных технических задач.
2. Помнить о качелях
2.1. Казалось бы, все просто: если объект А и объекте соединены в техническую систему, надо согласовать ритмику действия объектов, прежде всего — собственные частоты колебаний, или частоту вынужденных колебаний одного объекта с собственной частотой колебаний другого объекта. Эту премудрость будущие инженеры постигают еще в детстве, раскачивая качели, а потом ...потом нередко забывают. В результате появляются технические системы, грубо нарушающие закон согласования ритмики.
Можно привести такой пример. В а. с. 729389 (заявка 1975 г.) предложено управлять потоком газа в электропневмопреобразователе с помощью коронного разряда. Затем появилось а. с. 794264 (заявка 1976 г.): все как в а. с. 729389, но частота разряда согласована с частотой колебаний скорости потока. Никаких дополнительных расходов, а эффективность управления резко повысилась. Потерян год, всего год, не так уж страшно. Хотя в эпоху НТР год — совсем не мало... Но вот другой случай. Сыпучий материал, хранящийся в емкости дозатора, должен проходить сквозь зазор между стенками этой емкости и корпусом вибратора. При выключенном вибраторе материал неподвижен — его держат силы трения. Когда включен вибратор, материал начинает течь в зазор. И вот а. с. 793876: частоту вибраций предложено согласовать с частотой собственных колебаний потока. Такое техническое решение вполне могло появиться 20—30 лет назад.
2.2. Использование резонанса привлекательно тем, что не требует усложнения оборудования и дополнительных затрат, — вибрирующий инструмент уже есть, нужно лишь правильно выбрать рабочую частоту. В а. с. 317797 предложено для ослабления угольного пласта действовать импульсами с частотой, равной собственной частоте колебаний угольного массива. За шесть лет до этого предлагалось просто действовать импульсами — и вот сработало правило раскачки качелей: согласовали ритмику системы «вибратор — уголь»...
2.3. В а. с. 614794 описано устройство для массажа, действующее синхронно с ударами сердца. А. с. 307896 предлагает резать древесину инструментом, «частота пульсации» которого близка к собственной частоте колебаний перерезаемой древесины. В обоих случаях необходимость резонанса очевидна. Бывают более сложные случаи, когда для применения резонанса надо преодолеть какой-то барьер, справиться с какими-то трудностями.
Задача об алмазном порошке. Для изготовления абразивных инструментов нужны алмазные частицы одного размера. А сырье — алмазный порошок — содержит частицы разных размеров. Как разделить эту смесь на фракции? Использовать сита нельзя: алмазный порошок быстро их истирает. Сепарация частиц в жидкости тоже не годится, она идет слишком медленно.
Условия задачи отрезают все пути, кроме одного,— надо использовать резонанс. Предположим, мы так и сделали. Включен вибратор, и нужные нам частицы стали энергично колебаться, подпрыгивая над малоподвижной «толпой» других частиц. А дальше? Как поймать «прыгунов»? Ведь подпрыгнув, они снова падают в «толпу»...
В таких случаях часто отказываются от применения резонанса, хотя до решения остаются считанные шаги. Представим себе идеальный результат: резонанс сработал, нужные нам частицы подскочили, поднялись над «толпой». Теперь необходимо не дать им вернуться назад — и задача решена! Внешняя среда должна как-то схватить подпрыгнувшие частицы. Над «толпой» — газ, под «толпой» — твердое тело. Газ не умеет держать частицы, а твердое тело не может их пропускать. Значит, под частицами должна быть жидкость, а наверху — газ или жидкость. Могут ли алмазные частицы лежать на поверхности жидкости? Вполне. Их будут держать силы поверхностного натяжения. Включим теперь вибратор. Подпрыгнувшие частицы утонут после первого же прыжка — они пробьются сквозь поверхностную пленку. Изящное решение, не правда ли?
2.4. Итак, резонанс помогает интенсифицировать:
— движение любых потоков и уплотнение сыпучих материалов (а. с. 119132);
— взаимодействие инструмента и изделия (а. с. 338352);
— процессы тепло- и массообмена (а. с. 641229);
— разделение и смешивание материалов (а. с. 729657).
При этом очень важно, что резонанс дает возможность избирательно действовать на нужные части системы, не затрагивая всей системы. Характерный пример описан в а. с. 506350: «Способ повышения эффективности процесса опыления самофертильных растений, включающий извлечение пыльцы из пыльников, отличающийся тем, что с целью более полного извлечения пыльцы из пыльников и исключения встряхивания кустов и стеблей извлечение производят путем воздействия на растение звуком в полосах частот 0,5—1,0 и 4,0—10,0 кГц, совпадающих соответственно с частотами собственных колебаний стержневых систем растения: цветок — цветоножка и пыльник — тычиночная нить».
3. Пульс технических систем
3.1. Резонанс возникает при совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний. А собственные колебания, как показывает само название, зависят от «личных» свойств колеблющейся системы. Это позволяет использовать явление резонанса для решения различных задач на измерение.
По частоте собственных колебаний можно судить — о массе (а. с. № 271051 на способ измерения массы вещества в резервуаре), о жесткости (а. с. №720330 на способ определения жесткости высотных сооружений), о размерах объекта (а. с. № 244690 на способ измерения диаметра движущейся нити) и о многих других параметрах и свойствах, косвенно определяемых по массе, жесткости и геометрическим размерам.
Например, по а. с. 358515 резонанс используют для проверки прочности анкерного соединения — металлического стержня, вбитого в грунт. А. с. 717623 предлагает использовать резонанс для контроля за уплотнением насыпи. В а. с. 315507 изложен резонансный способ определения внутренних напряжений в строительных материалах. Почти в каждом номере бюллетеня изобретений можно встретить технические решения, основанные на применении резонанса, порой несколько неожиданном. Например, в а. с. 560563 предложено измерять собственную частоту колебаний вымени коровы — это позволяет контролировать процесс машинного доения.
3.2. Резонанс позволяет измерять параметры среды, в которой находится объект. Типичный пример — а. с. 347595 на способ измерения низких температур: датчик, погруженный в жидкий гелий, укорачивается, это отражается на резонансной частоте колебаний.

 3.3. Современная медицина пользуется сложной технической аппаратурой. Но ни один врач не отказался от старейшего способа диагностики — по пульсу больного. Способ этот хорош тем, что организм сам сообщает о своем состоянии. Что может быть проще?.. «Прослушивание» колебаний резонансной частоты — подобно проверке пульса — позволяет тонко и точно диагностировать «заболевания» технических систем. Так, по а. с. 265523 контроль резонансной частоты дает возможность уловить момент возникновения первых трещин в подшипниках.
4. Ритм против ритма

4.1. Иногда «отзывчивость» на определенную частоту бывает ненужной или даже вредной, поэтому приходится бороться с резонансом. Например, мембрана микрофона должна одинаково хорошо колебаться в широком диапазоне частот, так, словно у нее нет резонансной частоты. А. с. 794782 предлагает такое решение: с целью улучшения частотной характеристики мембрана снабжена крепежными элементами, каждый из которых имеет свою резонансную частоту. Любопытный прием: объединение элементов с разными резонансными частотами дает систему без резонансной частоты. Поскольку в технике часто приходится бороться с вибрациями, прием этот используется очень хорошо. Типичный пример: парные детали уплотнения торцового типа выполнены с частотами собственных колебаний, неравными и некратными друг другу (а. с. 514141).
4.2. Машина установлена на фундаменте. Как гарантировать антирезонанс, если масса машины меняется в процессе работы? Типовой прием: частота собственных колебаний фундамента должна быть неравной и некратной частоте собственных колебаний машины. Но в данном случае масса машины меняется, и, следовательно, меняется частота собственных колебаний. Как же быть? Закон согласования ритмики систем сохраняет силу и в таких случаях. Изменилась частота собственных колебаний машины — надо изменить и частоту собственных колебаний фундамента. По а. с. 723038 для этого в фундамент встроена система подачи жидкости.
4.3. Более сложный случай: дана система из двух элементов, как расстроить резонанс, если нельзя менять размеры и массу элементов? Ответ: надо ввести один из элементов в режим вынужденных колебаний с нерезонансной частотой. Такая идея использована, например, в а. с. 423618.
5. Разбор типичной задачи
5.1. Известен способ сушки порошка в кипящем слое. По этому способу сквозь слой порошка продувают нагретый воздух. Одновременно на порошок действуют акустическими колебаниями, благодаря чему частицы порошка энергичнее перемещаются в потоке воздуха, и процесс сушки идет быстрее. Ясно, что частота акустических колебаний должна совпадать с частотой собственных колебаний частиц порошка. Но частицы невелики, их резонансная частота лежит в ультразвуковой зоне. Применять ультразвук крайне невыгодно: он хорошо распространяется в твердых телах и жидкостях, здесь же «смесь» газа и порошка. Как быть?
Условия задачи содержат почти готовую формулу физического противоречия: колеблющиеся частицы должны быть большими, чтобы хорошо взаимодействовать со звуком, и должны быть маленькими, чтобы хорошо сушиться (суммарная поверхность мелких частиц много больше одной крупной частицы). Порошок менять нельзя. Следовательно, надо изменить внешнюю среду: в кипящий слой необходимо ввести нейтральные частицы, например отрезки полиэтиленовых трубочек, размеры которых выбраны соответственно частоте звуковых колебаний (а. с. 322581).
6. Задачи

6.1. Обледеневшие провода ЛЭП под воздействием ветра сильно раскачиваются и могут быть порваны. Как избежать этого? Примечание: провода многожильные.

 6.2. При изучении океана подводные аппараты, опускаясь на большие глубины, подвергаются колоссальному давлению воды. Воспринимает это давление силовой набор корпуса: шпангоуты («ребра», «обручи») и соединяющие их стрингеры (продольные балки). Хорошо было бы иметь прибор, показывающий напряжение в наиболее нагруженных местах корпуса. Предложите принцип устройства такого прибора.
6.3. Большая и массивная печь частично загружена обжигаемым материалом. Как с помощью резонанса контролировать количество материала в печи?
6.4. Трубы химического агрегата очищают с помощью «ерша» — эластичного стержня с «щетиной». Работа эта тяжелая и малопроизводительная. Ваше предложение?

Таблица возможных применений резонанса и антирезонанса

 

Разделы

Улучшение процесса транспортировки

2.1

Разрушение материалов

2.2, 2.3

Смешивание, разделение смесей

2.3, 5.1

Избирательная вибрация отдельных элементов системы

2.3, 2.4

Измерение параметров объекта (массы, жесткости, геометрических размеров и т. п.)

3.1

Измерение параметров среды, в которой находится объект

3.2

Обнаружение трещин и т. п. повреждений

3.3

Гашение резонансных колебаний

4.2, 4.3

 


Записаться на тренинг ТРИЗ по развитию творческого, сильного мышления от Мастера ТРИЗ Ю.Саламатова >>>

Новости RSSНовости в формате RSS

Статьи RSSСтатьи в формате RSS

Рейтинг – 344 голосов


Главная » Это интересно » Теория решений изобретательских задач (ТРИЗ) » И. М. Верткин СИЛА РИТМА
© Институт Инновационного Проектирования, 1989-2015, 660018, г. Красноярск,
ул. Д.Бедного, 11-10, e-mail
ysal@triz-guide.com, info@triz-guide.com
 
 

 

Хочешь найти работу? Jooble