Гидравлические игрушки своими руками

Обновлено: 28.04.2024

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.

Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.

Столичный центр образовательных технологий г. Москва

Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца

от 3 170 руб. 1900 руб.

Количество часов 300 ч. / 600 ч.

Успеть записаться со скидкой

Форма обучения дистанционная

Министерство образования и науки Республики Бурятия

Муниципальное образование «Прибайкальский район»

Муниципальное образовательное учреждение

«Коменская средняя общеобразовательная школа»

«Изготовление гидравлического манипулятора в домашних условиях»

Выполнил: Вайкус Степан Олегович,

ученик 9 класса

Руководитель: Чинакаева Евгения Геннадьевна,

учитель математики и физики высшей категории

МОУ «Коменская СОШ»

II. Основная часть

3. Принцип действия модели…………….………………………………. …….6

4. Усовершенствование технических параметров в работе гидравлического манипулятора……………..…………………………………………………….6

I . Введение

После окончания школы я мечтаю стать механиком. Меня привлекает процесс создания, ремонт различных механизмов. Наблюдая за работой экскаватора, трактора – погрузчика, меня заинтересовал гидравлический механизм, и я решил попробовать создать модель гидравлического манипулятора домашних условиях.

Конечно, наука и развитие современных технологий не стоят на месте и уже разработаны и применяются на практике гидравлические механизмы на основе робототехники. Но для нашей сельской местности такие механизмы «неподъемны» с точки зрения стоимости этих механизмов. Очень уж они дорого будут обходиться для простого рабочего, поэтому я думаю, что еще долгое время гидравлические манипуляторы будут оставаться востребованными и актуальными.

Цель работы - создать модель гидравлической манипулятора в домашних условиях с учетом физических закономерностей.

Задачи работы:

• Изучить литературу и информацию на сайтах по созданию модели гидравлической руки, изучить принцип действия модели.

• Выяснить значение терминов «гидравлика», «гидроманипулятор».

• Разработать схему и последовательность сборки модели.

• Собрать необходимые материалы для изготовления модели гидравлического манипулятора.

• Создать модель гидравлического манипулятора из подручных средств.

• Объяснить принцип действия модели с учетом физических закономерностей.

Объект исследования: модель гидравлического манипулятора.

Предмет исследования: физические основы процесса разработки и создание модели гидравлического манипулятора.

Гипотеза: возможность создания модели гидравлического манипулятора с помощью системы сообщающихся сосудов, в которых находится вода.

Методологическую основу данного исследования составляют: работы Блеза Паскаля, Бернулли, Архимеда, Эйлера, Ньютона.

Методы : эксперимент, моделирование, демонстрация гидравлического манипулятора, анализ полученных данных.

II . Основная часть

1. Немного из теории гидравлики

Я решил узнать значение терминов «гидравлика» и «гидроманипулятор»

• Гидравлика - прикладная наука о законах движения, равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики.

Это слово произошло от греческого “hydros” - «вода».

Гидравлика является молодой наукой, ей всего несколько сот лет. Начало положил Паскаль, открыв принцип гидравлики. Этот принцип дошел до наших времен как Закон Паскаля.

• Понятие «гидроманипулятор» появилось относительно недавно. Гидроманипулятор- это устройство «механическая рука» с гидроусилителем. Он используется во всех отраслях промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунальной и строительной сферы. Простота конструкции и удобство применения - ключевые достоинства гидроманипулятора.[1]

2. Изготовление модели.

Посмотрев в Интернете[4] , принципы построения модели гидравлического манипулятора, я приступил к созданию моей конструкции.

Работа модели, процессы, имитируемые моделью

• Работа модели происходит при перемещении ручек на пульте управления «вперед» и «назад». Передача энергии манипулятору от пульта происходит через систему поршней, соединенных трубками.

• Веществом, передающим энергию, является вода. При перемещении рукояток «рука» манипулятора поворачивается, поднимается или опускается, сгибается или разгибается, «сжимается» или «разжимается».

• На примере моей модели можно наблюдать, как работают экскаваторы и бульдозеры, роботы на конвейерах по сборке автомобилей, манипуляторы на грузовиках для их самостоятельной погрузки и разгрузки.

Приборы и материалы:

Для создания модели необходимы следующие материалы: железное круглое основание, шприцы одноразовые, суперклей, хомут-стяжка нейлоновая, линейки деревянные, проволока стальная, колесики, капельницы, ковш от игрушечного экскаватора, металлические рейки.

Для сборки модели требуются следующие материалы: канцелярский нож, ножницы, линейка, карандаш, клеящий пистолет, дрель, бокорезы.

Последовательность сборки модели

• Взяли основание конструкции, отметили на ней точку, к которой крепится конструкция;

• На ось вращения прикрепили колеса с шайбой, а также основание «руки»;

• К данному основанию крепится стрела экскаватора;

• К стреле на специальной конструкции из металлических реек присоединяется ковш;

• Для движения руки сделана гидравлическая система, созданная из шприцов:

• Шприц с красной водой – пульт управления рукой;

• Шприц с зеленой водой – пульт управления стрелой;

• Шприц с синей водой – пульт управления ковшом.

3. Принцип действия модели

С помощью шприцов и трубок была создана система сообщающихся сосудов. Принцип действия модели основан на физических свойствах жидкостей. Самым важным из них является то, что давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости, передается по всем направлениям без изменения. Этот закон был сформулирован французским ученым Блезом Паскалем и носит его имя. Еще известно, что жидкости очень мало сжимаются, а при разнице давления в двух точках гидравлической системы жидкость перетекает туда, где давление ниже. Такое движение жидкости называется потоком. Механическое усилие от человека через ручки пульта управления передается на соответствующие гидроприводы подвижных частей манипулятора. Передача энергии происходит через поршни, соединенные трубками. Поршни с помощью штоков механически связаны с перемещающимися частями модели – ручками ПУ и «рукой» манипулятора. Гидросистема заполнена водой и герметична.[2]

4. Усовершенствование технических параметров в работе гидравлического манипулятора

Одной из проблем при изготовления моей конструкции гидравлического манипулятора оказалось необходимость подобрать оптимальные объемы шприцев, для того, чтобы конструкция работала, как можно эффективнее. Я исследовал разные по объему шприцы и пришел к выводу, что самым оптимальным объемом является 10 мл и 5 мл шприцы , именно они позволяют усовершенствовать следующие параметры конструкции: увеличение радиуса подъема стрелы, увеличение радиуса размаха стрелы «вперед», увеличение радиуса размаха клешни, усиление прочности конструкции для большей грузоподъемности. (см. Приложение1)

III . Выводы

В современной технике гидроманипуляторы делают за нас сложную, а порой опасную для жизни человека работу. Без них мы как без рук. [3]

В ходе работы была подтверждена гипотеза о возможности создания модели гидравлического манипулятора с помощью системы сообщающихся сосудов, в которых находится вода.

Путем проведения ряда экспериментов я выяснил, что в системе сообщающихся сосудов, которая позволяет сконструировать пульт управления гидравлическим манипулятором, самыми оптимальными являются шприцы объемом 10 мл и шприцы по 5 мл.

Таким образом, взяв за основу рассмотренный пример гидравлического манипулятора, можно самостоятельно разработать более сложную конструкцию, которую возможно выполнить в домашних условиях.

Тема данной работы имеет дальнейшие перспективы изучения, направленные на усовершенствование жизни человека.

Проведенное исследование имеет большую значимость для меня, так как создание гидравлических манипуляторов является современным и перспективным направлением в области создания техники.

IV . Заключение

Работа помогла мне понять некоторые принципы гидравлики, благодаря которым работают механизмы. Думаю, что полученные мною знания помогут мне в более глубоком изучении физики. Также моя работа может представлять интерес для учащихся школ при изучении физики в качестве демонстрационной модели.

А еще в моих планах, создать для нашего трактора гидравлический манипулятор, и это уже будет не игрушка, а настоящий механизм. Думаю, что у меня получится!

Между линейками подкладываем отрезок рейки, чтобы придать стреле форму.

Разрезаем линейку вдоль и проделываем два отверстия по краям.

Между получившимися кусками также приклеиваем отрезок рейки.

Из рейки также изготавливаем башню экскаватора.

Две заготовки башни соединяем к стреле.

Доска толщиной 2 см будет служить станиной, поэтому вырезаем круглую заготовку, на которой будет крепиться стрела.

На круглой заготовке проделываем пазы по размеру заготовок башни. Башню также можно соединить при помощи железных уголков. Если сделали пропилы, то можно дополнительно приклеить башню горячим клеем.

Между двумя элементами башни приклеиваем кусок рейки, чтобы не зажать стрелу при затягивании.

Приклеиваем обрезки линейки для придания необходимой толщины.

Основание можно сделать из куска доски толщиной 3 см. На основании просверливаем отверстие и вставляем болт.

Собираем ковш клеевым пистолетом.

В рейке стрелы проделываем паз, в котором можно будет закрепить маленький шприц. Фиксируем шприц пластиковым хомутом.

Аналогичным образом соединяем остальные движущиеся места. По словам автора, места затягивания хомутами необходимо обмотать толстым слоем изоленты, чтобы не согнуть шприц. Также не следует затягивать хомуты слишком туго.

Крепим шприцы на другой стороне доски. Отметим, что автор идеи советует использовать шприцы с резиновым поршнем, поскольку у таких шприцов гораздо мягче ход.

Сегодня, в век информационных технологий, чуть ли не каждый третий ищет в Интернете лайфхаки, творческие идеи, чтобы наполнить свою жизнь креативностью и удивить близких. Кто-то создаёт необычный дизайн одежды, кто-то делает крутые игрушки, на которых зарабатывает миллионы. Мы же сделали своё изобретение для детей, чтобы их порадовать.

Идея создания такого игрового объекта возникла у мужа. Он захотел для детей сделать необычную игрушку, которая не только привлечёт их внимание, но и поможет познать законы физики. Я его поддержала. У мужа золотые руки: если он за что-то берётся, то делает это хорошо и качественно. Поэтому я не сомневалась, что такая игрушка придётся по душе нашим сыновьям. Покупные игрушки в последнее время их мало интересовали: поиграют с ними недолго, разбросают по квартире и бегают, как угорелые. Дети у меня непоседы, их уже ничем не удивить. А вот игрушка, которая сделана папиными руками – бесценный подарок.

Муж делал подъёмный кран пару дней. Пришлось задействовать все ресурсы, которые были дома, что-то докупали. А когда пришли в аптеку и сказали, что нам нужна капельница, фармацевт спросила: «С какой целью? Какая капельница вам нужна?». Мы сказали, что нам нужна самая дешёвая, для изготовления игрушки. Фармацевт впервые слышала, чтобы капельницу покупали с такой целью. Подала нам её, улыбнулась, и мы пошли домой.

Вечером муж приступил к созданию крана. Решил привлечь к делу и детей, ведь так будет намного быстрее. Они, конечно, были только «за». Им всегда нравилось что-то вырезать и клеить.

Для изготовления крана нам понадобились:

Плотный картон. Чем прочнее, тем лучше. От этого зависит качество самой конструкции. Если картон будет плохого качества, то изобретение развалится за пару дней. У нас дома накопилось много картонных коробок, которые как раз пригодились.
Клеевой пистолет. Продаётся в любом строительном магазине, стоит недорого. Только он сможет надёжно склеить все детали конструкции. Если клеить обычным клеем для картона, то кран развалится и не сможет радовать ребёнка продолжительное время. Силы будут затрачены впустую.
Медицинские шприцы. Они понадобятся для движения подъёмного крана. Шприцы можно купить средней величины, но не самые большие.
Канцелярский нож. Им проще и быстрее резать картон. Он ровнее обрезает детали. Если картон разрезать ножницами, то процесс создания затянется надолго.
Зубочистки. Приобрести их можно в любом хозяйственном магазине. Стоят дёшево. Они нужны для того, чтобы все детали крана хорошо двигались и функционировали.
Канцелярские скрепки.
Хомуты пластиковые для закрепления конструкции.

Пошаговая инструкция

Шаг 1 . Для начала нужно нарезать картон определённого размера (полоски и квадратики). Полоски должны быть длиной не меньше 15 см, а шириной до 3 см. Они пригодятся для рычага крана, будут служить его опорой. Крепить их нужно по бокам конструкции. Квадратики нарезать по размеру 1,5 см на 1,5 см.

Сентябрь 4th, 2012 vsa

Необычная и познавательная игрушка, которую вы сможете сделать с ребенком, конечно, доставит ему немало положительных эмоций и вызовет живой интерес к эффекту создания давления рабочей жидкости в поршневой полости. Так что будьте готовы отвечать на вопросы…

В основе подобных игрушек применяется гидравлическая система из нескольких поршней на основе медицинских шприцев. В данном случае применены 10 миллилитровые, соединенные гибкими виниловыми трубками с внутренним диаметром 4 миллиметра.

Прикрепите универсальным клеем деревянный ( или с любого другого материала) кубик с отверстием к плоской поверхности поршня одного из шприцев – это будет исполнительный механизм. К другому шприцу ( управляющему ) присоедините виниловую трубку, наберите в систему воду, а затем соедините трубку с исполнительным у которого поршень находится в крайнем нижнем положении.

Только что вы создали для игрушки объёмный возвратно-поступательный гидравлический двигатель .

Сам кран – игрушку, вы сможете сделать из имеющихся у вас под рукой материалов. В отверстия кубиков вставляется кусочек провода и делается петля или используется самозатягивающийся нейлоновый хомут. Исполнительный гидравлический механизм крепиться к основанию крана с помощью скотча.

Или сделайте вот такой механизм

А вот, что можно сделать еще — эффект использования потенциальной энергии упруго деформированного тела:лягушка из бумаги которая прыгает.

Это вести с курса Т.И.Невидимовой "Научная игрушка"- одно из выполненных мною заданий. Мы с детьми любим механизмы с гидравлическими приводами, много лет их уже конструируем. А начинаем изготавливать их уже с начальной школы. Первый механизм у нас всегда – подъемный кран. Итак, инструкция по изготовлению подъемного крана.

Название: Подъемный кран с гидравлическим приводом

Для какого возраста: 8+
Анонс, краткое описание

Сегодня мы изготовим гидравлический привод из двух шприцов, соединенных трубочкой. Стойки крана и стрелу сделаем из толстых трубочек для коктейля. И приведем стрелу крана в движение с помощью нашего гидравлического привода.
Гидравлический привод широко используется на практике в механизмах: экскаваторах, прессах, подъемниках, домкратах, тормозах. Преимущество гидравлических механизмов заключается в удобстве передачи энергии от двигателя к рабочим механизмам машины. Не нужны какие-либо промежуточные механизмы (шестеренки, рычаги и коленвалы) между двигателем и ковшом, например. Достаточно провести шланг, заполненный жидкостью. Только в настоящих механизмах вместо воды используется специальное гидравлическое масло, но принцип действия модели и настоящего механизма одинаков.

Трубочка для коктейля 3 шт
Шприц медицинский 5 мл 2 шт
Пенопласт 18*10*2см
Мягкая проволока 8 см
Шило
Канцелярский нож
Полоска картона 1*5см
Зубочистка
Узкий скотч
Трубочка пластиковая от медицинской системы 20см
Термопистолет с клеем

Ход работы:
1. На пенопластовой платформе в двух местах на расстоянии 2-3 см друг от друга сделай шилом отверстия для трубочек от коктейля. Чуть расширь отверстия ножницами.

2. Вставь в отверстия две трубочки для коктейля. Приклей их термоклеем. Проколи шилом на концах трубочек сквозные отверстия.

3. В третьей трубочке, она будет стрелой крана, проколи два отверстия. Одно на краю, а другое, отступив 40мм от края.

4. С помощью зубочистки закрепи стрелу крана между двух стоек.

5. Теперь изготовим гидравлический привод. Соедини между собой трубочкой два шприца, предварительно заполнив трубочку и один шприц водой. У второго шприца выпусти весь воздух. Получаем гидравлический привод. Нажимая на один поршень, замечаем, что выдвигается поршень у другого шприца.

6. Подключи теперь гидравлическую систему к крану. Для этого шприц на кране должен остаться пустым и поршень задвинут максимально в шприц. А стрела крана максимально поднята вверх. Между стоек крана размести пустой шприц. Тонкой проволочкой прикрути поршень пустого шприца к концу стрелы (там для этого уже есть отверстие). А сам шприц скотчем прикрути к стойкам крана.

Двигая поршень второго шприца, ты можешь поднимать и опускать стрелу.

Научное объяснение для детей, а также побуждение их к модификациям, экспериментам, оригинальному дизайну, вопросам, ассоциациям, вариантам игры, установлению связей с предыдущими и последующими игрушками… Только что вы создали для игрушки возвратно-поступательный гидравлический двигатель.

В основе принципа действия игрушки с гидроприводом лежит закон Паскаля, который говорит, что давление в жидкости или в газе передается во все стороны одинаково. Что ты и увидишь, когда ты изготовишь простейший гидравлический привод из двух шприцов и трубочки. Таким образом, мы можем передавать давление, оказываемое на один поршень шприца, другому поршню через воду по изогнутой трубке. При этом трубка может быть скручена каким угодно образом, давление по обе стороны трубки будет одинаковым. Главное, чтобы трубка не была переломлена.

Комментарии для педагогов: в какой ситуации применение активности будет полезно, фишки, узкие места, варианты, возможности расширения - например, вариант применения для старших классов, углубленные научные объяснения.

Для механизма берем толстые трубочки без гофры. Я их покупаю в ИКЕА.

Хороший подвод к теме Рычаги (1,2,3 рода) - для более старших детей

Разобрать, почему используем рычаг 1 рода (вынос гидроцилиндра из рабочей зоны стрелы)

Читайте также: