А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Здесь большую роль играет развитие возможностей технологии производства. Например, для создания водяного замка в сливных частях трубопроводных систем долгое время применялись жесткие конструкции в виде сифона. Применение гофрированной трубки — сильфона — сделало эту конструкцию не только дешевле 7. Принципы строения и закономерности развития технических систеи 167 (меньшее количество деталей), но и упростило процесс стыковки сливной части раковины с вводным патрубком канализации.
С другой стороны, переход на новый принцип действия, как правило, сопровождается повышением динамичности ТО, увеличением его функциональных возможностей. Например, применение металлического ключа для открывания дверей автомобиля заменяется посылкой кодированного радиосигнала. При этом сразу может открываться несколько дверей. Этот же радиоключ используется и для блокировки системы зажигания. Кроме того, как будет показано в следующей главе, динамизация является одним из приемов разрешения противоречий в технических задачах. Пример 7.21. Сумка иа колесиках. Сумка на колесиках удобна для перемещения груза по ровной поверхности, но неудобна для перемещения по лестнице (рис. 7,22 а).
Зля преодоления ступенек было разработано шагающее устройство (рис. 7.22 б). Рис. 7.22. Сумка на колесиках обычной конструкции (а) и «дииамизированная» (б) При решении этой задачи использовался прием, основанный на системном подходе — введение в ТС еше одного компонента. Принцип динамизации дополняет этот прием, конкретизирует направление поиска решения — при введении еше одного компонента, увеличить число степеней свободы, подвижность частей ТС. Одно из направлений совершенствования конструкций — динамизация связей (рис. 7.2з).
Связи можно разделить на вещественные и полевые. В вещественных связях используется какая-либо передающая среда — вещество. В полевых связях передающая среда отсутствует. В вещественных связях взаимодействие компонентов осуществляется непосредственно с помощью вещества, поэтому связи могут различаться в зависимости от того какие свойства вещества для этого используются. Жесткая связь может быть реализована с помощью твердого монолитного вещества, например, стержень, балка, ферма.
Гибкие Раздел 8. Приемы и методы решения технических задач 1ба Связи Сз Г:З Гравитационные Электриче Магнитные Электроыаттзитные Рис. 7.23. Схема динамизации связей связи могут быть организованы при использовании эластичных и упругих материалов, например, трос, ремень, цепь, сильфон, пружина, или материалов, находящихся в вязкотекучем состоянии, которые занимают промежуточное положение между твердыми веществами и жидкостями, например, гермопласт. Может быть использован и газ, например, в пневмоприводах, газостатических и газодинамических подшипниках. Если вещества разделены и обеспечивают подвижное соединение, то образуются кинематические связи, развитие которых часто идет в направлении применения более сложных движений.
Пример 7.22. Динамизация крыла. В развитии авиации первой половины ХХ в. происходил интенсивный рост скоростей самолетов. С повышением скоростей самолетов возрастает посадочная скорость, что приводит к увеличению длины взлетно-посалочной полосы. Проблема разрешалась путем механизации крыла. В 30-х годах ХХ в. активно велись разработки «механнческогоя крыла. Для снижения посадочной скорости самолета закрылки поворачивалнсь так, что изменялась кривизна профиля крыла, что приводило к увеличению коэффициента подъемной силы. На многих современных самолетах закрылки совершают сложное движение, При этом увеличивается не только кривизна профиля, но и плошадь крыла. История развития техники показывает, что связи во многих механизмах развивались в соответствии со схемой, показанной на рис. 7.23. 7.
Принципы строения и закономерности развития технических систем 169 Однако здесь следует отметить некоторую особенность. С одной стороны, для гидравлической связи, как правило, используются специальные жидкости (естественное вещество — вода часто не удовлетворяет нужным свойствам), а в пневматической связи может использоваться воздух (специальные газы, как правило, не применяются). Поэтому пневматическая связь ближе к идеальному техническому решению. С другой стороны, гидравлическая связь передает давление практически мгновенно, жидкость несжимаема, вследствие этого передача энергии происходит с минимальными потерями. В пневматических связях часть энергии расходуется на сжатие газа. Поэтому в соответствии с принципом энергетической проводимости гидравлическая связь лучше.
Кроме того, она имеет и меньшее время переходного процесса, следовательно, она эффективнее с позиции управляемости процессом. Полевая связь, как правило, лучше обеспечивает управляемость компонентами ТО, она часто создает дополнительные удобства. Приведенная на рис. 7.23 схема развития связей ТО дает еще один прием поиска технических решений. В частности, если простая кинематическая связь, например, в виде шарнира с одной степенью свободы, не позволяет решить задачу, то можно попробовать увеличить число степеней свободы, изменить характер движения: перейти к более сложному движению взаимодействующих компонентов. Так работают манипуляторы современных роботов.
Принцип динамизации используется для совершенствования ТО в рамках определенного ФПД, поэтому можно сказать, что это один из приемов решения задач в процессе конструктивной эволюции ТО. Например, карданный узел в наборе торцевых гаечных ключей значительно упрощает выполнение работ в труднодоступных местах.
Трамвай из двух вагонов, двухсекционные автобусы и троллейбусы позволяют значительно повысить вместимость транспортного средства. При этом ралиус поворота увеличивается незначительно. Создание двухэтажных автобусов, увеличение длины вагона„дает чисто масштабный эффект. Оба направления соответствуют конструктивному подходу совершенствования ТО (см. подразд. 7.1.2). Следует отметить, что переход на другой ФПД, как правило, сопровождается увеличением степени динамичности ТС. Динамизация ТО часто приводит к увеличению количества выполняемых функций, например, складной нож, разводной ключ. Динамизация полей осуществляется переходом от полей с постоянными во времени (не изменяющимися) характеристиками к полям с переменными по времени значениями полевой характеристики. Поле может меняться во времени и в пространстве. Динамизацию поля во времени можно представить такой последовательностью: постоянное -+ возрастающее (убывающее) -+ -+ циклически меняющееся.
Раздел 2. Приеиы и методы решения технических задач 170 Периодческие процессы могут быть импульсными и синусоидальными, а управление ими может осуществляться по амплитуде, частоте и сдвигу фаз сигнала. Динамизация в пространстве выражается в том, что поле из постоянного становится градиентным.
Градиент — мера возрастания или убывания в пространстве какого-либо параметра поля при перемещении на единицу длины. Переменное поле, как правило, легче поддается преобразованиям, например, трансформатор переменного электрического тока. Оно имеет больше параметров, которые можно использовать для выработки управляющего сигнала. Импульсное управление, как правило, энергетически более экономно, чем управление постоянным сигналом. Градиентное поле позволяет решать задачи за счет концентрации напряженности поля в рабочей зоне, например, для дистанционного управления потоками заряженных частиц применяется магнитная оптика. Динамизацию не следует рассматривать только как увеличение сложности механического движения. Это способность компонентов приспосабливаться к изменяющимся условиям работы и более широкие возможности оперативного влияния на параметры, характеризующие компоненты ТС, например, автоподстройка радиоприемного устройства на принимаемую частоту сигнала.
Пример 7.23. Адресяое разделение каналов в телеметрнческнх системах. В радиотелеметрических системах, предназначенных для передачи информации о функционировании бортовых устройств космического аппарата на Землю, при большом числе контролируемых параметров применяется частотное, временное, частотно-временное и адресное разделение каналов, При адресном разделении каналам приписываются адреса в виде селектируюших кодов. Коды задаются в виде определенной последовательности импульсов [63). Адресные системы с цифровым методом передачи информации, позволяют наилучшим образом согласовать информационный поток с энергетическими характеристиками радиолииий. В перспективе получат применение системы с адаптивным принципом передачи информации, которые позволяют изменять программу измерений, регулировать число измеряемых параметров, частоту опроса, точность и другие характеристики в зависимости от внутренних и внешних факторов функционирования космического аппарата.
Таким образом, динамизация, — одна из наблюдаемых закономерностей развития ТС, использование которой позволяет определять направления совершенствования ТО. Понимая, что любая ТС проходит определенные стадии динамизации, можно определить на каком этапе она в данный момент находится, и сделать шаг в перспективном направлении.
7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 171 7З.4. Переход с макроуровня на макроуровень Познание человеком природы начиналось с наиболее простых форм движения материи — механической. Механические способы взаимодействия макровешеств с привлечением свойств различных геометрических форм вешества было положено в основу работы первых технических устройств. Это не случайно, так как макровещество с его внешними формами и геометрическими параметрами непосредственно даны человеку в ощушениях. С развитием науки и техники происходит более глубокое проникновение в строение вешеств, познание глубинных их свойств и более тонких их взаимодействий на молекулярном и атомарном уровнях, Человек осваивает технологию на основе применения физической химии, ядерной физики, квантовой механики.
Механические способы взаимодействия вешеств, положенные в основу ФПД работы устройства, вытесняются взаимодействием частиц вещества, молекул, атомов. В процессе конструктивной эволюции (см. подразд. 7.3.2) повышение качества выполняемой функции часто приводит к усложнению ТС. Переход на другой ФПД заключается в том„что ФО основывается на использовании свойств веществ, связанных с их внутренним строением при активном участии физических полей.
Эти взаимодействия формируют свойства, которые используются для выполнения требуемой ФО. Если на начальной стадии развития ФО осуществлялась на макроуровне — взаимодействием различных веществ на основе использования законов механики, то затем, в результате развития науки и техники, она реализуется на микроуровне, т. е. на использовании свойств малых частиц веществ, определяемых законами строения материи. В результате этого перехода функцию ТС, состоящей из нескольких компонентов, выполняет одно вещество со специальными свойствами. Переход с макроуровня на микроуровень — это закономерность, описывающая процесс перехода к другому ФПД в направлении совершенствования системы (с кривой 1 на кривую 2 рис. 7.21).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
