МОДЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО МАНИПУЛЯТОРА

МКУ Управление образования Златоустовского городского округа

 МБОУДОД «Дворец детского творчества»

ГБУПОУ «Златоустовский педагогический колледж»

Научное общество учащихся начальных классов Златоустовского городского округа

Конференция исследовательских работ учащихся начальных классов

Модель гидравлического манипулятора

Выполнил: Перевалов Григорий,

ученик 3 класса «б»

 МАОУ СОШ №10

Научный руководитель:

Фролова Екатерина

Владимировна

Златоуст 2017-2018 учебный год

Содержание

Введение

О, сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель…

А.С.Пушкин

     Я давно мечтаю быть механиком. И люблю конструировать различные модели из «Лего», посещая кружок «Робототехники». Однажды, наблюдая за работой гидравлического автопогрузчика, я заинтересовался его устройством. Меня поразило, с какой легкостью управляет водитель манипулятором.  Этот манипулятор напоминает человеческую руку. Именно «рукой» машина перемещает предметы в разных направлениях. И я понял, что создание таких промышленных машин очень важно, ведь это помогает освободить человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физически трудом, а так же от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации. И мне захотелось создать свою модель манипулятора.

     Целью данной работы является разработка и построение модели гидравлического манипулятора и объяснение его работы с учетом физических закономерностей, а так же управление им.

     Для достижения цели, необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить литературу и информацию на сайтах по созданию гидравлического манипулятора, изучить принцип действия модели.
2. Выяснить значение терминов «манипулятор», «гидравлика» «гидроманипулятор».
3.  Разработать схему и последовательность сборки манипулятора.
4. Собрать необходимые материалы для изготовления манипулятора.
5. Создать модель гидравлического манипулятора из подручных средств.
6. Объяснить принцип действия модели с учетом физических закономерностей.
7. Продемонстрировать классу собственное изделие.

Объект: модель гидравлического манипулятора.

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

Гипотеза: возможность создания модели гидравлического манипулятора с помощью системы сообщающихся сосудов, в которых находится вода. Движение воды происходит за счет разницы давления в различных частях гидравлической системы.

Метод исследования:

• теоретический метод: изучение актуальности выбранной темы, анализ литературы и сайтов, определение основных этапов работы, подбор материалов, определение необходимого комплекса средств для выполнения модели манипулятора, формулировка выводов.
• практический метод: сборка модели гидравлического манипулятора.
• экспериментальный метод: презентация работы и демонстрация объекта.

      В качестве основного источника информации были использованы ресурсы интернета.

1.Теоретическая часть

     Ключевыми понятиями в моей работе являются: «манипулятор» и «гидравлика».

Манипулятор(2) - механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Это значение закрепилось за словом в середине ХХ века, благодаря применению сложных механизмов для манипулирования опасными объектами в атомной промышленности.

     В Большом Энциклопедическом словаре говорится, что манипулятор - это механизм, выполняющий под управлением оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека. Применяются при работе в опасных или трудных условиях.

     Гидравлика(2) - 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. Несмотря на открытие Паскаля, практическое применение гидравлики положил Джозеф Брама, который изобрёл гидравлический пресс. Средство, которое использовалось в этом прессе, была вода.

     Понятие «гидроманипулятор» появилось относительно недавно. Гидроманипулятор(5) - 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.

2.Практическая часть

2.1 Название модели, описание ее устройства

      Я в своей работе представляю модель гидравлического манипулятора - «механической руки», которая захватывает и переставляет предметы (см. Приложение I). Модель манипулятора состоит из механизма манипулятора и пульта управления манипулятором, который одновременно является местом приложения усилий, передаваемых манипулятору для проведения его в действие.

2.2 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.

2.3 Материалы и инструменты, используемые для изготовления модели

     Для создания модели необходимы следующие материалы: картон перфорированный, шпицы одноразовые, поливиниловая трубка, суперклей, хомут-стяжка нейлоновая, палочки для мороженного, проволока стальная, батарейка низковольтная, палочки для канапе, кассеты для клеящего пистолета.

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

     Расчет примерной стоимости модели представлен в Таблице 1 (см. Приложение II).

2.4 Последовательность сборки модели

   В моей работе важным этапом является разработка чертежей деталей модели. Шаблоны деталей изображены в Приложении III.  Последовательность сборки модели представлена в приложенном  видеофайле.

2.5 Принцип действия модели

 С помощью шприцов и трубок была создана система сообщающихся сосудов.   Принцип действия модель 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.

При движении рукоятки вперед на ПУ поршень на ПУ перемещается вперед  и выдавливает жидкость, которая по трубке перетекает в поршень, установленный на «руке». Этот поршень под давлением жидкости двигается, толкает свой шток и манипулятор  поворачивается в нужном направлении.  При движении ручки ПУ назад в цилиндре поршня на ПУ возникает разряженное пространство, и жидкость всасывается в этот цилиндр из цилиндра на «руке».  При этом поршень на руке так же втягивается под воздействием давления атмосферы.  Втягивание поршня приводит к перемещению штока и движению нужной части манипулятора.

Заключение

       Разработка и создание модели гидравлического манипулятора были выполнены посредством соблюдения следующих условий:

1. Создания системы сообщающихся сосудов с помощью шприцев и трубок.
2. Исследование условий движения жидкости по сообщающимся сосудам.

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

      Таким образом, взяв за основу рассмотренный пример гидравлического манипулятора, можно самостоятельно разработать более сложную конструкцию, позволяющую выполнять работу 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.

Список используемых источников

1.Электронный ресурс http://www.obuchonok.ru

2. Электронный ресурс https://ru.wikipedia.org/wiki/

3. Электронный ресурс http://www.hydropart.ru/upload/files/Osnovy_gidravliki_chast_1.pdf.

4. Электронный ресурс https://www.youtube.com/

5. Электронный ресурс https://www.tiu.ru

Приложение I

Фото1. Модель гидравлического манипулятора

Приложение II

Таблица1. Расчет примерной стоимости модели гидравлического манипулятора