XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Парк аттракционов «Сириус»: секреты механических передач

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бем И.М. 1Фетисов М.Д. 1Соколовский Г.И. 1

---

1АНОО "Президентский Лицей "Сириус"

Попова Е.Е. 1

---

1АНОО "Президентский Лицей "Сириус"

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Проект "Парк аттракционов «Сириус»: секреты механических передач" является актуальным и востребованным, поскольку способствует развитию STEM-навыков, популяризации робототехники, формированию проектных навыков и развитию творческого мышления, используя увлекательный и практический подход к обучению.

Проект интегрирует науку, технологии, инженерию и математику через практическое конструирование и моделирование, что позволяет учащимся применять теоретические знания и глубже понимать принципы механики и робототехники. Проект способствует популяризации инженерного дела, делая его более привлекательным для молодежи.

Работа с проектом также развивает творческое и критическое мышление, формирует проектные навыки, и использует междисциплинарный подход, объединяя знания из физики, математики, информатики и технологий. Создание работающей модели парка аттракционов обеспечивает обучение через игру и активное участие, что повышает эффективность обучения и имеет социальную значимость, позволяя демонстрировать принципы работы механизмов в образовательных и развлекательных целях.

Цель проекта — исследовать, как работают разные механизмы, которые приводят в движение аттракционы в парке, придумать и сконструировать свои аттракционы и запустить от мотора с помощью механических передач.

Задачи:

- Изучить примеры аттракционов, использующих вращательное движение в вертикальной плоскости (например, колесо обозрения, карусель-вертушка);

- Изучить примеры аттракционов, использующих вращательное движение в горизонтальной плоскости (например, карусель, вращающиеся чашки), и проанализировать принципы работы механизмов, обеспечивающих такое движение;

- Изучить примеры аттракционов, использующих поступательное движение (например, американские горки, паровозик), и проанализировать принципы работы механизмов, обеспечивающих такое движение.

- Рассмотреть механические передачи для построения моделей аттракционов из конструктора образовательного набора LEGO «Первые механизмы» и набора «Аврора Robotics "Первые механизмы 2.0"»

- Создать модель парка аттракционов «Сириус», установить мотор, запустить и отладить работу механизмов.

- Провести демонстрацию работы модели

Глава 1 Изучение видов движения и механических передач в парке аттракционов

1. 1. Вращательное движение в вертикальной плоскости

В мире парков аттракционов, где эмоции взлетают до небес, а сердце замирает от восторга, вращательное движение в вертикальной плоскости занимает особое место. Аттракционы, использующие этот тип движения, бросают вызов силе тяжести, поднимая и опуская посетителей по круговой траектории, создавая захватывающие ощущения и незабываемые впечатления. Основные элементы, обеспечивающие вращательное движение в вертикальной плоскости, включают ось вращения, вокруг которой происходит движение, и колесо, которое является одним из самых древних и простых, но при этом эффективных механизмов.

Рассмотрим, как эти принципы воплощены в жизнь в парке аттракционов "Сочи Парк", где современные технологии сочетаются с классическими развлечениями. "Сочи Парк" предлагает посетителям широкий выбор аттракционов, использующих вращательное движение в вертикальной плоскости, от традиционного колеса обозрения, с которого открывается захватывающий вид на окрестности, до более экстремальных вариантов, таких как "", где посетители испытывают ощущения на максимум.

Рассмотрим несколько аттракционов Сочи Парка (Приложение, Рисунок 1.1.1), чтобы понять принципы работы вращательного движения в вертикальной плоскости и оценить его роль в создании захватывающего опыта для посетителей.

Колесо времени

Удобные современные кабины аттракциона оснащены системами отопления и кондиционирования, что обеспечивает гостям комфорт в любое время года. Вечером аттракцион сияет тысячами разноцветных огней, и его заметно далеко за пределами Олимпийского парка. С 60-метровой высоты Колеса Времени, а оно, кстати, одно из самых высоких в России, все развлечения Сочи Парка видны как на ладони, а также видны Черное море и горные вершины.

Вечный двигатель

Первый в России и третий в Европе аттракцион-маятник с полным вращением на 360 градусов. Экстремальный аттракцион, у которого нет аналогов в России. Вращение на 360 градусов, резкие подъемы на высоту 10-этажного дома, эффект свободного падения. Маятник является простым механизмом – рычаг.

Соловей разбойник

Первый в России высотный воздушно-гоночный аттракцион! Приключения на экстремальном «Соловье-разбойнике» начинаются на высоте 15 метров: гондолы уносят пассажиров в удивительное путешествие с экстремальными эффектами — «штопорами», «бочками», переворотами, петлями и ощущением невесомости. Каждый вращающийся элемент также является рычагом с противовесом.

Летучий корабль

Увлекательный полет к облакам на волшебном корабле ждет юных смельчаков! Вращается на 360 градусов вокруг своей оси. Сам корабль установлен ан 2 параллельных рычагах с противовесами. Такая система рычагов успешно совершает вращательное движение в вертикальной плоскости.

Проанализировав представленные аттракционы "Сочи Парка", можно сделать вывод о разнообразии способов реализации вращательного движения в вертикальной плоскости. "Колесо времени" предлагает плавное и обзорное вращение, а аттракционы "Вечный двигатель", "Соловей разбойник", "Летучий корабль" показывают использование простого механизма - рычаг. Таким образом, аттракционы "Сочи Парка" демонстрируют, как различные механические решения, основанные на вращательном движении в вертикальной плоскости, могут быть адаптированы для создания разнообразных развлечений, от спокойных обзоров до адреналиновых гонок. При этом, использование простых механизмов, таких как ось вращения, колесо и рычаг, является основой для создания сложных и захватывающих аттракционов.

1. 2. Вращательное движение в горизонтальной плоскости

Вращательное движение в горизонтальной плоскости также является неотъемлемой частью развлекательной атмосферы парков аттракционов, предлагая динамичный и увлекательный опыт для посетителей. Этот тип движения, часто встречающийся в каруселях и вращающихся платформах, создает ощущение легкости и свободы, позволяя посетителям наслаждаться скоростью и изменением перспективы.

Горизонтальные аттракционы основаны на действии центробежного ускорения и имеющие форму горизонтального плоского диска или форму параболоида, причем в первом случае центробежное ускорение используется для отбрасывания играющих от центра к периферии, а во втором случае центробежное ускорение используется для того, чтобы дать играющим возможность занимать наклонное (относительно горизонтали) положение, при котором окружающая обстановка принимает фантастический вид.

Посмотрим, как вращательное движение в горизонтальной плоскости используется в аттракционах "Сочи Парка" (Приложение, Рисунок 1.2.1), чтобы понять его роль в создании разнообразных и запоминающихся развлечений для гостей всех возрастов.

Аттракцион "Чайные чашки" сочетает вращение основной платформы, приводимой в движение электродвигателем, с возможностью ручного вращения каждой отдельной "чашки" самими пассажирами, создавая уникальный и динамичный опыт.

Аттракцион "Самоцветы" представляет собой платформу, вращающуюся вокруг центральной оси с помощью электромотора и редуктора, при этом каждая кабинка также может совершать вращательные движения вокруг своей оси, создавая более динамичный опыт.

Аттракцион "Водоворот" представляет собой большую платформу, вращающуюся с высокой скоростью вокруг своей оси, при этом пассажиры располагаются по периметру платформы и удерживаются на месте центробежной силой. Для большего азарта при прохождении каждого круга кабинка с пассажирами подпрыгивает вверх - так срабатывает кулачковый механизм.

Аттракцион "Карусель сказок" основана на вращении центрального вала, приводимого в действие электродвигателем, обеспечивая плавное круговое движение карусели с фигурками, часто украшенными сказочными персонажами.

Рассмотренные аттракционы демонстрируют разнообразие применения вращательного движения в горизонтальной плоскости: от плавных каруселей, основанных на вращении центрального вала, до динамичных "Чайных чашек" и экстремального "Водоворота", использующих центробежную силу и кулачковый механизм. Электродвигатели и различные механические решения обеспечивают широкий спектр развлечений, удовлетворяющих разные вкусы и предпочтения посетителей "Сочи Парка".

1. 3. Поступательное движение

В парках аттракционов, наряду с вращательным движением, важную роль играет поступательное движение, которое обеспечивает перемещение посетителей по прямой или криволинейной траектории. Этот тип движения используется в различных аттракционах, от спокойных поездок на паровозике до захватывающих спусков на американских горках. Аттракционы с поступательным движением— это механизированные аттракционы, в которых все точки тела движутся одинаково, а само тело не вращается и не поворачивается, то есть движется вперед/назад или вверх/вниз.

Рассмотрим, как принципы поступательного движения реализованы в аттракционах "Сочи Парка" (Приложение, Рисунок 1.3.1), где современные технологии позволяют создавать яркие и запоминающиеся впечатления для посетителей всех возрастов, предлагая разнообразие развлечений, от семейных поездок до экстремальных приключений.

Катальные горы (аттраĸционы типа «Америĸансĸие горĸи»): «Шаролет», «Змей Горыныч». Используют систему подъема на цепном или тросовом приводе, а затем полагаются на гравитацию и инерцию для движения по трассе.

Башни свободного падения: «Жар-птица», «Весёлый пират». Основаны на принципе контролируемого падения с большой высоты, с использованием тормозных механизмов для безопасного замедления в конце спуска.

Катальные горы водные на лодĸах или плотах (аттраĸционы типа «Америĸансĸие горĸи» с использованием воды на трассе): «Морская царевна», «Морской конек». Комбинируют принцип американских горок с элементами водного спуска, используя насосы для подъема лодок и гравитацию для создания скорости на спуске.

Поезда парĸовые на рельсах (аттраĸционы с горизонтальным расположением рельсового пути): «Экспресс Улиточка», «Богатырские горки». Движение обеспечивается электрическими двигателями, приводящими в движение колеса поезда, а рельсы направляют движение по заданному маршруту.

Монорельсовые и ĸанатные парĸовые дороги: «Буян». Используют систему тросов и опор, а также приводные двигатели для перемещения вагонов по воздуху, обеспечивая обзорные поездки над парком.

Перечисленные аттракционы "Сочи Парка" демонстрируют разнообразие применения поступательного движения, от плавных и спокойных поездок до захватывающих и экстремальных спусков. Используются в основном цепной или тросовый привод и трасса – запланированная траектория для движения. Это обеспечивает безовасность аттракциона.

1. 4. Примеры механизмов для построения моделей проекта из LEGO конструктора

На занятиях по робототехнике мы изучили простые и сложные механизмы, научились их применять в различных моделях.

Перед началом конструирования моделей для нашего парка аттракционов «Сириус» мы повторили основные механизмы (Приложение, Рисунок 1.4.1) и рассмотрели возможность их использования в нашем проекте:

• Рычаг и система рычагов (для увеличения силы, перемещения предмета, создания равновесия)

• Зубчатая передача: повышающая (увеличения скорости вращения), понижающая (уменьшения скорости вращения), равнозначная (для передачи движения без изменения скорости), угловая (для изменения плоскости вращения)

• Червячная передача (для увеличения силы, прочности, уменьшение скорости)

• Шатунный механизм (для превращения вращательного движения в поступательное)

Глава 2 Создание модели «Парк аттракционов «Сириус»

2.1 Конструкция робота

Нашей командой было принято решение о создании уникального проекта – собственного парка аттракционов, который мы с гордостью назвали "Сириус". Изучив различные виды движений, такие как вертикальное и горизонтальное вращение, а также поступательное движение, мы с энтузиазмом запланировали несколько захватывающих аттракционов: горизонтальную «Карусель-вертушку», величественное вертикальное «Колесо обозрения», завораживающий аттракцион "Лодочка" и динамичный аттракцион подъема «Вверх-вниз». Процесс создания роботов представлен на Рисунок 2.1.1 Приложения

Особенностью нашего парка стало то, что все модели аттракционов приводятся в действие одним мотором конструктора " Аврора Robotics "Первые механизмы 2.0"", работающим в двух различных направлениях. Для обеспечения надежности, безопасности и уменьшения скорости вращения от мотора в начале каждого направления мы использовали червячные передачи. Все механизмы представлены на Рисунке 2.1.2 Приложения.

От первой червячной передачи вращение передается шатунному механизму в аттракционе "Лодочка" (обеспечивая поступательное движение) и угловой зубчатой повышающей передаче на аттракцион "Колесо обозрения" (где мы видим вертикальное вращение). В то время как от второй червячной передачи движение направлено на понижающую зубчатую передачу для аттракциона "Вверх-вниз" и угловую понижающую зубчатую передачу для аттракциона "Вертушка". В аттракционе "Вертушка" реализовано горизонтальное вращение, а в аттракционе "Вверх-вниз" – вертикальное вращение, достигаемое с помощью системы параллельных рычагов.

Мы не только сконцентрировались на механике, но и позаботились об эстетике нашего парка "Сириус", украсив его тропинки, установив деревья, цветы и, конечно же, пригласив в парк человечков! Итоговый вид модели представлен на Рисунке 2.1.3 Приложения.

В результате нашей кропотливой работы нам удалось создать функционирующую модель парка аттракционов "Сириус", демонстрирующую разнообразные механические передачи и позволяющую посетителям (пускай и маленьким LEGO-человечкам) насладиться захватывающими развлечениями. Этот проект стал отличной возможностью применить полученные знания на практике, проявить изобретательность и создать что-то уникальное и интересное!

2.2 Демонстрация проекта

Представим, что LEGO-человечки прибыли в наш замечательный парк аттракционов "Сириус"! Мы создали уникальное пространство, где каждый кирпичик, каждая деталь продумана для их увлекательного отдыха и незабываемых впечатлений.

Их приключение начинается с живописного мостика, ведущего к уютной деревянной тропинке. Эта тропинка – как компас, указывающий на три захватывающих направления, каждое из которых таит в себе удивительные открытия.

Первое направление – это "Коридор Путешествий"! Здесь LEGO-человечков ждет головокружительное приключение на гигантском колесе обозрения, откуда открываются захватывающие виды. Затем они могут отправиться в романтическое плавание на лодочке и испытать взрыв адреналина на динамичном аттракционе "вверх-вниз"!

Устав от приключений, LEGO-человечки могут вернуться на тропинку и отдохнуть в уютной зоне отдыха. Здесь их ждет расслабляющая вертикальная качель, где можно спокойно покачаться и насладиться моментом.

Второе направление предлагает карусель "Вертушка" – увлекательное развлечение, которое закружит LEGO-человечков в вихре веселья!

Третье направление ведет к настоящему "Чудо-дереву"! Этот волшебный артефакт радует LEGO-человечков своими дарами: яркими цветами, сочной кукурузой и хрустящей морковью. Настоящий оазис наслаждения и удивления!

Парк аттракционов "Сириус" – это не просто набор развлечений. Это тщательно продуманный мир, созданный специально для LEGO-человечков, где они могут испытать яркие эмоции, получить новые впечатления и просто весело провести время. Мы уверены, что "Сириус" станет любимым местом отдыха для каждого LEGO-путешественника! Мы стремились создать место, где воображение становится реальностью, а каждый визит оставляет незабываемые воспоминания.

Мы представили наш проект родителям, друзьям и ученикам АНОО «Президентский Лицей «Сириус» (Рисунок 2.3.1 Приложения). Аттракционы нашего парка «Сириус» успешно показали свою работу: все механизмы работают слаженно!!

Заключение

В рамках этого проекта мы создали свою LEGO-версию парка аттракционов "Сириус", и это было невероятно увлекательное путешествие в мир механики и робототехники!

В начале мы изучили разные виды аттракционов и движения, которые они используют. Мы разбирались, как работают карусели-вертушки и колеса обозрения с вращательным движением в вертикальной плоскости, изучали, как крутятся карусели и вращающиеся чашки в горизонтальной плоскости. А ещё мы выяснили, как ездят американские горки и паровозики, используя поступательное движение. Было очень интересно узнать, какие механизмы заставляют их двигаться!

Затем мы рассмотрели механические передачи, которые можно использовать для создания моделей аттракционов из конструкторов LEGO «Первые механизмы» и «Аврора Robotics "Первые механизмы 2.0"». Мы узнали, как механизмы помогают передавать движение и делать аттракционы более интересными и сложными.

Самым захватывающим этапом стало создание модели парка аттракционов "Сириус". Мы сконструировали различные аттракционы из LEGO, установили мотор и запустили наши аттракционы. Мы отладили работу механизмов, чтобы все работало плавно и без сбоев.

В конце проекта мы провели демонстрацию нашей модели. Мы показали, как работают наши аттракционы, и объяснили, какие механические передачи мы использовали. Было здорово видеть, как все были впечатлены нашей работой!

Этот проект помог нам понять, как устроены аттракционы и как работают механические передачи. Мы научились конструировать, программировать и работать в команде. И самое главное, мы получили огромное удовольствие от процесса обучения и создания своего собственного парка аттракционов!

Наш парк аттракционов «Сириус» — это увлекательная модель, с которой можно играть с друзьями. Кроме того, модель демонстрирует эффективное применение простых механизмов и механических передач, что делает её ценным учебным пособием для занятий по робототехнике.

Список литературы и интернет-источников

Список литературы

1. Исогава, Й. Большая книга идей LEGO Technic. Техника и изобретения: Йошихито Исогава. / Й. Исогава // Эксмо. – 2021.

2. Филиппов, С.А. Уроки робототехники. Конструкция. Движение. Управление. / С.А. Филиппов // Лаборатория знаний. – 2017.

Интернет-источники

3. https://www.sochipark.ru/thingstodo/rides

Приложение