Работу по сбору материалов выполнили слушатели Московского общественного института технического творчества М. Нониашвили, Р. Тихонов, Л. Широков, П. Стриженко, А. Захаркин, М. Быховский.

Редактор

Из старых журналов. ИР-1970

Журнал "Изобретатель и Рационализатор" за 1970 год, №2

М. Нониашвили

Свая-холодильник

Идея замораживания грунта была выдающимся изобретением. Она реализуется очень широко и по сей день. Когда стоит задача оградить углубившуюся в землю стройку котлована или тоннеля, фундамента или хранилища от соседних вод, прибегают к намораживанию противофильтрационной завесы.

Есть три способа замораживания: рассольный, когда хладоносителем служит рассол, замерзающий при низкой температуре; безрассольный - здесь хладоносителя нет, им является сам хладоагент, чаще всего - аммиак, который испаряют прямо в замораживающей колонке, этот процесс идет с поглощением тепла; наконец - воздушный, когда используется морозный зимний воздух.

Первые два - дороги. По этим причинам рассольное и безрассольное замораживание применяется тогда, когда объем строительства окупает их расточительность. Впрочем, оба способа хорошо освоены и с успехом выполняют возлагаемые на них обязанности. Воздушное замораживание появилось потому, что оно использует не "машинный" холод, а естественное, можно сказать, в данном случае богатство Севера. Понятно, оно проще и дешевле, но менее надежно и менее эффективно. Воздушное замораживание практикуется обычно зимой, когда холод отпускает в изобилии сама природа. Вентиляторы создают разряжение и всасывают через трубу морозный воздух атмосферы. Однако холодильная машина природы неуправляема, мороз может упасть в самый ответственный момент, и компрессор будет всасывать теперь уже недостаточно холодный воздух. В межтрубном зазоре, где циркулирует воздух, выпадет иней - и вот уже пробка, колонна бездействует. Надо ее прочищать...

Изобретатели нашли новые, оригинальные способы замораживания грунта. Речь пойдет об одной идее в двух технических "разночтениях". Автор первого, по времени, варианта - советский изобретатель, главный специалист Ленингипротранса К. И. Гапеев. Он предложил автоматическую морозильную установку, которая представляет собой наполненную керосином и запаянную с двух концов трубу. Эта труба, получила солидное техническое название "термосвая". Свая погружается в землю так, что верхняя часть трубы торчит наружу. Внизу, в глубине, тепло, наверху, под зимним небом, холодно. Это "ненормальное" положение (обычно, то есть на большей части земной территории, бывает наоборот: вверху теплее, чем внизу) создает ток жидкости: верхняя, более холодная и, значит, более тяжелая, опускается вниз, а нижняя, согревшаяся теплом глубоких слоев грунта, поднимается вверх. И до тех пор будет продолжаться этот крутеж, пока грунт, окружающий сваю, не запасется достаточно холодом.

Развитием идеи Гапеева был патент американца Лонга на "газовую термосваю". В этом случае трубу заливают жидким пропанбутаном, оставляя часть объема незаполненным. Внизу находится жидкий газ, а над ним пары газа. При тех температурах, с которыми имеют дело строители на Севере, текие газы, как пропан, аммиак, всегда находятся в паро-жидкостном состоянии. Жидкая часть, как более тяжелая, скапливается внизу сваи. Но там, внизу, как мы говорили, теплее, и жидкость испаряется, охлаждая грунт вокруг сваи. Пар поднимается в верхнюю, более холодную зону, конденсируется на стенках и тепло, которое забрал внизу, отдает в атмосферу. Пленка конденсатора сползает по трубе к более теплым участкам, и по мере своего движения испаряется, опять же за счет тепла, отобранного у грунта. Летом свая "запирается" - пар вверху, жидкость внизу. Циклы повторяются один за другим до тех пор, пока температура грунта остается выше, чем температура наружного воздуха. Особый интерес она может представить для строительства в северных районах нашей страны. Тамошние грунты служат ненадежным основанием для возводимых сооружений. На севере есть участки со слабыми пластично-мерзлыми грунтами. Их образно называют "вялой" мерзлотой. У таких грунтов высокая для мерзлоты температура 0 - минус 1,5°. В ряде случаев целесообразно эти грунты заморозить, превратить в твердо- мерзлые. Вот для этого как раз и могут пригодиться термосваи.

Среди известных принципов тут подходят принципы: использование фазовых переходов, Можно попытаться выделить новый принцип: попытаться найти и использовать доступный ресурс окружающей среды. Также можно отметить зацикливание процесса. Интересно, что с подобных термосвай началось развитие тепловых насосов как класса технических устройств. А различных разновидностей термосвай для строительства на Крайнем Севере было создано довольно много.

"Изобретатель и Рационализатор" за 1970 год, № 3

Р. Тихонов 11.03.2007

Шлифовка в четвертом измерении.

Аннотация

Предлагается применить ленту Мебиуса для шлифовки деталей. Оцениваются положительные эффекты нововведения. Изобретение применимо при совершенствовании ленточно-шлифовального производства.

Реферат

Автор изобретения предлагает использовать ленту Мебиуса для ленточного шлифования. Лента Мебиуса получается, если разрезать кольцо, затем закрутить один конец относительно другого на 180 градусов и склеить. Получившаяся лента имеет лишь одну сторону. На данный момент применяется обыкновенная абразивная лента, имеющая форму кольца. Абразив нанесен на внешнюю поверхность ленты, которая контактирует с заготовкой. Предложено нанести абразив на ленту Мебиуса. Каждая точка, лежащая в данный момент на внешней стороне кольца, через один оборот ленты оказывается на том же месте, но уже на внутренней стороне кольца, а еще через один оборот она возвращается в исходное положение. Таким образом, площадь поверхности шлифовальной ленты возрастает в два раза, соответственно увеличивается и срок службы. Устраняется главный недостаток технологии - из-за низкой стойкости абразивной ленты, ее приходиться часто менять, при этом резко снижается производительность труда. Кроме того, экономится ровно половина ткани, идущей на изготовление лент.

На мой взгляд, красивый пример применения геометрических эффектов. Вспомнилась глава книги: И.Л. Викентьев, В.И. Ефремов. "Кривая, которая всегда вывезет. Геометрия для изобретателей". Правила игры без правил, Петрозаводск, изд-во "Карелия", 1989. В главе содержится множество примеров геометрических эффектов.

Приемы: 17. Принцип перехода в другое измерение

Штамповка встряхиванием

Аннотация

Предлагается способ совмещения штамповки листовых деталей со шлифовкой деталей, полировкой и антикоррозийной обработкой. Приводятся эскизные чертежи станков и описание технологии обработки. Способ применим при производстве штампованных деталей.

Реферат

Автор предлагает вибрационный способ штамповки деталей. Заготовку устанавливают на матрицу и прижимают двумя прижимами: одним - жестко, другим так, чтобы она могла двигаться по мере необходимости. Сверху ставят контейнер, который до половины засыпают металлическими гранулами. Гранулы могут быть любой формы, но не должны иметь острых углов и должны вписываться в наименьшие радиусы изгиба детали. Сверху контейнер закрывают крышкой. После этого матрицу, стоящую на плите виброустановки, приводят в колебательное движение. Металлические гранулы подпрыгивают и с силой бьют по заготовке. В результате наклепа поверхностного слоя в заготовке возникают изгибающие моменты, обжимающие ее по матрице. Интенсивность процесса определяется общей массой и размерами гранул и скоростью вращения. Применяя абразивные гранулы различной зернистости, одновременно с гибкой и формовкой можно шлифовать и полировать поверхность деталей. Если в зону обработки добавить некоторые поверхностно-активные вещества, то повышается антикоррозионная стойкость. Предлагается способ формовки тел вращения, аналогичный описанному.

Приемы:

1. Принцип дробления: Заменяем цельный пуансон множеством мелких тел.

6. Принцип универсальности: Одновременно со штамповкой выполняют шлифовку, полировку и даже антикоррозионную обработку поверхности.

18. Принцип использования механических колебаний: Матрице, детали и контейнеру с шариками сообщают колебательное движение.

? 20. Принцип непрерывного полезного действия: Шарики в контейнере непрерывно действуют на заготовку в отличие от пуансона.

Зеркальный блеск наводит чугунная щетка

Реферат

Автор предлагает использовать налепленную на круговые магниты крошку чугуна для шлифовки сложных фасонных поверхностей. Инструмент способен обработать поверхность любой формы. За один проход абразивная "щетка" снимает 0,02-0,03 мм металла. Инструмент не требует правки, его режущая способность самовосстанавливается. Чугунная "щетка" при вращении интенсивно охлаждается воздухом, поэтому прожоги поверхности исключены. Способ легко встраивается в производственный процесс.

Приемы:

1. Принцип дробления: Вместо обычной щетки предложено использовать множество мелких металлических гранул.

15. Принцип динамичности. Щетка, состоящая их множества мелких металлических гранул, в точности повторяет форму шлифуемой поверхности, т.е. имеет изменяемый профиль.

25. Принцип самообслуживания: Подобный инструмент в ходе работы самовосстанавливает режущую способность.

Р. Тихонов 11.03.2007

Сварка костей

Реферат

Авторы изобретения предлагают сваривать кости ультразвуком. Перед сваркой на соединяемые кости наносят слой жидкой пластмассы, играющей роль "припоя". Пластмасса стерильна, не токсична и постепенно рассасывается в живом организме. Затем ультразвуковым электродом сваривают кости. Подобным способом можно восстанавливать утраченную часть кости и пересаживать суставы. Предлагается резка костей ультразвуковым ножом. Нож удобен и позволяет разделять кость в любом направлении. Разработка родилась в ходе плодотворного сотрудничества МВТУ им. Н.Э. Баумана (!) и Центрального института усовершенствования врачей.

В противоположность подходу, предлагаемому бионикой, здесь, наоборот, "подсмотрели" у сварщиков и монтажников технологию сварки и пайки и перенесли ее на живой организм.

Приемы:

18. Принцип использования механических колебаний: Предложено использовать ультразвук.

24. Принцип посредника: Для сварки костей используют специальную жидкую пластмассу, которой как припоем обрабатывается место стыка костей.

На прессованную древесину можно положиться

Предлагается использовать кольца из прессованной древесины, пропитанной маслом, в качестве уплотнительных колец для различных применений. Уплотнение хорошо работает при низких температурах, не набухает, не пропускает воду. В абразивной и запыленной среде более износостойка, чем баббит и бронза.

Приемы:

31. Принцип применения пористых веществ: Пористую структуры древесины пропитывают маслом и спрессовывают

Универсальная шина

Швейцарский изобретатель предлагает оригинальную конструкцию зимних покрышек. В толще протектора обычной летней покрышки вставлена в ромбовидные пазы с ответвлениями дополнительная резиновая покрышка. Эта покрышка снабжена отдельным воздушным отделением. При движении по хорошей дороге доп. покрышка уплотнена, а в гололед водитель подкачивает дополнительные покрышки. Они раздуваются и наружу выступают острия шипов, предназначенные для работы по льду.

Приемы:

5. Принцип объединения: Автор объединил в одном изделии свойства зимних и летних шин

7. Принцип матрешки: Зимняя шина, находиться в полости летней шины

10. Принцип предварительно действия: Автор заранее "прячет" зимнюю покрышку в летнюю. В гололед надо лишь подкачать воздушную камеру, а колесо менять не требуется.

29. Принцип использования пневмоконструкций: Присоединяя к летней шине надувную оболочку, таким образом избавляемся от необходимости замены шин.

"Изобретатель и Рационализатор" за 1970 год, № 7

Широков Лев

Электропроводные шины отводят электричество в землю

За автомобилем-цистерной, перевозящим горючие вещества, обязательно волочится тяжелая цепь. Эта цепь заземляет автомобиль, так как из-за трения о корпуса автомобиля о воздух машина заряжается статическим электричеством, что пожароопасно и даже может привести к взрыву.

Но и сама цепь не лишена недостатков, самый главный из которых - ненадежный контакт (второстепенные недостатки - быстрый износ цепи, создание сильных радиопомех).

В свое время французские изобретатели предлагали сделать электропроводным воздух под днищем автомобиля, для чего ионизировать его радиоактивными изотопами...

Но другой французский изобретатель - Бернард Абегг - попробовал запрессовывать в шины металлические проводники, которые, выступая за пределы резины на протекторе и бортах, обеспечивают электрическое соединение обода колеса с землей. Эксперименты подтвердили перспективность этой идеи.

Найденный прием:

5. Принцип объединения.

Перед перевозкой из порошка вытряхивают воздух

В тонко размолотых порошках (цементе, муке..) содержится много воздуха. Чтобы лучше использовать полезный объем транспортных средств, воздух желательно удалить. Но прессование использовать недопустимо - нарушается грануляция порошка.

В Англии запатентован следующий способ уплотнения порошков: их насыпают в пористые бумажные пакеты, которые затем последовательно обжимают в разных направлениях мягкими конвейерными лентами. Объем порошка уменьшается почти в два раза, но сам порошок остается таким же рассыпчатым, как раньше.

Найденные приемы:

24. Принцип "посредника",

39. Изменение степени инертности,

31. Применение пористых материалов.

"Изобретатель и Рационализатор" за 1970 год, № 8

Павел Стриженко

Задача-аналог классической задачи о ледоколе

Ленинградским инженером Ю.В.Васильевым предложена идея плавучей грузоподъемной станции. Рабочая площадка с краном поднята над опорой на высоту шести метров. Ее поддерживают тонкие трубчатые стойки, опирающиеся на горизонтальные балластные емкости. Они выполнены в виде пустотелых обтекаемых "торпед". Между площадкой и "торпедами" свободно проходит шестибалльная волна. При работе в штормовую погоду балластные емкости погружают на такую глубину, где волнение практически отсутствует. В зоне воздействия волн остаются стойки, поперечное сечение которых составляет менее одного процента поперечного сечения "торпед". Поэтому волны могут вызвать лишь незначительное вертикальное колебание площадки, а бортовая и килевая качка полностью исключаются (расчетные углы крена не превышают одного градуса).

Пример на принцип №1 - принцип дробления

ИР 1970 №8, стр 9

Для предохранения домов от отсыревания стен устраивают гидроизоляционный слой, прокладывая на небольшой высоте от земли рубероид. Однако он через несколько лет требует замены. В стене сверлят многочисленные отверстия, потом их соединяют и прокладывают новый слой рубероида. Способ очень сложен, трудоемок и недолговечен. Был предложен и защищен а.с. №194291 новый способ гидроизоляции. Он основан на свойстве расплавленного кирпича (температура плавления 1400оС) при застывании образовывать стеклокристаллическое состояние, прочное и не пропускающее воду.

В стене сверлят сквозное отверстие, в него заводят карборундовый стержень, на конце которого насажены графитовые плашки. К плашкам крепятся стальные тросики, получающие натяжение от лебедки. Нагреваясь до 1400-1600оС, стержень проплавляет кирпич и под действием тросов движется по горизонтали со скоростью 30 см/ч.

Пример на принцип №20 - принцип непрерывного полезного действия

"Изобретатель и Рационализатор" за 1970 год, № 9

А.П. Захаркин

В статье

"Взрыв без пламени и сотрясения"

Устройство удовно для ведения взрывных работ вблизи зданий, сооружений, к примеру на железно-дорожных платформах при разгрузке смерзшихся грузов.

В статье

"Факел светит ярче"

Способ применяется для нагрева мартеновских печей.

Изобретатель и Рационализатор", 1970г., №10

Михаил Быховский

КАТАПУЛЬТИРУЯСЬ ПИЛОТ ПРОБИВАЕТ ФОНАРЬ ГОЛОВОЙ стр. 21

Прежде чем катапультироваться, летчик должен сбросить фонарь кабины. На это требуется некоторое время, причем, в случае полета с большой скоростью на небольшой высоте, задержка может стать роковой. Специалистам американской компании "Корнинг Гласе" удалось разработать стекло, рассыпающееся при ударе на небольшие тупые осколки. Пилот может пробить такое стекло головой, не получив при этом ранений. Любопытно, что таких результатов удалось достигнуть способами, обычно применяемыми для упрочнения стекла. А именно: в поверхностном слое стекла создаются сжимающие напряжения. При разрушении слоя энергия предварительного напряжения освобождается и завершает разрушение. Меняя величину сжимающих напряжений, толщину слоя, можно в широких пределах варьировать параметры осколков. Во время испытаний, например, экспериментальные фонари рассыпались на миллиметровые осколки за 40 секунд.

10. Принцип предварительного действия:
а) заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично);
б) заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затраты времени на доставку и с наиболее удобного места.

Указав принцип предварительного действия, я имел в виду то, что в стекле заранее создаются сжимающие напряжения, которые впоследствии приводят к тому, что оно разбивается на "неопасные" осколки.

По-видимому, в действительности головой стекло все же бить не стали, а стали применять специальные пробойники, а так же другие способы разрешения проблем, возникающих при катапультировании.

Фонарный вопрос

Перед тем как "выстрелить" кресло, необходимо сбросить фонарь кабины. Сброс фонаря занимает некоторое время именно в тот момент, когда ценится каждая десятая доля секунды. На больших скоростях проблем нет - фонарь очень быстро уносится потоком воздуха. А что же делать, например, на стоянке?

Если фонарь достаточно тонкий, можно просто катапультировать пилота "сквозь" него - специальные пробойники помогут креслу "не заметить" препятствия. Такая схема применяется практически на всех самолетах вертикального взлета и посадки и легких учебно-тренировочных самолетах.

С толстым фонарем придется бороться по-другому. Можно поставить микродвигатели, буквально уносящие фонарь. Можно проложить пиротехнический шнур, который в нужный момент будет разрушать его (как это сделано, например, на самолетах Harrier), или просто заранее "надрезать" в нужных местах. Такая схема успешно работает на малых скоростях, а вот на больших осколки могут поранить пилота или вывести из строя механизмы кресла. Поэтому, как рассказали "ПМ" в НПП "Звезда", наиболее безопасной является гибридная схема: на малых скоростях фонарь разрезается шнуром и проламывается пробойниками кресла, а на больших - сбрасывается традиционным способом.

"Популярная механика", http://www.popmech.ru/part/?articleid=298&rubricid=13#

Использование стекла, которое не образует опасных осколков, нашло широкое применение, например: лобовое стекло автомобилей, стекло в маске для подводного плавании и т.д.

ТЯГАЧ, КОТОРЫЙ НИКОГДА НЕ ПОВОРАЧИВАЕТ стр. 21

Специалисты Британской кислородной компании разработали тягач оригинальной конструкции. Никуда не поворачивая, он с места может сразу двинуться в любом направлении. Первоначально этот принцип собирались использовать для каретки, перемещающей кислородный резак по крупногабаритным стальным плитам. Но потом выяснилось, что этот же принцип очень подходит для вилочных погрузчиков, работающих в судовых трюмах и тесных складских помещениях, а также для дистанционного манипулирования взрывчатыми, радиоактивными и другими опасными материалами. В сочетании с поддонами на воздушной подушке неповоротные тягачи могут с большой точностью передвигать тяжелое оборудование, перевозить самолеты в тесных ангарах и в переполненных аэропортах. В частности, одна из английских компаний намеревается их использовать для перетаскивания по испытательной лаборатории высоковольтных трансформаторов, электрогенераторов, узлов паровых турбин, весящих десятки и сотни тонн.

Ходовая часть тягача состоит из двух пар взаимно перпендикулярных гусениц, на каждом звене которых имеются по два свободно сидящих на оси ролика. На землю тягач опирается всеми четырьмя гусеницами одновременно. При движении взад-вперед, налево-направо включают только одну пару гусениц. У неподвижной пары перекатываются только ролики. Если включить одновременно обе пары, то тягач будет ползти куда-то вбок под углом, зависящим от соотношения скоростей между гусеничными парами. Например, если эти скорости равны, тягач поползет под углом 45° относительно своих продольной и поперечной осей. Скорости гусениц зависят от напряжения, подаваемого на тяговые электродвигатели. Оператору достаточно повернуть круглый диск на пульте управления с нарисованной на нем стрелкой, и машина поползет в направлении этой стрелки. Тягач с четырьмя гусеницами способен выполнять самые сложные эволюции: двигаться в любом направлении с постоянной скоростью, вращаться вокруг любой заданной точки, описывать произвольные кривые и делать повороты под прямыми углами.

15. Принцип динамичности: а) характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы; б) разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга; в) если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

17. Принцип перехода в другое измерение: а) трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (т. е. на плоскости).

Сегодня существуют другие реализации машин, способных двигаться в любом направлении, не поворачивая. Это обеспечивается установкой роликов на каждое колесо машины. Расположение и конфигурация роликов могут быть различными. Например:

"… машина имеет четыре колеса. Все - ведущие. Каждое из них жёстко сидит на оси. Вправо-влево не поворачивается совсем. Про подвеску забудем, тем более, что в таких случаях, как здесь, она не нужна.

Привод каждого колеса устроен просто. Это обычный вал без всяких шарниров, которым колесо соединено с электромотором внутри корпуса машины.

Но как же мы будем поворачивать? А вот так. Каждое колесо оснащено 12 роликами, покрытыми резиной или полиуретаном. Ролики сгруппированы попарно в шесть округлых "бочонков" и совершенно свободно вращаются на своих осях, которые наклонены как к оси колеса, так и к его плоскости (что хорошо видно на фотографии). Оси роликов жёстко закреплены в ступице колеса, похожей на звёздочку.

По шесть сдвоенных обрезиненных роликов на колесо (они, ролики, вращаются свободно) - и готов механизм для движения в любом направлении. Главное - правильно рассчитать углы наклона осей и кривизну поверхностей. Обратите внимание - колёса одного борта не одинаковы, а зеркальные (кадр с сайта airtrax.com).

Каждый ролик представляет собой нечто вроде параболического тела вращения со спиленной верхушкой. Расположение роликов таково, что при взгляде точно вдоль оси колеса их внешние края образуют ровный круг.

Теперь, если все четыре колеса вращать в одну сторону - машина туда и поедет. Если бы ролики были соосны самому колесу - они бы просто проворачивались, и машина стояла бы на месте. Но они наклонены, причём - справа и слева - симметрично. Так возникает своего рода упор.

Чертёж погрузчика Airtrax Sidewinder (иллюстрация с сайта airtrax.com).

Если же колёса разных бортов вращать в разные стороны - наш странный аппарат будет разворачиваться как танк, то есть - на месте.

Но самое интересное, что, вращая каждое из четырёх колёс с различной скоростью и в разной комбинации, можно заставить эту машину совершать абсолютно любое движение на плоскости. Какое-то из колёс при этом может и вовсе остаться неподвижным. И просто скользить на своих свободно вращающихся роликах, если это нужно для разворота в нужную сторону.

Хотите - двигайтесь по диагонали с сохранением ориентации корпуса относительно сторон света, хотите - по диагонали с одновременным поворотом в любую другую сторону. Для движения в тесном складе или в цеху - свойство просто бесценное. Теперь можно подобраться в такие места, и выехать через такие коридоры, какие обычным погрузчикам или транспортёрам и не снились. Всё это обеспечивают силы трения между хитроумными роликами и дорогой.

Посмотрите на чертёж погрузчика, вид с левого борта. Видите нижние ролики, в данный момент, касающиеся поверхности?

Представьте теперь, что переднее колесо (оно слева) вращается против часовой, а заднее - по часовой стрелке. Силы от каждого колеса, те, что направлены вдоль машины, будут взаимно скомпенсированы. Но посмотрите, как при этом проворачиваются ролики, стоящие сейчас внизу? Они-то повёрнуты немного в стороны. Получающиеся силы трения будут толкать машину точно от вас. …"

Отрывок из статьи "Неоколесо Airtrax едет боком, всяко и по-любому", 14 апреля 2006, http://www.membrana.ru/articles/inventions/2006/04/14/205700.html

Эти страницы содержат ссылки на видео, иллюстрирующее движение машин Airtax:

http://airtrax.com/vehicles/cobra.html

http://airtrax.com/vehicles/cobra.html

http://airtrax.com/vehicles/mp2.html