《水上清洁运动车模拟设备》设计与制作研究思路浅谈

李颢如

湖北省武汉市第三中学

《水上清洁运动车模拟设备》设计与制作研究思路浅谈

李颢如

湖北省武汉市第三中学

武汉汉阳莲花湖，因天然生长莲花而得名，是周围居民健身，休闲的好去处。可是近一年来，莲花湖湖水呈青黑色。基于此，设计制作一款水上清洁运动车，为湖泊河道清理垃圾，给水充氧，同时融健身、娱乐、水资源保护、科普宣传为一体。水上清洁运动车利用液体浮力原理，使水上运动车可以浮在水面上，同时可以保持平衡；利用摩擦力原理，使水上漂浮垃圾被留在水上运动车前方网格内，实现水上运动车收集水上漂浮垃圾的功能。主要有三个方面设备构成：第一，水上运动车设备；第二，湖面垃圾打捞设备；第三，水生植物装饰外观设备。让现代人的生活回归自然、回归清新。

水上清洁运动车；模拟设备；设计；制作

一、设计与制作实验或研制方法

1.水上清洁运动车结构设计

漂浮在水上的垃圾通过浮动垃圾桶，可以最大化的节省打捞所需要的人力。然而浮动垃圾桶由于固定在岸边，无法移动，对于随水流、风向改变运动轨迹的漂浮垃圾，打捞的作用范围有限，大大限制了漂浮垃圾桶打捞的打捞效率。

2.水上清洁车运动系统的研究与设计

（1）漂浮系统：漂浮系统主体为可充气的扁平气囊，为漂浮自行车提供良好的稳定性，下方额外安置两个柱状气囊，头部为锥形结构，如此设计可以为漂浮自行车提供额外的浮力，同时改良整体的流体运动性能，降低阻力系数，使水上自行车使用起来更加省力。

（2）水上清洁车方向控制系统：采用梯形舵面，截面为三角形，同样可以提高舵面在水中的流体力学性能，使得舵面更加容易操纵。同时将舵体与自行车手扶龙头相连接，通过手扶龙头的转向来实现舵的转向。

（3）驱动系统

链条传动系统改进自自行车链条的传动机构，改进点在于在外部制作一层防水外壳，防止水对链条、齿轮的腐蚀作用，提高水上自行车的使用寿命。同时使其稍微倾斜，下方位置没入水中，为明轮提供动力。

（4）传动轴系统：在使用的时候，在水上车传动装置的从动齿轮处安置左右对称的传动轴，将从动齿轮的动力传递到明轮上，从而带动水上车运动。

二、设计与制作结果与讨论

1.研究结果。水上清洁运动车主要有三个方面构成：第一，休闲健身水上运动车；第二，自动清理湖面垃圾；第三，外观由水生植物装饰，休闲健身同时参与科普教育，适合青少年和社区居民等群体。

2.讨论问题。研究水面垃圾收集的吸附范围和效果：观察滚筒带动齿轮转动，齿轮带动传送带转动，收集垃圾效果；

3.前期方案研究垃圾收集范围和效果实验探究。此方案固定在某一处打捞水面垃圾效果较好，若移动靠健身动力带动来吸附垃圾有一定难度。

打捞垃圾的设备还有待改进，遇到大的垃圾吸附力还不够

（1）水上运动车垃圾收集前期研究方案的研究

水上垃圾清理车的构成：第1.动力部分-水上自行车，通过对旧自行车的改造，龙头部分安装舵页来控制水上自行车的方向，链条齿轮提供动力加装叶轮在水面形成推力驱动自行车的运动。第2.平台结构-利用轻型的铝型材来搭建平台以及支架部分。第3.浮力部分-利用充气模来为水上自行车来提供浮力。第4垃圾收集装置-在水上自行车的尾部加装滤网装置对水面垃圾进行收集。

（2）水上运动车整体设计

在水上自行车前端安装有支架，支架上铺设有细密的网，使水上自行车前进方向上的垃圾自动落入网中。由于网格具有一定张力，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网格中后，浮于网格上方，与网格纠缠在一起，从而产生一定的摩擦力避免漂浮垃圾继续落入水中。

研究结果：综上所述，水上自行车利用了杠杆原理设计方向舵，实现了方向的转换。利用了杠杆及扭矩的原理，通过踏板-主动齿轮-从动齿轮-传动轴-叶轮的传递方式，将力传递在叶轮上。然后又利用了力的相互作用原理，使叶轮转动的同时，推动水上自行车向前移动。利用了液体浮力的原理，使得水上自行车可以浮在水面上，同时可以保持平衡。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车前方的网格内，从而实现了水上自行车收集水上漂浮垃圾的功能。

三、应用实践及展望

该项目制作与实施要经历三个阶段，第一，简易模型制作，这一阶段已经完成；第二，水上自行车模拟设备设计与制作，这一阶段正在实施，还有待做进一步实验；第三，实体制作，待我们模型成功完成实验后，在莲花湖按本项目的设计方案及模型的原理和方法，在莲花湖制作一款“水上清洁车”，为莲花湖做湖面清理工作，更重要的是一种环保宣传。

进一步完善该项目的设想：第一，水上车在运行时对水体生物影响的研究；第二，水上车运行时垃圾桶自动清理，装满垃圾时的更先进处理办法；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蓝藻打捞船https：// www.1688.com/chanpin/-BAD3B5C0C0ACBBF8B4F2C0CCBBFA.ht⁃ml

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

指导老师：张爱华，武汉市汉阳区二十三中学。