Перспективы развития шпалоподбивочных машин

Перспективы развития шпалоподбивочных машин (или процесс создания изобретения) Со шпалоподбивочными машинами я начал заниматься с 1992 года на Кировском машзаводе им. 1 Мая в отделе главного конструктора. До этого я уже имел опыт работы с регулируемым и управляемым электро- и гидроприводом, поэтому изучение основ принципов работы машины и освоение ее конструкции прошли довольно быстро. Этому в немалой степени способствовало мое еженедельное посещение заводской технической библиотеки. Однажды мне попался журнал со статьей, в которой описывались основные этапы развития шпалоподбивочных машин. Все начиналось с машины с одним механическим подбивочным блоком, вынесенным перед машиной и перемещаемым в процессе работы с одного рельса к другому. Затем блоков стало два: по одному над каждым рельсом, и расположены они были уже в средней части машины. Это повышало производительность. После чего последовала замена механического привода подбивочных блоков гидроприводом и оснащение машины механизмами подъемки и сдвижки пути с измерительной системой и системой электроавтоматики на базе полупроводниковых элементов с последующим переходом к микросхемам. Такое усложнение машины позволило автоматизировать работу подбивочных блоков, и придать ей новые функции, т.е. позволило выправлять железнодорожный путь в полуавтоматическом режиме (700 шпал/час). Наличие датчиков поиска шпал позволило полностью автоматизировать работу машины по выправке отдельного участка пути (1200 шпал/час). Контрольно-измерительная система кроме обеспечения автоматической работы машины обеспечивала запись выправленного положения пути и передачу данных в технические службы. Для расчета программы выправки пути и управления машиной, ее стали оснащать компьютером. Дальнейшее увеличение производительности пошло по пути увеличения количества одновременно обрабатываемых шпал одним подбивочным блоком. Вначале до 2х шпал, а затем до 3х шпал. Дальней шее увеличение количества одновременно обрабатываемых шпал стало невозможным в связи с появлением волнистости пути из-за различия удаления шпал от подъемного устройства во время подбивки. Были попытки создания машины с двумя подбивочными комплексами, т.е. первый комплекс подбивал одновременно две шпалы, оставляя между ними одну не подбитую (создавались «маяки» слабо поддерживающие путь), а затем на это место заезжал следующий комплекс и подбивал пропущенную шпалу и еще одну с краю. Таким образом, получалось, что за один переезд и один цикл опускания подбивочных блоков происходила одновременная подбивка 4х шпал. Такое усложнение машины не оправдало повышения производительности. В основном это объяснялось большими затратами времени на разгон и торможение большой массы машины, непременного условия работы цикличного способа подбивки шпал. Для устранения указанного недостатка, пошли по пути создания непрерывно перемещающейся машины с циклично-перемещающимся внутри нее подбивочным блоком (1980г. 3000 шпал/час). Однако многошпальный блок, кроме указанного выше недостатки, потребовал повышения стабильности качества эпюры (расстояние между шпалами) железнодорожного пути, что обеспечивалось предварительной правкой эпюры пути перед подбивкой шпал и также увеличивало затраты. Были попытки создания непрерывного способа подбивки, например, подбойки располагались на колесе. Таким образом, при равномерном движении машины они последовательно входили в балласт и уплотняли его. Ввиду того, что для качественного уплотнения балласта необходимо определенное время его вибрирования, а подбойки работали по одной последовательно, скорость перемещения машины, а следовательно и производительность, были ограничены. Стабильное расположение подбоек на колесе не могло обеспечить подбивку пути с различным расстоянием между шпалами и с отклонением положения шпал от номинального положения. Все указанные недостатки не позволили претворить изобретение в жизнь. Для увеличения качества железнодорожного пути и повышения производительности осуществлено множество улучшений как подбивочных блоков, так и машин вцелом, но все улучшения создавали весьма незначительные эффекты. Как вытекает из рассуждений, количество попыток повысить производительность машин увеличилось, а эффект от каждого из вносимых изменений уменьшился. Рекорд производительности 3000 шпал/час практически не побит до сих пор. Возникло ряд технических противоречий: увеличение количества одновременно подбиваемых шпал и качество пути; увеличение количества блоков (движущейся массы) и время перемещения машины вцелом или блока внутри машины; определенное время вибрирования и скорость непрерывного перемещения машины. При улучшении одного параметра – второй ухудшается. Если обратиться к АРИЗ, то наличие технического противоречия является предшественником и необходимым условием создания изобретения. Создавшееся положение соответствует последней вертикальной линии на графиках развития систем, уровня изобретений и их эффективности. Исходя из того, что машины непрерывно-циклического действия (3000 шпал/час) предназначены для строго определенной эпюры железнодорожного пути, их применение сильно ограниченно и требуется целая гамма машин или заменяемых блоков, можно сделать вывод, что по таблице уровней развития технических систем, рассматриваемая система находится на уровне 3.1 или переходе 3-4. а для решения задачи необходим переход к другим физическим принципам работы. Исходя из таблицы характеристик уровней изобретений я бы сказал, что решение должно будет соответствовать примерно третьему уровню {сильное изменение объекта (полное – одного объекта, частичное остальных). Межотраслевое решение. Противоречие и способ его решения – из одной науки}. Таким образом, зная тенденции развития машин данного типа, направление и пути, можно приступать к поиску самого решения задачи. Задачу, наверное, можно сформулировать так: обеспечить одновременную непрерывную подбивку нескольких шпал при равном удалении от подъемного устройства, при этом необходимо выдержать требуемое время вибрации и независимость от эпюры железнодорожного пути. Пожалуй, единственным способом, обеспечивающим непрерывность процесса, является возврат инструмента в исходное положение по замкнутой кривой, например, как в известном решении - по кругу. Для того, чтобы подбивка осуществлялась несколькими блоками а не одним, как в известном, круг разрежем вертикально пополам и разнесем половинки на некоторое расстояние. Получилась тракторная гусеница. На каждом звене по подбивочному блоку для одной шпалы. Длина звена равна расстоянию между шпалами. Длина прямого нижнего участка выбирается исходя из требуемой производительности, т.е. в зависимости от количества одновременно работающих блоков. При этом машина должна будет двигаться по пути с постоянной скоростью, чтобы каждый блок был неподвижен относительно земли, находился в балласте и вибрировал его требуемое время. Хотя каждый блок постоянно движется относительно машины и подъемного устройства в том числе, но каждый из них в любой момент своего цикла находится в одинаковых условиях, что обеспечивает стабильность качества подбивки. Более подробно с конструкцией машины Вы можете ознакомиться в описании машины и ее работы, прочитав описание патента №2480522 «Способ непрерывной подбивки шпал и машина для его осуществления». http://rusinventor.blogspot.com/2013/07/blog-post.html. Таким образом при одновременной работе 5-8 подбивочных блоков обеспечивается производительность порядка 13000 - 24000 шпал/час. При этом машина и блоки будут двигаться равномерно со скоростью 8 - 15 км/час., что энергетически гораздо выгоднее, чем при циклической подбивке. Конструкция машины предусматривает возможность работы с различной эпюрой железнодорожного пути, с нарушением положения шпал относительно номинального их расположения. К сожалению, использование существующих подбивочных блоков сильно утяжеляет машину и создает существенные трудности. В настоящее время мной разработаны облегченные блоки, работающие по несколько иному принципу и имеющие более широкие возможности и обеспечивающие более высокие качества пути. Если объявится заинтересованное лицо, идею по блокам и способу непрерывной подбивки можно защитить патентом на изобретение, а проект воплотить в жизнь. Все права защищены © 2016 Балезин Н.М.

Создание механизма уравновешивания робота

Эта статья посвящена логике мышления изобретателя, постановке задачи и ее пошаговому решению. Наибольший эффект роботы приносят в массовом производстве, где необходимы одни и те же движения в течение всей смены. Для человека это утомительно. Поэтому первые роботы должны были просто повторять движения человека. Так появились, так называемые, обучаемые роботы. Особенно хорошо это видно на окрасочных роботах. Оператор брал краскопульт, расположенный на конечном звене-хоботе, и производил окраску первой детали. Все перемещения механизмов и управление краскопультом записывались в память робота. При пуске робота, информация считывалась из памяти и робот, повторяя все движения и команды, производил окраску второй детали, затем третьей и т.д. до конца смены. Для повышения точности оператора нагрузка на него в процессе обучения робота должна быть минимальной и постоянной, т.е. подвижные части робота должны быть максимально уравновешены. Для этой цели чаще всего использовались пружинные рычажные механизмы. Однако создать пружинный механизм, полностью и одинаково уравновешивающий подвижное звено робота во всех его положениях, задача не из легких. А если учесть, что пружины со временем меняют свои характеристики, то сделать это практически невозможно. Представьте себе рычаг длиной около полутора метров и массой порядка 20-30 кг, шарнирно закрепленный на поворотном вокруг вертикальной оси основании. На верхнем конце рычага закреплен второй рычаг, на свободном конце которого установлен краскопульт. Когда первый рычаг располагается строго вертикально, проблем не возникает. Стоит только оператору сделать движение вперед или назад, рычаг отклоняется и возникает момент пропорционально массе рычага и Cos угла отклонения. Причем момент создает на рукоятке краскопульта усилие, которое направлено горизонтально вдоль оси второго рычага. Для оператора это крайне неудобно. Для решения проблемыhttp://rusinventor.blogspot.com/2008/04/blog-post_20.html необходимо четко представить все происходящие в механизме процессы и причины появления вредного эффекта. Для начала рассмотрим первый рычаг, как наиболее тяжелый и наиболее влиятельный элемент, создающий дебаланс. Механический процесс вполне понятен – это поворот рычага вокруг горизонтальной оси на основании и поворот рычага вокруг вертикальной оси совместно с основанием. Физический процесс – это постоянное влияние на рычаг силы земного притяжения. Для упрощения расчетов в механике принято рассматривать действие силы тяготения как силы, приложенной к центру тяжести тела. В нашем случае, сила тяжести всегда направлена вниз, а точка ее приложения может двигаться по сфере. Вот кажется и все, чем мы будем оперировать при решении выше указанной проблемы. Устранить силу тяжести, как главного источника вредного эффекта, на сегодняшний день мы не можем. Наверное, можно ее компенсировать, подвесив на канате через блок другую массу равную массе рычага. При этом увеличится инерция системы, а чтобы направление силы компенсирующего усилия было близко к вертикальному, длина каната должна быть беспредельно велика или блок должен быть выполнен подвижным в горизонтальной плоскости. Тут, надо сразу сказать, мы допускаем ошибку. Произнося слово «подвесив», мы непроизвольно направляем ход мысли на создание усилия сверху. Надо было говорить (или мыслить): компенсировать, создав противоположное усилие. В этом случае мы не отвергали бы возможность создания усилия снизу. Исправляя ошибку, давайте рассмотрим вариант создания усилия снизу. Усилие можно создать силовым цилиндром (пневмо- или гидро), механически (реечная или винтовая передача) или используя магнит (постоянный или электро) и, соединив выходное звено с рычагом в центре тяжести, перемещать его вверх, вниз вместе с рычагом. Это вполне решаемая задача. Остается этот вертикально направленный механизм заставить самостоятельно перемещаться по горизонтальной плоскости. Если вспомнить, что рычаг установлен на оси на поворотном основании, задача сразу упрощается. Рычаг относительно основания поворачивается только в одной плоскости. Следовательно, если силовой механизм компенсации установить на основании, то механизм необходимо будет перемещать только по прямой. Можно конечно сделать любой линейный привод и связать его с положением рычага, но это очень сложная и громоздкая система. В последнем предложении предыдущего абзаца мы не зря упомянули слово «самостоятельно». Это один из принципов АРИЗа, когда все происходит само. Значит нам необходимо силовой механизм компенсации установить на основании на каком-то элементе, обеспечивающем перемещение по прямой. Для этой цели подходят любые прямолинейные направляющие: закрытые прямоугольные, круглые штанги. Если принять во внимание, что усилие будет постоянным по величине и направлению, то направляющие могут быть открытыми, т.е. могут быть выполнены в виде тележки на роликах. Именно такая конструкция легла в основу проекта. Пустотелый коробчатый рычаг был установлен на основании на оси. В точке расположения центра тяжести к нему с помощью оси был прикреплен шток гидроцилиндра, установленного вертикально на колесной тележке, перемещающейся по основанию в плоскости поворота рычага. К поршневой полости гидроцилиндра подведено постоянное давление, настраиваемое клапаном. На этом история создания мной изобретения могла бы окончиться … Но судьба распорядилась по-своему. Меня командировали на довольно продолжительное время в другую организацию. По возвращении в родную организацию конструкция опытного образца уже была сделана в металле (см. фото) и я принял участие в его испытаниях. Результат оказался отличным, и я пошел в патентный отдел насчет оформления материалов подачи заявления на изобретение. Патентовед, мой хороший знакомый, выслушав мое описание предполагаемого изобретения и улыбнувшись, достал из стола папку и показал материалы уже отправленной заявки от имени начальника отдела. Можно было после получения положительного решения по заявке подать в суд и восстановить свои права, но я не стал этого делать. Для удовлетворения своего авторского самолюбия я создал дополнительное зависимое изобретение, т.е. развил, усовершенствовал старое. Я аналогичным образом уравновесил второй рычаг и получил авторское свидетельство № 971645 Манипулятор с приоритетом от 13.04.1981. Уже при написании данной статьи, бегло просматривая описание своего изобретения, мне пришла мысль, что если бы передо мной в то время стояла задача обойти основное изобретение, я мог бы это сделать. В основном изобретении шток гидроцилиндра крепился к рычагу в точке центра тяжести. В зависимом изобретении эта точка крепления располагается на прямой соединяющей центр тяжести и ось поворота рычага, т.е. признак соединения в точке центра тяжести не используется, следовательно, патент не используется. Дальнейшее развитие обоих изобретений может быть продолжено выносом точки соединения рычага с гидроцилиндром за пределы рычага в сторону в плоскости, проходящей через центр тяжести и вдоль оси поворота рычага. На примере данной статьи я хотел продемонстрировать: 1. Насколько важно для изобретателя своевременно защитить свои авторские права. О защите своих прав нужно думать уже с момента возникновения идеи. Способы защиты самые разнообразные, начиная от справки (лучше официально заверенной) службы или руководителя организации, протокола технического совещания и кончая подачей заявки на патент. В противном случае доказать воровство вашей идеи будет крайне сложно. 2. Создавая зависимое изобретение, автор получает возможность получения принудительной лицензии или принуждения патентообладателя основного изобретения к покупке вашего патента. 3. Создавая «зависимое» изобретение, у автора появляется шанс обойти уже имеющийся патент на изобретение. Все права защищены © 2008 Балезин Н.М.

Цели и ценности капитала и общества

Давайте попробуем проследить историческое развитие капитализма, его экономическую эффективность. Под объектом рассмотрения будем понимать общность людей, связанных трудовыми отношениями и механизмами распределения благ от труда. С первобытных времен и до настоящего времени все живое для повышения выживаемости объединяется в группы: стая, община, семья, страна. В первобытнообщинном строе труд каждого был нацелен на благополучие общины. Коллективный труд и охота приносили плоды, достаточные для поддержания жизни. При этом надежность поддержания жизни и ее уровень были гораздо больше, чем при одиночном действии. О механизме распределения благ в общине можно только догадываться. Наверняка вожди и сильнейшие имели повышенные блага в сравнении с рядовыми членами. Закон силы имел огромное значение при их распределении. Однако, по мере развития интеллекта, осознания вожаками зависимости собственной безопасности и уровня существования от рядовых членов группы, им наверняка приходилось делиться определенной частью благ для поддержания соответствующего уровня благ рядовых членов общества, позволяющего поддержание их существования в физической форме, достаточной для удовлетворительного выполнения функции обеспечения безопасности существования группы. Это требование действует до сих пор и, наверное, будет действовать всегда. Это – аксиома. Таким образом, первобытно общинное общество явилось благодатной почвой зарождения капитализма. Переход общества к феодальному, рабовладельческому и крепостному является моментом рождения капитализма, когда орудия труда и часть его результата уже принадлежат, в той или иной мере, одной личности. Результаты труда носили в основном натуральный, местный характер. По мере развития общества и перехода к товаро-денежным отношениям, а также с появление института государства, доходы капитала увеличились. Развитие торговли и расширение рынков сбыта товаров, также привело к увеличению доходов капитала. Индустриализация производства и дальнейшее расширение рынков сбыта привели к тому, что вывоз капитала стал эффективнее, чем вывоз товаров. Вывоз капитала, выражаясь современным языком – инвестиции в экономику других государств, в настоящее время позволяют получать максимальные доходы инвесторам. Таким образом, капитал достиг вроде бы КПД 100%. Это, так сказать, прямые доходы капитала от производства продукции и услуг. Однако, как известно, жадность не имеет пределов. Капитал поставил себе на службу и с успехом пользуется достижениями науки в области психологии. Реклама, телевидение и другие СМИ – мощнейший инструмент воздействия на личность. С её помощью в головы людей вдалбливается мысль о мнимой необходимости внешнего отличия каждой личности, обладания только вещами новыми модными и суперпродвинутыми, игнорируя при этом здравый смысл, рачительность и соранность окружающей среды. Человек может достойно существовать при достаточно скромном обеспечении пищей и жильем. Это показывают примеры отшельников. Но такое положение дел не выгодно капиталу (бизнесу). Поэтому капитал внедряет в общество потребленческую идеологию. Везде в капиталистическом обществе проповедуется, что чем бóльшими материальными ценностями обладает человек, чем больше он выделяется на фоне других, тем он более ценен для общества, тем исключительнее должны быть его права. Причем принимается во внимание величина и современность выделения не личных качеств, а обладаемых материальных ценностей. Я не хочу умалять достоинства умных, энергичных и способных людей, но чего стоит генерал без армии? Любая личность оценивает себя, сравнивая себя с окружающими. Это нормально. Важно, по каким приоритетным параметрам происходит сравнение. Можно сравнивать: по обладанию материальными ценностями, по физическому превосходству, по способности поступаться общественным для достижения личного; или по личным качествам: ум, прикладные навыки, приоритетные цели и действия, направленные на блага общества. В обоих случаях результаты будут не только сильно отличаться, но скорей всего прямо противоположны друг другу. История развития земной цивилизации показывает, что любая теория при ее внедрении в жизнь имеет местные флуктуации, т.е. отклонения от нормы. Если человек поставит перед собой цель – прийти в теплые южные края, то с большой долей вероятности, используя доступные для него средства и ориентиры, он туда придет. Хотя в процессе движения ему часто придется преодолевать препятствия (озера, реки, горы) и, возможно не один раз, кратковременно сознательно поворачивать на север. Если человек поставит перед собой цель – прийти на север, то он вряд ли, хоть когда-нибудь, действуя аналогичным образом, попадет в теплые края. Таким образом, если поставить цель общественной политики - достигнуть свободы, равенства и братства, как это было в СССР, и предпринимать действия в этом направлении, то мы этого рано или поздно добьемся, т.е. будем свободны, равны в правах и жить в мире. Какая же цель политики стоит сегодня в капиталистическом обществе? Свобода? Когда работник, выброшенный с завода без средств к существованию, не может добыть себе даже пропитание, потому, что все земные пространства находятся в чье-либо собственности. Государство, и то требует налог за пользование землей. Равенство? Когда рядового человека, укравшего в магазине товар на тысячу рублей, садят в тюрьму, а человека, занимающего пост в государственных структурах, укравшего миллионы государственных рублей, взятых, между прочим, у народа, пожурив, отпускают на волю. Братство? Когда в СМИ во всех происшествиях фигурируют лица определенного региона или национальности, приверженцы одного из вероисповеданий или любого признака, кроме нарушителя закона и общественных норм. Тут уж не до братства, доброты и мирного отношения. Так к какому результату мы сейчас стремимся? Каким мы хотим представлять себе наше общество? Мы хотим, чтобы царь, султан, президент, наместник всевышнего или влиятельный воротила управлял всеми и пользовался изысканными плодами народного труда, чтобы был недоступен закону, безнаказан и не подлежал критике, чтобы нас для отвлечения от классовой борьбы натравливали друг на друга, как бойцовых собак? Нет! Но другой цели в обогащении одних на фоне скудного существования других не просматривается. Куда это нас приведет?. Я лично не вижу цели капитала, удовлетворяющей чаяниям трудового народа. Если Вы видите – напишите мне и всему трудовому народу. Все права защищены © 2008 Балезин Н.М.