《水上清潔運(yùn)動(dòng)車模擬設(shè)備》設(shè)計(jì)與制作研究思路淺談

李顥如

湖北省武漢市第三中學(xué)

《水上清潔運(yùn)動(dòng)車模擬設(shè)備》設(shè)計(jì)與制作研究思路淺談

李顥如

湖北省武漢市第三中學(xué)

武漢漢陽蓮花湖，因天然生長(zhǎng)蓮花而得名，是周圍居民健身，休閑的好去處?？墒墙荒陙恚徎ê是嗪谏??；诖?，設(shè)計(jì)制作一款水上清潔運(yùn)動(dòng)車，為湖泊河道清理垃圾，給水充氧，同時(shí)融健身、娛樂、水資源保護(hù)、科普宣傳為一體。水上清潔運(yùn)動(dòng)車?yán)靡后w浮力原理，使水上運(yùn)動(dòng)車可以浮在水面上，同時(shí)可以保持平衡；利用摩擦力原理，使水上漂浮垃圾被留在水上運(yùn)動(dòng)車前方網(wǎng)格內(nèi)，實(shí)現(xiàn)水上運(yùn)動(dòng)車收集水上漂浮垃圾的功能。主要有三個(gè)方面設(shè)備構(gòu)成：第一，水上運(yùn)動(dòng)車設(shè)備；第二，湖面垃圾打撈設(shè)備；第三，水生植物裝飾外觀設(shè)備。讓現(xiàn)代人的生活回歸自然、回歸清新。

水上清潔運(yùn)動(dòng)車；模擬設(shè)備；設(shè)計(jì)；制作

一、設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)或研制方法

1.水上清潔運(yùn)動(dòng)車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

漂浮在水上的垃圾通過浮動(dòng)垃圾桶，可以最大化的節(jié)省打撈所需要的人力。然而浮動(dòng)垃圾桶由于固定在岸邊，無法移動(dòng)，對(duì)于隨水流、風(fēng)向改變運(yùn)動(dòng)軌跡的漂浮垃圾，打撈的作用范圍有限，大大限制了漂浮垃圾桶打撈的打撈效率。

2.水上清潔車運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

（1）漂浮系統(tǒng)：漂浮系統(tǒng)主體為可充氣的扁平氣囊，為漂浮自行車提供良好的穩(wěn)定性，下方額外安置兩個(gè)柱狀氣囊，頭部為錐形結(jié)構(gòu)，如此設(shè)計(jì)可以為漂浮自行車提供額外的浮力，同時(shí)改良整體的流體運(yùn)動(dòng)性能，降低阻力系數(shù)，使水上自行車使用起來更加省力。

（2）水上清潔車方向控制系統(tǒng)：采用梯形舵面，截面為三角形，同樣可以提高舵面在水中的流體力學(xué)性能，使得舵面更加容易操縱。同時(shí)將舵體與自行車手扶龍頭相連接，通過手扶龍頭的轉(zhuǎn)向來實(shí)現(xiàn)舵的轉(zhuǎn)向。

（3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)自自行車鏈條的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，改進(jìn)點(diǎn)在于在外部制作一層防水外殼，防止水對(duì)鏈條、齒輪的腐蝕作用，提高水上自行車的使用壽命。同時(shí)使其稍微傾斜，下方位置沒入水中，為明輪提供動(dòng)力。

（4）傳動(dòng)軸系統(tǒng)：在使用的時(shí)候，在水上車傳動(dòng)裝置的從動(dòng)齒輪處安置左右對(duì)稱的傳動(dòng)軸，將從動(dòng)齒輪的動(dòng)力傳遞到明輪上，從而帶動(dòng)水上車運(yùn)動(dòng)。

二、設(shè)計(jì)與制作結(jié)果與討論

1.研究結(jié)果。水上清潔運(yùn)動(dòng)車主要有三個(gè)方面構(gòu)成：第一，休閑健身水上運(yùn)動(dòng)車；第二，自動(dòng)清理湖面垃圾；第三，外觀由水生植物裝飾，休閑健身同時(shí)參與科普教育，適合青少年和社區(qū)居民等群體。

2.討論問題。研究水面垃圾收集的吸附范圍和效果：觀察滾筒帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，收集垃圾效果；

3.前期方案研究垃圾收集范圍和效果實(shí)驗(yàn)探究。此方案固定在某一處打撈水面垃圾效果較好，若移動(dòng)靠健身動(dòng)力帶動(dòng)來吸附垃圾有一定難度。

打撈垃圾的設(shè)備還有待改進(jìn)，遇到大的垃圾吸附力還不夠

（1）水上運(yùn)動(dòng)車?yán)占捌谘芯糠桨傅难芯?/p>

水上垃圾清理車的構(gòu)成：第1.動(dòng)力部分-水上自行車，通過對(duì)舊自行車的改造，龍頭部分安裝舵頁來控制水上自行車的方向，鏈條齒輪提供動(dòng)力加裝葉輪在水面形成推力驅(qū)動(dòng)自行車的運(yùn)動(dòng)。第2.平臺(tái)結(jié)構(gòu)-利用輕型的鋁型材來搭建平臺(tái)以及支架部分。第3.浮力部分-利用充氣模來為水上自行車來提供浮力。第4垃圾收集裝置-在水上自行車的尾部加裝濾網(wǎng)裝置對(duì)水面垃圾進(jìn)行收集。

（2）水上運(yùn)動(dòng)車整體設(shè)計(jì)

在水上自行車前端安裝有支架，支架上鋪設(shè)有細(xì)密的網(wǎng)，使水上自行車前進(jìn)方向上的垃圾自動(dòng)落入網(wǎng)中。由于網(wǎng)格具有一定張力，而水上漂浮垃圾又具有浮力。故而水上漂浮垃圾在被收集到網(wǎng)格中后，浮于網(wǎng)格上方，與網(wǎng)格糾纏在一起，從而產(chǎn)生一定的摩擦力避免漂浮垃圾繼續(xù)落入水中。

研究結(jié)果：綜上所述，水上自行車?yán)昧烁軛U原理設(shè)計(jì)方向舵，實(shí)現(xiàn)了方向的轉(zhuǎn)換。利用了杠桿及扭矩的原理，通過踏板-主動(dòng)齒輪-從動(dòng)齒輪-傳動(dòng)軸-葉輪的傳遞方式，將力傳遞在葉輪上。然后又利用了力的相互作用原理，使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，推動(dòng)水上自行車向前移動(dòng)。利用了液體浮力的原理，使得水上自行車可以浮在水面上，同時(shí)可以保持平衡。又利用了摩擦力的原理，使得水上漂浮垃圾被留在水上自行車前方的網(wǎng)格內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了水上自行車收集水上漂浮垃圾的功能。

三、應(yīng)用實(shí)踐及展望

該項(xiàng)目制作與實(shí)施要經(jīng)歷三個(gè)階段，第一，簡(jiǎn)易模型制作，這一階段已經(jīng)完成；第二，水上自行車模擬設(shè)備設(shè)計(jì)與制作，這一階段正在實(shí)施，還有待做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)；第三，實(shí)體制作，待我們模型成功完成實(shí)驗(yàn)后，在蓮花湖按本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案及模型的原理和方法，在蓮花湖制作一款“水上清潔車”，為蓮花湖做湖面清理工作，更重要的是一種環(huán)保宣傳。

進(jìn)一步完善該項(xiàng)目的設(shè)想：第一，水上車在運(yùn)行時(shí)對(duì)水體生物影響的研究；第二，水上車運(yùn)行時(shí)垃圾桶自動(dòng)清理，裝滿垃圾時(shí)的更先進(jìn)處理辦法；第三，安全保障的研究。

[1]高效割草船河道垃圾清理船清漂船藍(lán)藻打撈船https：// www.1688.com/chanpin/-BAD3B5C0C0ACBBF8B4F2C0CCBBFA.ht?ml

[2]http：//d.wanfangdata.com.cn/Periodical/cyykjlt201517042

指導(dǎo)老師：張愛華，武漢市漢陽區(qū)二十三中學(xué)。