Реферат: Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ”Сервис и техническая эксплуатация автотранспортных средств”


Методические указания


по выполнению курсовой работы по дисциплине


“Принципы инженерного творчества”


для студентов-заочников специальности 190603-

“Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)”


Ростов-на-Дону 2007


^ Составители: к.т.н., доц. И.Д. Чистяков,

к.т.н., доц. Ю.И. Мозговой


Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Принципы инженерного творчества»

^ Примеры и информационные фонды/ ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2007, 8с.


Методические указания предназначены для студентов дневного и заочного обучения специальности 190603- “Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)”. Специализация-190603 «Автосервис и фирменное обслуживание».


^ Печатается по решению методической комиссии факультета

«Конструкторский»


Научный редактор – д-р техн. наук, профессор И.А.Хозяев


Рецензент – профессор С.И.Ананьев



Издательский центр ДГТУ, 2007




^ ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ




Задача 1. Закрепление детали сложной формы.


Для слесарной обработки деталей машин, агрегатов, приборов используются обычные тиски. Недостатком таких тисков является невозможность обеспечения жесткого крепления детали, которая имеет сложную форму, например, каплевидную. Как быть? Традиционный путь решения этой задачи – изготовление вкладышей. Использование вкладышей позволило жестко закрепить деталь в обычных тисках. Но при этом оказалось, что для каждой оригинальной и сложной формы детали требуется изготовлять индивидуальные вкладыши, что ведет к увеличению времени на обработку детали и стоимость детали.

Предложите решение задачи по сокращению времени и уменьшению стоимости детали на слесарной обработке.


Решение задачи с помощью АРИЗ 85А.


^ 1.Выбор задачи

Определить конечную цель решения задачи:

Какова техническая цель задачи, или какую характеристику объекта надо изменить?

- Необходимо сократить время, затрачиваемое на закрепление детали любой формы в тисках.

1.1.2. Какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задачи?

- Нельзя менять детали машин (их конфигурацию).

1.1.3. Какова экономическая цель решения задачи, или какие расходы снизятся, если задача будет решена?

- Снизятся расходы, связанные с обработкой детали, так как отпадает надобность в изготовлении дополнительных приспособлений.

1.1.4. Каковы (примерно) доступные затраты?

- Затраты должны быть примерно равны стоимости обычных тисков.

1.1.5. Какой главный технико-экономический показатель надо увеличить?

- Необходимо уменьшить стоимость деталей.



Проверить обходной путь. Допустим, задача принципиально неразрешима. Какую другую – более общую задачу нужно решить, чтобы получить требуемый конечный результат.

- Обработка деталей без закрепления её в тисках.


Определить, решение какой задачи целесообразнее – первоначальной или обходной?

- Итак, с тисками или без них?

1.3.1. Проанализировать первоначальную задачу с токи зрения тенденции развития ведущей отрасли техники.

- Одной из ведущих отраслей техники является радиоэлектроника. В этой отрасли наблюдается тенденция к самонастраивающимся приборам, устройствам. Например, телевизор сам настраивается на выбранную программу; приемник сам осуществляет точную настройку на заданную волну и т.п.

1.3.2. Проанализировать первоначальную задачу с токи зрения тенденции развития данной отрасли техники.

- Данная задача относятся к отрасли машиностроения, в которой также наблюдается тенденция к “само”. Это различные самоходные установки вместо прицепов, самонастраивающиеся станки и т.д.

1.3.3. Проанализировать обходную задачу с точки зрения тенденции развития данной отрасли техники;

- См.п. 1.3.2.

1.3.4. Проанализировать обходную задачу с точки зрения тенденции развития ведущей отрасли техники.

- См.п.1.3.1.

1.3.5. Сопоставить первоначальную задачу с обходной. Произвести выбор задачи.

- Обработка деталей без закрепления их в тисках возможна только в случае, если усилия обработки очень малы, например, при электрохимической. Однако электрохимическая обработка не может заменить обработку резанием, при которой развиваются большие усилия. Для решения выбираем первоначальную задачу.


Определить требуемые количественные показатели.

- Время закрепления детали любой формы в тисках не должно превышать время закрепления деталей прямоугольной формы (40 сек).


1.5. Внести в требуемые количественные показатели поправку на время, необходимое

для реализации изобретения.

- Время зажатия детали в тисках 20-30с. является перспективным.


1.6. Уточнить требования, вызванные конкретными условиями, в которых предполагается реализация изобретения.

1.6.1. Учесть особенности внедрения, в частности, допустимую степень сложности решения.

- Решение должно быть таким, чтобы реализовать его в жизни можно было практически на любом заводе.

1.6.2. Учесть предполагаемые масштабы применения.

- Основанная область применения – машиностроение.


2.Уточнение условий задачи (применение стандартов опускаем)

2.1. Уточнить задачу, используя патентную литературу;

- Учитывая, что данная задача и все последующие является учебными задачами, для студентов первых курсов данный пункт выполнять необязательно.

2.2. Применить оператор P.B.C. (размер, время, стоимость).

2.2.1. Мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до 0. Как теперь решается задача?

-Объектом изменения размеров необходимо выбрать непосредственную часть, соприкасающуюся обрабатываемой деталью.

В нашем случае губки тисков, которые непосредственно держат деталь.

Будем изменять размеры губок.

Итак, размеры губок стремятся к 0.

Размеры детали примем средние от 10 до 20см. Для начала представим себе размеры губок в 5см. Как работали губки тисков, так и сейчас они работают. Качественного изменения работы губок не произошло. Мысленно уменьшим размеры губок до 1см. Теперь, чтобы зажать деталь, необходимо использовать несколько губок. Ещё уменьшим размеры губок. Представим размер губок в 1мм. Для закрепления детали такими губками, потребуется использовать их в огромном их огромном количестве. Например, в виде кучи песка. Ещё уменьшим размеры губок. Губки имеют размеры молекулы.

Такими губками могут быть жидкости и газы.

Но как их использовать?

2.2.2. Мысленно меняем размеры объекта от заданной величины до бесконечности. Как теперь решаются задачи?

- Губки имеют размеры в 30-50см. Качественного изменения в их работе не произошло.

Ещё увеличим размеры губок. Губки имеют размеры в 10-100метров. На таких губках можно установить различной формы вкладыши, чтобы можно было зажимать любую деталь на своём участке губки.

2.2.3. Мысленно меняем время процесса (или скорость движения объекта) от заданной величины до 0. Как теперь решается задача?

- Нам необходимо затрачивать на закрепление детали в тисках меньше 30 секунд. Лучше закреплять деталь в тисках мгновенно. Для этого лучше и использовать магнитные электромагнитные силы. С их помощь можно быстро зажать деталь 2.2.4. Мысленно меняем время процесса (или скорость движения объекта) от заданной величины до бесконечности.

- Время процесса закрепление детали в тисках – одни сутки или неделя.

За это время деталь можно приклеить или приварить к губкам, чтобы деталь прочно держалась в тисках.

Если мы можем ждать год, то наступит зима, вода замерзнет, и лед будет держать деталь.

2.2.5. Мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта и процесса от заданной величины до нуля. Как теперь решается задача?

- Если исходная сумма 300-500руб. то можно изготовить пластинки с пружинами, которые будут выполнять функции губок.

Уменьшим стоимость до 0.

В этом случае самым дешевым будет использование замерзающих водоемов во время зимы.

2.2.6. Мысленно меняем стоимость (допустимые затраты) объекта и процесса от заданной величины до бесконечности. Как теперь решается задача?

- Предположим, что имеется сумма в 10000руб. В этом случае можно изготовить магнитные тиски, тиски с искусственным замораживанием, крепление деталей с помощью перепада давлений и т.д.

Таким образом, с помощью оператора Р.В.С. удалось, если не преодолеть, то расшатать психологический барьер, получив на этом шаге ряд интересных идей решения задачи.


Изложить условия задачи (не используя специальных терминов и не указывая, что нужно придумать, найти, создать) в двух фразах по следующей форме

2.3.1. Дана система из … (указывать элементы).

- Пластина (губки) и детали любой формы.

2.3.2. Элемент … (указать) при условии … (указать) дает не желательный эффект …

(указать).

- пластины не могут держать деталь любой формы, не повредив её поверхности.


Примечание: Если система состоит из однотипных групп элементов, например, 20 труб с 20 заглушками, надо рассматривать одну группу.



Перенести элементы из 2.3.1. в следующую таблицу.





2.4.1.



Элементы, которые можно менять, переделывать, переналаживать (в условиях данной задачи):

- Пластины.




2.4.2.

Элементы, которые трудно видоизменить, (в условиях данной задачи):

- Деталь




Примечание: 1. к 2.4.1. следует отнести технические элементы, рассматриваемой системы. К 2.4.2. – природные и такие технические элементы, которые нельзя менять по условиям задачи.

2.Почти всегда (если нет специальных указаний в условиях задачи) инструменты следует относить к 2.4.1, а изделие - к 2.4.2.

2.5. Выбрать из 2.4.1 такой элемент, который в наибольшей степени поддаётся изменениям, переделки, переналадки.

- Пластины.

Примечание: 1. Если все элементы в 2.4.1. равноценны по степени допускаемых изменений: начните выбор с неподвижного элемента (обычно его легче менять, чем подвижный).

Если в 2.4.2. есть элемент непосредственно связанный нежелательным эффектом, выбираем его в последнюю очередь.

Если в системе есть только элементы 2.4.2. возьмите в качестве элемента - внешнюю среду (В.С.).



4.Аналитическая стадия.


3.1. Составьте формулировку идеального конечного результата (ИКР) по следующей форме:

3.1.1. Объект (взять элемент, выбранный 2.5.)

- Пластины.

3.1.2. Что делает?

- Держат.

3.1.3. Как делает? На этот вопрос всегда следует отвечать словами “САМ”, “САМА”, ”САМО”.

- САМИ.

3.1.4. Когда делает?

- В процессе слесарной обработки детали.

3.1.5. При каких обязательных условиях (ограничениях, требованиях и т.п.)?

- Без повреждения поверхности детали.

Итак, ИКР - пластины САМИ держат деталь любой формы в процессе её слесарной обработки без повреждения поверхности детали.

3.2. Сделать два рисунка: “было” (до и ИКР) и “стало” (ИКР). На рисунке “стало” найти элемент, указанный в 3.1.1. и выделить ту его часть, которая не может совершить требуемого действия при требуемых условиях. Отменить эту “часть” штриховкой, обводкой контуров и т.п. на рисунке и записать в виде словесной формулировки.

Примечания: 1. рисунки могут быть условные, лишь бы они отражали суть “было” и “стало” (рис. 1., рис. 2.)


Рисунок “стало” должен совпадать со словесной формулировкой ИКР.


Было. Стало.

Вид сверху Вид сверху



Рис. 1. Рис. 2.


Проверка: На рисунках должны быть все элементы, перечисленные в 2.3.1. Если в 2.5. выбрана внешняя среда, её надо указать на рисунке “стало”.


3.3. Выявить физическое противоречие, ответив на вопросы:

3.3.1. Чего мы хотим от выделенной части объекта?

- Мы хотим, чтобы выделенная часть пластин, которая соприкасается с деталью любой формы, изменяла свою форму по форме детали, т.е. была гибкой, мягкой.

3.3.2. Что мешает выделенной части объекта самой осуществить требуемое действие?

- Выделенная часть пластин не может изменять форму, т.к. должна быть жесткой, твердой, чтобы прочно держать деталь.

3.3.3. В чем несоответствие между п.3.3.1 и п.3.3.2.?

-Выделенная часть пластин должна быть мягкой, чтобы обхватить деталь любой формы, и выделенная часть пластин должна быть твердой, чтобы держать деталь.

Примечание: Формулировка физического противоречия (3.3.3.) обязательно должна содержать два противоречивых требования к одной части объекта и указание на действие, для которых необходимо выполнение этих требований.


3.4. Проверить возможность устранения физического противоречия:

3.4.1. Разделением противоположных свойств во времени:

- В момент помещения детали между пластинами выделенная часть пластины мягкая, а в момент окончания закрепления детали, выделенная часть пластин становится твердой.

3.4.2. Разделение противоположных свойств в пространстве.

- К одной части детали подходит часть твердой пластины, к другой – части детали - часть мягкой пластины, т.е. пластины дробные, как бы состоящие из нескольких пластин.

Пластины, состоящие из шариков, колец.

3.4.3. Разделение противоположных свойств изменением агрегатного состояния выделенной части объекта.

- Пластины жидкие, твердеющие когда нам нужно – из замерзающей жидкости, либо из ферромагнитной, твердеющей при наличии магнитного поля.

Данная задача практически решена на шаге 3.4. Вот эти решения:


1. В тисках на обычных плоскопаралльных: губках – обоймы с подпружиненными пластинами. У каждой пластины своя пружина. Когда зажимают деталь, то губки тисков сближаются, пружины сжимаются – одни больше, другие меньше – и пластины охватывают деталь. Пластин много, пружины сильные и деталь в тисках сидит прочно. Такую конструкцию предложили учащиеся профессионально – технического училища №5 г. Челябинска и показали её на ВДНХ г. Москва в мае – июне 1976г. (ИР, 77/1 стр.40).


2.Одна губка выполнена в виде серии упругих колец, которые расположены в коробке. Одна из стенок коробки сделана подвижной и связана с приводом устройства – гидравлическим, пневматическим или винтовым. Кольца занимают примерно половину объема коробки, так что их можно разворошить и втиснуть между ними обрабатываемую деталь. Кольца занимают примерно половину объёма коробки, так что их можно разворошить и втиснуть между ними обрабатываемую деталь. Затем закрепляют деталь с помощью подвижной стенки. По периферии следует располагать кольца, которые побольше, а по соседству с деталью – маленькие, чтобы они лучше охватывали деталь. На данную конструкцию тисков к.т.н. Ю. М. Ермаков г. Москва получил а.с. №510350 (ИР, 77/1 стр.40).


3. Губки состоят из порошка. Для осуществления этого принципа необходимо, чтобы порошок был ферромагнитный. Тогда, подав магнитное поле, ферромагнитный порошок охватит всю деталь и будет её удерживать, не повредив поверхности детали.

Аналогом может служить английский патент 824047, где описана муфта. В этой муфте роторы соединяются и разъединяются смесью ферромагнитного порошка и масла.


4. Функции губок переданы жидкости.

Например: способ для закрепления деталей при механической обработке с помощью жидкости, быстро затвердевающей под воздействием электромагнитного поля. Жидкость представляет собою смесь из 55% высоко рафинированного белого масла, 5% глицеринового моноомеата и 40% кварцевого тонкого порошка. Зажимаемые детали ставят на дно противня с затвердевающей жидкостью, в которую введены два электрода. При включении тока детали зажимаются. При выключении – детали мгновенно освобождаются. Расход электроэнергии очень мал.


5. Общеизвестно, что если в воду поместить предмет, а затем прервать воду в лёд, то предмет будет прочно зажат.

6. Заключив жидкость или воздух в эластичные емкости, то ими можно задержать деталь любой формы.

Выше приведенные решения задачи не исчерпывают всех идеи решения. Возможны и другие варианты решения задачи.


1.2 Задача 2. Усовершенствование элементов приемного русла кормоуборочного комбайна.


Для захвата и ввода в рабочие органы кукурузоуборочной техники стеблей кукурузы и транспортирования початков применяются цепи специальные подающие, которые во время эксплуатации необходимы “успокаивать” (гасить) колебания. Для этого применяют капроновые “успокоители цепи”, которые при взаимодействии с цепью быстро изнашиваются и требуют замены (рис. 3). Анализ предыдущих поисков и решений показал их неэффективность (как в СНГ, так и за рубежом). Ввиду высокой стоимости одного успокоителя(40 руб.) и большого количества выпуска (380 тыс. шт. в год) эта проблема была выбрана для проведения анализа и решена при помощи АРИЗа.

^ 1. Анализ исходной ситуации:


Определение конечной цели решения задачи:

- уменьшение расхода материальных ресурсов на гашение колебаний цепного контура.

Какие характеристики необходимо изменить?

- Амплитуду колебания цепи на прямых участках.

Какие характеристики нельзя изменять?

- Скорость перемещения цепи;

- Прочностные характеристики;

- Шаг цепи;

- Стоимость.

Какие расходы снизятся при решении задачи?

- Расходы на изготовление успокоителей цепи.

Примерно допустимые затраты:

- Затраты не превышающие стоимости полозков на 1 цепном контуре (200 руб.).

Какой главный технико-экономический показатель надо улучшить?

- Устранив собственные колебания цепи в процессе эксплуатации;


Питающий транспортер








Рис. 3


2. Анализ задачи

2.1. Условия мини-задачи.

Техническая система для транспортирования кукурузы включает замкнутый цепной контур и капроновые успокоители цеп:

ТП-1- если успокоителей цепи много, то гасится колебания цепного контура, но возрастают затраты на изготовление успокоителей.

ТП-2- если успокоителей мало - затраты на их изготовление минимальны, но ухудшается условие работы цепи ( возрастает амплитуда колебаний).

2.2. Конфликтующая пара:

- Цепь – успокоитель

2.3. Графическая схема ТП-1.


Противодействие. А - Полозок

Б – Цепь


Графическая схема ТП-2


Бездействие. А - Полозок

Б – Цепь


2.4. Для дальнейшего решения выбираем схему: «Бездействие», где требуется обеспечить полезное действие на цепь при минимальном количестве полозков.

2.5. Дана система из колеблющейся цепи и несуществующих успокоителей. Отсутствующие успокоители не изнашиваются, но и не успокаивают цепь. Не обходимо эффективно, гасить колебания цепи:


3. Анализ модели задачи.

3.1. Изменяемым элементом выбираем цепь

3.2. ИКР-1: цепь сама устраняет собственные колебания.

3.3. Оперативная зона – одно звено цепи, состоящие из наружной и внутренней пластины ролика и оси.

3.4. Оперативное время – время движения цепи.

3.5. Измененное звено само гасит собственные колебания.

3.6. Звено должно быть жестким, чтобы не развились колебания и должно быть шарнирным, чтобы обкатывать звездочку.

3.7. Звено во время давления на него биологической массы должно становиться жестким и снова становиться гибким во время накатывания на звездочку.


4. Разрешение физического противоречия.

4.1. Для решения задачи применяем метод маленьких человечков (ММЧ) (рис. 4).

Следовательно, чтобы наружные пластины и внутренние заклинивались, необходимо, чтобы они были в одной плоскости, а для обеспечения свободы перемещения друг, относительно друга они не должны быть в разных плоскостях.

4.2. Ответ представлен на рис.5 (возможен ряд других решений).


5. Анализ способа устранения физического противоречия.

5.1. Ответ обеспечивает не полный ИКР-1:

- цепь сама гасит свои колебания, в одну сторону.

5.2. Управление ликвидацией колебаний цепи происходит автоматически.

5.3. Патентный поиск показал новизну получаемого решения. Оформлена заявка на предполагаемое изобретение.


6.Развитие полученного ответа.

Полученный ответ может быть использован для цепей, провисание которых во время работы плохо влияет на эксплуатационные характеристики.

Цепь втулочно-роликовая состоящая из звеньев приводной роликовой цепи ПРД 3000 ГОСТ 13563-75, содержащая наружные и внутренние пластины в виде плоских деталей независимых друг от друга, отличающихся тем, что с целью получения износостойкости и надежности в эксплуатации и эффективного гашения собственных колебаний внутренние пластины звеньев выполнены с выштамповкой по совмещенным контурам на наружную поверхность, а наружные с концевыми частями, повторяющими профиль выштамповки.

Дальнейшие развитие данного решения подсказывает вариант прикрепления дополнительных элементов упоров без изменения самой конструкции цепи.

Реализация методов маленьких человечков:





Рис. 4.


Предложенное решение “успокоения” цепи:








Рис. 5


1.3 Задача 3. Совершенствование решет отчистки зерноуборочных машин.


1. Заданная ситуация.

Зерно является одним из важнейших продуктов, производимых сельским хозяйством.

Считается, что страна обеспечена зерном в достаточной мере, если на душу населения в год приходится 1 т. зерна. Таким образом, производство зерна у нас ещё не достаточно. Увеличить его можно за счёт урожайности, так как свободных посевных площадей нет, а так же снизив потери при уборке. Средняя урожайность по России составляет около 18ц/га, что значительно меньше, чем странах с высоким сельским хозяйством. В этом направлении у нас имеются большие возможности. Однако мало вырастить и убрать зерно без потерь, его нужно ещё суметь сохранить.

Послеуборочная обработка зерна, которая заключается в его отчистке, сортировании и сушки, является важнейшим процессом, обеспечивающим отделение зерновой массы от примесей, её разделение в зависимости от дальнейшего использования на семенное, продовольственное, фуражное и техническое зерно. Этот процесс необходим для обеспечения длительного хранения зерна без ухудшения его качества. Требования к качеству зерна регламентируется государственными стандартами (ГОСТами).

Отчистка и сортировка зерна производится зерноочистительными машинами. Повышения производительности зерноочистительных машин является серьезной задачей, которая должна решаться как путем создания новой техники, так и совершенствованием существующей.

При разделении зерновых смесей на плоских решетах, мелкие фракции проходят в отверстия, а крупные идут сходом. Однако часть крупных примесей, соизмеримы с размерами отверстий, забивает решета, что снижает их пропускную способность. Для очистки решет применяются специальные устройства, что усложняет конструкцию.

Предложить конструкцию решета с продолговатыми отверстиями имеющего повышенную пропускную способность и не требующую специальных устройств для его очистки.


1. Исходные данные:

1.1. Основные определения

Очисткой называется процесс выделения примеси из зерновой смеси.

Сортирование называется процесс разделения зерновой смеси на части (сорта), отличающиеся по каким-либо признаком.

Выделение зерна одного размера называется калиброванием.

Принцип работы очистительных машин основан на различии физико-механических свойств отдельных частиц зернового материала. Одним из важных признаков, по которым производится разделение зерновых смесей, является крупность частиц. Крупность частицы определяется её размерами. Размеры определяются по трём взаимно перпендикулярным направлениям: наибольший размер (продольный) – длина, наибольший поперечный размер – ширина, наименьший поперечный размер – толщина.

На решетах с продолговатыми отверстиями разделение частиц производится по толщине. Рабочим размером такого решета является ширина. Через продолговатые отверстия могут пройти только те зерна толщина которых меньше ширины отверстий решета. Ширина и длина зерна особого значения не имеют. Длина отверстия решета много больше длины зерен. Для прохода через продолговатое отверстие зерно должно расположиться длинной осью вдоль отверстия и повернуться на бок (рис. 6.).


Разделение зерна на решетах

с продолговатыми отверстиями





Рис. 6.

1,2 – зёрна, толщина которых меньше ширины отверстия (проходят через решето, “проход”), 3 – частицы, минимальный размер которых больше ширины отверстия (не проходят через решето, “сход”), 4 – проходовая частица, расположенная под углом.


Частицы, которые проходят через отверстия под решето, называются “проходом”. Частицы, не прошедшие сквозь отверстия и сходящие с поверхности решета, называются “сходом”.

Практика показывает, что в реальных условиях работы трудно, а зачастую и нецелесообразно добиваться полного прохода под решето зерен, соответствующие размеры которых меньше рабочего размера отверстий.

Масса зернового материала, поступающего в единицу времени на решето, называется или загрузкой.

Работа решета при определенной загрузке тем эффективнее, чем больше проходовых частиц выделится под решето и чем меньше их уйдет в сход. Качество работы решета оценивается относительным количеством выделенных им мелких зерен. Отношение массы прохода за какое-то время ко всему количеству мелких зерен в зерновой смеси, поступившей на решето за это же время, называется полнотой разделения.

Просеивание зерен через отверстия решета возможно только при относительном движении зерна по поверхности решета, что достигается обычно за счёт колебаний решетной поверхности. На характер движения влияют фрикционные свойства решетной поверхности частиц зерновой смеси, наклон решета к горизонту, направление колебаний и особенно ускорение решета, называемое показателем кинематического режима. При малой толщине слоя зернового материала на решете для просеивания достаточно сообщения решету небольших ускорений. При толстом слое для прохода через него мелких частиц нужны значительные ускорения.

Кинематический режим, обеспечивающий при заданной нагрузке наибольшую полноту разделения, называется оптимальным.

Количество зернового материала, поступающее на решето в единицу времени при оптимальном кинематическом режиме и заданной полноте разделения, называется производительностью.


1.2. определение числовых значений размеров частиц зерновых смесей.

Знание числовых значений физико-механических свойств зерен основной культуры и примесей необходимо при разделении зерновых смесей для выбора сепарирующих органов и определения размеров их рабочих элементов.

Числовые значения физико-механических свойств зерна одной культуры неодинаковы. Для их определения производят измерения некоторого количества зерен, называемого навеской (обычно 300 … 500 шт.). По результатам замеров строят вариационный ряд, который показывает распределение изучаемого признака. При построении вариационного ряда изменение размеров зерна (в нашем случае это должна быть толщина) диапазон между наибольшим () и наименьшим () измеренным размером делят на несколько равных частей (классов) с классовым промежутком , мм. Обычно число классов от 5до 8.

Для хлебных зерен принимают 0.2; 0.25; 0.3 или 0.4мм





Если число зерен в навеске N, а каком-либо классе , то относительная частота размера данного класса .

Определив относительную частоту по каждому классу для признака, по которому производилось измерение, строят вариационную кривую в прямоугольной системе координат. По оси абсцисс откладывают величину измерённого признака, по оси ординат – относительную частоту размера зёрен каждого класса.


Средняя величина какого-либо размера


.

Модой называется средняя величина класса, имеющего наибольшую частоту.

Медианой называют значение измеряемой величины, которые делит весь ряд пополам.


Построение вариационной кривой распределения в

прямоугольной системе координат



Рис.7.


1.3. Выбор решет.

Для выбора типа решета и размеров его отверстий следует определить размер, по которому предлагается производить разделение зерновой смеси и построить вариационные кривые основной культуры и примесей.

Если по выбранному размеру вариационные кривые основной культуры и примесей не имеют перекрытия (рис. 8а), то возможно их полное разделение на решетах с рабочими размерами отверстий, находящихся в промежутке между концами соответствующих вариационных кривых.

При частичном перекрытии вариационных кривых (рис. 8б) полное разделение смеси невозможно. Рабочий размер отверстий решета подбирается с учетом допустимых потерь зерен основной культуры в отходах и допустимого содержания примесей в основном зерновом материале.

При полном перекрытии вариационных кривых (рис. 8в) разделение зернового смеси по выбранному размеру невозможно. Необходимо для разделения использовать другой признак.


Варианты взаиморасположения вариационных кривых распределения по одноименному признаку компонентов двухкомпонентной смеси.




Рис. 8.


2. Решение задачи.

2.1. Анализ задачи.

2.1.1. Формулировка мини-задачи.

В заданной ситуации имеются обычные термины (зерновая смесь, крупные примеси, продолговатые отверстия и др.) и специальные (фракции, плоские решета, пропускная способность и др.). Специальные термины исключим вообще или заменим их на обычные: фракции – частицы, плоское решето – плоская поверхность с отверстиями и т.п.

ТС для разделения зерновой смеси на крупные и мелкие частицы по толщине зерна включает поверхность с продолговатыми отверстиями, устройство, приводящие эту поверхность в колебательное движение, зерновую смесь (крупные и мелкие частицы), движущуюся по поверхности с продолговатыми отверстиями слоем с одновременным проходом мелких частиц сквозь отверстия.

ТП-1: частицы зерновой смеси из слоя быстро достигают поверхности с отверстиями – мелкие частицы ориентируются и интенсивно проходят сквозь отверстия (хорошо); крупные частицы перекрывают и забивают отверстия (плохо).

ТП-2: толщина слоя уменьшатся медленно – мелкие частицы медленно достигают поверхности с отверстиями и проходят сквозь них (плохо); при медленном опускании слоя крупны частицы, за счет колебаний успевают всплывать и в меньшей степени забивают отверстия (хорошо).

Для повышения производительности решета, как элемента технической системы, необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить быстрый проход мелких частиц сквозь отверстия без забивания последних крупными частицами.

2.1.2. Конфликтующая пара элементов.

Изделие: мелкие частицы (Б), крупные частицы (В)

Инструмент: движение частиц (А) из слоя к отверстиям (быстро, медленно)

2.1.3. Графические схемы ТП.


ТП-1: движение быстрое



Рис. 9.

ТП-2: движение медленное




Рис. 10.

Проверка показывает отсутствие несоответствия в линии 2.1.1. – 2.1.2. – 2.1.3.

2.1.4. Выбор схемы ТП.

Главная цепь системы – интенсивный проход мелких частиц сквозь отверстия. Она хорошо выполняется в схеме ТП-1. выбираем ТП-1.

2.1.5. Усиление ТП.

Будем считать, что вместо быстрого движения частиц к отверстиям в ТП-1 имеет место очень быстрое движение, т.е. быстрее, чем уменьшается толщина слоя.

2.1.6. Формулировка модели задачи.

Даны мелкие и крупные частицы и очень быстрое движение частиц к отверстиям. Очень быстрое движение обеспечивает интенсивный проход мелких частиц сквозь отверстия, но забивает отверстия крупными частицами. Необходимо найти такой ИКС – элемент, который, сохраняя очень быстрое движение мелких частиц к отверстиям, исключал бы достижение отверстий крупными частицами.

Проверка логики построения модели задачи по формулировке мини-задачи (шаг 2.1.1.) показывает, что анализ проведен правильно.


2.2. Анализ модели задачи:

2.2.1. Определение оперативной зоны (ОЗ).

Пространство вблизи отверстий над ними.

2.2.2. Определение оперативного времени (ОВ).

время очень быстрого движения мелких частиц к отверстиям;

некоторое время до очень быстрого движения мелких частиц к отверстиям.

2.2.3. Определение вещественно-полевых ресурсов (ВПР).

Поверхность, в которой выполнены отверстия. Силы гравитации и возникающие при колебаниях.


2.3. Определение идеального конечного решения (ИКР)

и физического противоречия (ФП).

2.3.1. Формулировка ИКР-1.

ИКС – элемент в ОЗ, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, обеспечивает в течение ОВ удерживание крупных частиц выше отверстий, сохраняя очень быстрое движение мелких частиц к отверстиям.

2.3.2. Для усиления ИКР-1 нужно в качестве ИКС – элемента использовать имеющиеся в распоряжении ресурсы. Это может быть сама поверхность, в которой выполнены отверстия.

Поверхность с отверстиями в ОЗ, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, обеспечивает в течение ОВ удерживание крупных частиц выше отверстий, сохраняя очень быстрое движение мелких частиц к отверстиям.

2.3.3. Физическое противоречие на макроуровне.

Поверхность с отверстиями в ОЗ в течение всего ОВ должна быть недостижимой для крупных частиц и легко достижимой для мелких частиц.

2.3.4. Физическое противоречие на микроуровне.

Физическое противоречие на микроуровне отсутствует.

2.3.5. Формулировка ИКР-2.

Поверхность с отверстиями в течение всего ОВ должна сама удерживать крупные частицы от перекрытия ими отверстий и ускорять движение мелких частиц к отверстиям.


2.4. Мобилизация и применение ВПР.

2.4.1. Метод моделирования “маленькими человечками” (ММЧ).

а) Построение схемы конфликта

Суть конфликта: в оперативной зоне (плоская поверхность с отверстиями) нет ни человечков А, которые бы разворачивали зёрна, подлежащие проходу (мелкие частицы) длинной осью вдоль отверстий, ни человечков В, которые препятствовали бы забиванию отверстий крупными частицами (см. рис. 6).

б) Нужно ввести человечков А, которые бы разочаровали проходные зерна длинной осью вдоль отверстий, и человечков Б, которые бы препятствовали опусканию крупных частиц на поверхность с отверстиями (рис. 11).


Схема устранения конфликта с использованием ММЧ.




Рис. 11.


в) Переход к технической схеме.

Роль человечков А могут выполнить две поверхности, наклонные с боков к отверстиям. Эти же поверхности и грани соединения двух смежных поверхностей будет выполнять роль человечков Б. Они будут препятствовать опусканию крупных частиц к отверстиям. Наклонные поверхности, содовая разворачивающий момент, будет ускорять движение мелких частиц к отверстиям.

2.4.2. Определение возможностей решения задачи с помощью ресурсных веществ.

Наклонные к отверстиям решета поверхности могут быть получены применением и некоторым видоизменением ресурсных веществ. Боковые перемычки между отверстиями должны быть расширены и согнуты с образованием гофрированной поверхности (рис. 12). Рабочие размеры отверстий те же. Что и в соответствующих плоских решетах, шаг гофр больше средней длины семян культуры прохода.


Решето с гофрированной поверхностью.







Рис. 12.

Разделение зерновой смеси на гофрированной решетной поверхности происходит следующим образом /7/.

Зерно, произвольно расположенное относительно отверст