Разработка модели ветряной мельницы для переработки зерновых культур с помощью конструктора Lego Education

XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Разработка модели ветряной мельницы для переработки зерновых культур с помощью конструктора Lego Education

Горнухов А.Д. 1Седов М.Е. 1Гасанов Б.Р. 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Долгов Е.А. 1Волокитина Е.А. 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Ветряные мельницы являются одним из старейших механизмов, использовавшихся для переработки зерна в муку. Они позволяют эффективно использовать силу ветра для механической работы, что делает их экологически чистым и возобновляемым источником энергии.

Зерновые культуры, такие как пшеница, рожь, кукуруза и овёс, играют важную роль в питании человека. Их переработка в муку и другие продукты требует значительных энергетических затрат. Ветряные мельницы стали революционным решением, позволившим механизировать этот процесс без использования топлива. Они не только снизили нагрузку на человека, но и способствовали развитию сельского хозяйства. Использование ветровой энергии делает мельницы безопасными для окружающей среды, поскольку они не выделяют вредных веществ и работают за счёт природных ресурсов.

В данной работе рассматривается процесс разработки модели ветряной мельницы, способной перерабатывать зерновые культуры, демонстрируя механические принципы её работы.

Цель работы: Разработать и построить модель ветряной мельницы, демонстрирующую принципы переработки зерна с использованием механических передач.

Задачи:

  1. Изучить принципы работы ветряных мельниц.

  2. Спроектировать модель с учетом механических особенностей.

  3. Собрать и протестировать модель.

  4. Оценить эффективность работы модели и предложить пути улучшения.

Глава 1. Теоретическая часть

Исторически ветряные мельницы использовались для размола зерна, откачки воды и даже производства энергии. Они представляют собой механизмы, которые используют кинетическую энергию ветра для выполнения различных задач. Принцип их работы основан на передаче энергии ветра через лопасти на механизм, который приводит в движение жернова или другие рабочие элементы.

Существует несколько типов ветряных мельниц:

  1. Шатровые мельницы – имеют подвижную крышу, которую можно поворачивать по направлению ветра.

  2. Башенные мельницы – фиксированные конструкции, у которых вращаются только лопасти.

  3. Современные ветрогенераторы – применяются для производства электроэнергии, но могут быть адаптированы для механической переработки.

Основные элементы мельницы включают:

  • Лопасти (крылья), улавливающие ветер и преобразующие его энергию в механическую.

  • Вал, передающий движение на механизмы.

  • Шестеренчатая передача, увеличивающая мощность и скорость вращения.

  • Жернова или аналогичная система, выполняющая размол зерна.

Эффективность мельницы зависит от таких факторов, как скорость ветра, угол наклона лопастей, размеры конструкции и качество механизма передачи энергии.

Виды зерновых культур и мельницы для их переработки

Зерновые культуры включают:

  • Пшеница – одна из самых распространенных культур, используется для выпечки хлеба и производства муки. Перерабатывается преимущественно на традиционных жерновых мельницах.

  • Рожь – используется для выпечки ржаного хлеба, перерабатывается на мельницах с каменными жерновами.

  • Кукуруза – требует более мощных мельниц, таких как вальцовые мельницы, для переработки в муку или крупу.

  • Овёс – используется для производства хлопьев, перерабатывается на специальных мельницах с системой очистки оболочки.

  • Ячмень – применяется в пивоваренной промышленности, перерабатывается на дробильных мельницах.

Различные мельницы адаптируются под конкретные виды зерновых культур. Например, традиционные ветряные мельницы лучше подходят для мягких культур, таких как пшеница и рожь, тогда как более современные конструкции могут справляться с переработкой твердых зерновых, например, кукурузы.

Глава 2. Практическая часть

Для создания модели был выбран конструктор LEGO "Первые механизмы", так как он позволяет легко демонстрировать работу зубчатых передач и роторных механизмов.

Основные этапы проектирования и сборки:

  1. Разработка конструкции мельницы:

    • Определение оптимальной высоты и формы каркаса.

    • Подбор формы и размера лопастей для лучшего захвата ветра.

    • Выбор типа передачи движения от лопастей к жерновам.

  2. Создание механизма передачи движения:

    • Разработка вала с креплением к лопастям.

    • Установка шестеренчатой передачи для увеличения мощности.

    • Размещение жерновов или аналога для демонстрации переработки зерна.

  3. Сборка модели:

    • Соединение всех деталей конструкции.

    • Закрепление модели на устойчивом основании.

  4. Тестирование работы мельницы:

    • Проведение экспериментов при разных условиях ветра.

    • Оценка эффективности работы жерновов.

    • Определение возможных улучшений.

Глава 3. Эксперимент и результаты

Модель была протестирована при различных условиях воздушного потока. Установлено, что:

  • Оптимальный угол наклона лопастей составляет 30-45 градусов, что позволяет максимально эффективно улавливать ветер.

  • Использование шестеренчатой передачи увеличивает скорость вращения жерновов, что положительно сказывается на эффективности размола зерна.

  • Модель работает наиболее стабильно при устойчивом креплении основания и прочной конструкции вала.

Заключение

Разработанная модель успешно демонстрирует принципы работы ветряной мельницы. В будущем возможно усовершенствование конструкции за счет использования более легких и аэродинамических лопастей, а также автоматического регулирования угла наклона.

Таким образом, работа показала возможность использования простых механических конструкций для переработки зерновых культур с применением энергии ветра, что делает её экологически безопасным и энергоэффективным решением.

Список использованных источников и литературы:

  1. Ботаника для садоводов. Д. Ходж, 2019

  2. Умный огород в деталях. Н. И. Курдюмов, 2011

  3. Десять этапов проектирования малого сада. А. Сапелин, 2013

  4. Белая книга садовода для детей. П. Каролина, 2024

  5. Большая книга идей Lego. Машины и механизмы. Й. Исогава, 2021

Электронные источники:

  1. https://education.lego.com/en-us/;

  2. https://good-tips.pro/index.php/house-and-garden/orchard-and-garden/vegetables/plant-growth

Просмотров работы: 5