КейсыСегодня кейсов в Базе - 66

Повысить на 10 процентов производительность устройства для создания ворсового покрытия (см. рис. 2.1) – такое задание на курсовую работу я получил, когда был студентом IV курса Ленинградского механического института.

А в чем проблема? Повысить скорость вращения стола? Нет, не получается – массы переменные, система очень тяжелая – балансировке не поддается. Повышаем скорость вращения – станок начинает сильно вибрировать. От этого разбивается само устройство, ворс получается  бракованный, рвутся полимерные нити. Получается, что при всех своих больших  габаритах и массе устройство очень нежное…

Есть другой путь – это уменьшение размеров, а значит, и массы самих катушек. Но это уменьшит производительность – катушки придется чаще менять, останавливая станок. К тому же, как оказалось, катушки с полимерными нитями поставлялись только одного типоразмера…

Как раз в это время я только что познакомился с ТРИЗ по книге Г.  С. Альтшуллера «Найти идею». Уже с помощью самых простых инструментов ТРИЗ я быстро нашел идею, как повысить производительность станка не на 10 процентов, а в 4 раза!

Понятно, что надо уменьшить момент инерции стола с катушками и тогда можно будет увеличить скорость вращения. Для этого нужно приблизить катушки к оси вращения. Но это уже сделали до меня и «выжали» систему до предела – дальше сближать уже некуда. Уперлись в противоречие: приближаясь к оси вращения, катушки начинают мешать друг другу – им просто становится тесно. Разрешаем противоречие выходом из плоскости в объем – размещаем катушки на столе в несколько уровней (см. рис. 2.3), они станут в два раза ближе к оси вращения. Не уменьшая общей массы катушек, мы в четыре раза уменьшаем момент инерции. А значит, во столько же раз увеличиваем скорость вращения.

Но это решение я сразу отложил – меня манил идеальный конечный результат (ИКР). Я сформулировал его таким образом: в идеале мы не вращаем тяжелые катушки с нитями – они стоят на полу, а вращаются только нити. Вот идеал – момент инерции, который равен нулю. Представляете, как изменится наш станок, когда мы вместо 100 килограммов катушек будем вращать лишь пучок почти невесомых нитей?!

Очень красивая идея, но реализовать ее невозможно. Наверно, поэтому и крутились катушки десятки лет без существенных изменений…

Попробуйте сделать мысленный эксперимент. Оставьте катушки на полу, а нити пропустите через дополнительные отверстия в столе (см. рис. 2.4). И вы увидите, что нити с катушек наматываются на нитевой транспортер не один раз – над столом, а еще и снизу стола (см. рис. 2.5). Устройство остановится через пару оборотов.

Я продолжал думать, пытаясь избежать одного из двух наматываний. Нижнее наматывание можно устранить, если нить, идущая от катушек, будет каким-то чудесным образом целиком огибать оправку (вместе с двигателем и т.  п.) и… прорезать место соединения двигателя с полом (получается, что двигатель должен висеть в воздухе). Верхнее наматывание можно устранить, если нить от катушек будет огибать шпульку и… прорезать кронштейн, который крепится к станку и держит эту самую шпульку (т. е. шпулька должна висеть в воздухе). Все – приехали. Как быть с этими самыми «прорезать»?

Я увидел ИКР, а вот существует ли он в жизни? Может, это лишь фантастика, и в природе нет такого решения, а я просто зря «плавлю» свои мозги и трачу время? Биться или не биться? Вот в чем вопрос. И никто не подскажет – ведь это не учебная задача. Но уж больно высоки были дивиденды в случае идеального решения, был стимул, и я стоял насмерть.

Мне повезло: самая трудная изобретательская задача в моей жизни оказалась и самой первой – это нужно, чтобы импринтировать смелость в решении задач. Это я понял, когда начал преподавать школьникам уроки ТРИЗ (см. Статью  «Сделай себе «извилину» на с. 80).

Я сформулировал главное противоречие задачи: кронштейн должен быть, чтобы держать шпульку, и кронштейна не должно быть, чтобы пропускать нить.

Ответ появился, когда я начал мысленно рассекать кронштейн нитью поперек. Стоп! А почему поперек? Я чуть наклонил нить, еще наклонил, и уже не поперек кронштейна, а параллельно. Есть решение – труба. Нить всегда может проходить сквозь кронштейн, если этот кронштейн сделан в виде трубы, а нить проходит внутри трубы (см. рис. 2.6).

Самое трудное позади. Осталось решить конструкторские задачи (см. рис. 2.7).  Кронштейн «слился» со столом, который тоже превратился в трубу. Этот стол-кронштейн размером со спичечный коробок в свою очередь держит шпульку с нитевым транспортером.  Нитевой транспортер, закрепленный на вращающемся столе, сам вращаться не должен, поэтому его попеременно в противофазе фиксируют два подвижных фиксатора.

Итог:

•  Производительность увеличилась в сто раз (если раньше скорость вращения стола была 15 об / мин, то теперь – до 1500 об / мин).

•  Габариты и масса устройства уменьшились в десятки раз, следовательно, «токарный» станок стал уже не нужен. Вращать стол-кронштейн с легкими нитями сможет небольшой электромотор.

• Сверхэффект – катушек может быть не 12, а намного больше.