Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Кочкуровская средняя общеобразовательная школа» Дубенского муниципального района Республики Мордовия

Устройство для очистки кукурузных початков.

Номинация:

 Машиностроение и приборостроение

                                                                             МБОУ «Кочкуровская СОШ»                                          

                                       Автор работы

                                                                   Поняев Александр Вадимович

                            11 класс

                                        Руководитель

                                           учитель физики

                                                                       Костычева Екатерина Ивановна

с.Кочкурово

2019 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………2

1. Описание модели…................................................………………….3
2. Технологический процесс работы устройства………………………..4
3. Схема устройства……………………………………………………….5
4. Правила техники безопасности………………………………………..6
5. Формула изобретения…………………………………………………..7
6. Электрический диполь………………………………………………… 8

Заключение……………………………………………………………….…..13

Список использованной литературы…………………………………...…...14

Интернет-ресурсы…………………………………………………………....15

Введение.

Актуальность темы исследований. 

Вручную «выкорчевывать» зерна из кукурузного початка — процесс длительный и очень нудный, особенно если необходимо почистить много кукурузы.  При этом цены на оборудование достаточно высокие. Поэтому в домашних условиях намного проще использовать для этого нехитрое приспособление, которое легко сделать своими руками.

              Исходя из этого, мной выбрана следующая тема исследования: разработать модель устройства для очистки кукурузных початков.

Целью моей работы является изготовление устройства для очистки кукурузных початков в домашних условиях для облегчения работы в личном подсобном хозяйстве (или в фермерском) с использованием материалов, которые можно приобрести в специализированном магазине.

             В начале работы  мной была выдвинута гипотеза:  Початки и обертки представляют собой диэлектрик с жесткими дипольными молекулами.

При отсутствии внешнего поля благодаря беспорядочному тепловому движению моменты молекул ориентированы по-разному. Найти характеристики электрического поля, создаваемого системой зарядов, локализованных в небольшой области пространства.

Задачи исследования:

1. Изучить и проанализировать научную и учебную литературу о напряженности электрического поля, электрических диполях, поверхностных плотностей.
2. Изучить модели устройства в сети Internet.

Методы исследования: анализ научной и учебной литературы, материалов сети Internet по выбранной теме, физический эксперимент.

1. Описание модели.

1. Название: Модель устройства для очистки кукурузных початков.
2. Возможная область применения:  Фермерское хозяйство
3. Габаритные размеры:
   Длина:550 мм
   Ширина:500 мм 
   Высота:250 мм
4. Основные характеристики:
   Мощность: 800 вт 
   Тип двигателя: Бесколлекторный 
   Напряжение питания: 220 В 
   Частота: 50 Гц
   Длина шнура питания: 1000 мм
5. Материалы и комплектующие:
   Станина: Доска, толщиной 50 мм, ширина 250 мм, длина 550 мм.
   Двигатель: любой не меньше 500 Вт, второй двигатель(можно использовать любой, даже нерабочий) так как используется в роли вала для ножа.
   Ремень: от старой стиральной машины «Ока».
   Ведущие колёса: от старой стиральной машины «Ока».
   Нож:  труба диаметром 50 мм.
   Крепёж: 10 саморезов.

2. Технологический процесс работы устройства.

     Технологический процесс работы устройства для очистки початков кукурузы от оберток проводят как в закрытых помещениях, так и на имеющихся крытых площадках при наличии в них электропривода с напряжением 220 V. Очистку проводят в послеуборочный период в промежутке соответствующего времени выхода зерен в початках из состояния стадии молочно-восковой спелости, то есть при защитной стадии твердости оболочки зерен для предохранения их от повреждений в процессе обработки зубьями счищающих механических плиток с гребенками по всей длине барабана.  

     Устройство для очистки початков кукурузы от оберток, включающее раму, электродвигатель, клиноременную передачу, ведущий и ведомый шкивы, подшипники качения, загрузочный лоток, тиски, передний кожух, металлический и резиновый вальцы, рабочие секции барабана, отличающееся тем, что угол наклона к горизонту загрузочного лотка в два раза больше угла наклона рабочего барабана, стенки внутренней полости которого выполнены со счищающими зубьями и с двумя рядами симметрично расположенных в нем подпружиненных планок с укороченными относительно счищающих зубьев гребенками по всей длине барабана для сброса очищенной обертки по наклонному днищу с проемами вниз, а очищенных початков кукурузы через нижнее выходное окно барабана - в соответствующую тару.

3. Схема устройства.

     Устройство содержит раму (13), электродвигатель (8), клиноременную передачу (5), ведущий (1) и ведомый (3) шкивы, загрузочный лоток (6), тиски (12), передний кожух, металлический и резиновый вальцы (10), рабочие секции барабана. Угол наклона к горизонту загрузочного лотка (6) в два раза больше угла наклона рабочего барабана. Стенки внутренней полости барабана выполнены со счищающими зубьями (2) и с двумя рядами симметрично расположенных в нем подпружиненны с укороченными относительно счищающих зубьев гребенками по всей длине барабана для сброса очищенной обертки по наклонному днищу с проемами вниз, а очищенные початки кукурузы через нижнее выходное окно барабана - в соответствующую тару(11).

IV. Правила техники безопасности.

1.   Перед началом работы рабочий должен одеть установленную для данного вида работ спецодежду, спецобувь, головной убор и в случае необходимости защитные приспособления, проверить исправность оборудования и вспомогательных приспособлений и подготовить соответствующее рабочее место. Одежда должна быть застегнутой на все пуговицы или завязана на все завязки.

2.  Необходимо  содержать в чистоте и порядке свое рабочее место. Запрещается загораживать пожарный инвентарь и применять по назначению пожарные огнетушители.

3.      Работать на оборудовании с неисправными или снятыми ограждениями движущихся частей запрещается.

4.  Необходимо знать способы и приемы оказания первой помощи пострадавшему и немедленно сообщить о происшедшем несчастном случае взрослым.

5.    Нужно пользоваться только исправным инструментом при выполнении операций технического обслуживания. Молоток с расщепленной головкой, зубило с поврежденной головкой и тому подобные неисправные инструменты должны быть выбракованы.

6.  Нужно работать в хорошо заправленной, не развевающейся одежде (комбинезоне) и пользоваться пылезащитными очками.

5. Формула изобретения.

     Аппарат для очистки початков кукурузы от оберток, содержащий загрузочное устройство, очистительные вальцы, расположенные параллельно и вращающиеся встречно друг другу, передачи и механизм привода, отличающийся тем, что он имеет прижимной валец и выполнен в виде ротора с трехвальцовыми очистительными блоками, образующими внутреннее пространство для очищаемого початка кукурузы, причем ведущий очистительный валец жестко закреплен на роторе, ведомый очистительный валец прижат к ведущему очистительному вальцу регулируемым пружинным механизмом и имеет возможность отключаться после съема берток початка, при этом линейные скорости вращения ведущего и ведомого очистительных вальцов, вращающихся встречно друг другу, больше линейной скорости вращения прижимного вальца, установленного с возможностью вращения в одном направлении с ведущим очистительным вальцом, а ведомый очистительный и прижимной вальцы установлены в положении, обеспечивающем их смещение в вертикальной плоскости на величину конусности початка.

     Початки и обертки представляют собой диэлектрик с жесткими дипольными молекулами. При отсутствии внешнего поля благодаря беспорядочному тепловому движению моменты молекул ориентированы по-разному. Если выделить какой-то определенный объем обертки или початка, то векторная сумма моментов всех молекул, находящихся в этом объеме, равна нулю. При наличии внешнего электрического поля напряженностью Е диполи частично поворачиваются по полю, сумма моментов становится отличной от нуля и тем более отличной, чем сильнее поле. Обертка и початок с ориентированными в той или иной степени дипольными моментами оказываются поляризованными. В тонком слое у поверхности обертки или початка благодаря повороту диполей у той границы, где входят линии напряженности, получается избыток отрицательных концов диполей, а той, где линии напряженности выходят,  избыток положительных. В результате на поверхности поляризованных оберток и початков возникают заряды с некоторой поверхностной плотностью. Эти поверхностные заряды создают в початке и обертке добавочное поле с напряженностью Е, которая направлена противоположно Е . Поскольку початок находится в неоднородном электрическом поле, то на дипольную молекулу помимо момента сил, который стремится повернуть ее вдоль линии напряженности своим концом в сторону линий напряженности Е,  действует еще и сила F, пропорциональная моменту диполя и тем большая, чем больше градиент поля, т. е. чем сильнее неоднородность поля. Эта сила перемещает диполь в сторону, где линии напряженности проходят гуще, т. е. к заряженным пластинам, что приводит к распушиванию початка.

     В промежутке между камерой  и лотком  початки продуваются воздушным потоком, создаваемым вентилятором  через ионизирующую воздушный поток решетку. При воздействии на початок электрическим полем совместно с ионизированным воздушным потоком последний увеличивает силу F, действующую на диполь и усиливает в результате распушивание початка.

6. Электрический диполь.

 Часто возникает необходимость найти характеристики электрического поля, создаваемого системой зарядов, локализованных в небольшой области пространства. Примером такой системы зарядов могут служить атомы и молекулы, состоящие из электрически заряженных ядер и электронов. Если требуется найти поле на расстояниях, которые значительно больше размеров области расположения частиц, то нет необходимости пользоваться точными, но громоздкими формулами, достаточно ограничится более простыми приближенными выражениями.
Пусть электрическое поле создается набором точечных зарядов qk (k = 1, 2, …, N), расположенных в пределах небольшой области пространства, характерные размеры которой обозначим l (рис. 1).

рис. 1

Для расчета характеристик электрического поля, в некоторой точке A, находящейся на расстоянии r, значительно превышающем l, все заряды системы можно «объединить» и рассматривать систему зарядов как точечный заряд Q, величина которого равна сумме зарядов исходной системы

Этот заряд можно мысленно расположить в любой точке области расположения системы зарядов qk (k = 1, 2, …, N), так как при l << r, изменение положения в пределах малой области незначительно повлияет на изменение поля в рассматриваемой точке.
В рамках такого приближения напряженность и потенциал электрического поля определяются по известным формулам

  Более точное приближение можно получить, если мысленно собрать отдельно положительные и отрицательные заряды рассматриваемой системы. Если их «центры» смещены друг относительно друга, то электрическое поле такой системы может быть описано как поле двух точечных зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, смещенных друг относительно друга. Более точную характеристику системы зарядов в этом приближении мы дадим немного позднее, после изучения свойств электрического диполя.
Электрическим диполем называется система, состоящая из двух точечных зарядов одинаковых по величине и противоположных по знаку, расположенных на малом расстоянии друг от друга.
Рассчитаем характеристики электрического поля, создаваемого диполем, состоящего из двух точечных зарядов +q и −q, расположенных на расстоянии a друг от друга (рис. 2).

рис. 2

Сначала найдем потенциал и напряженность электрического поля диполя на его оси, то есть на прямой, проходящей через оба заряда. Пусть точка A, находится на расстоянии r от центра диполя, причем будем считать, что r >> a. В соответствии с принципом суперпозиции потенциал поля в данной точке описывается выражением

На последнем шаге мы пренебрегли вторым малой величиной (a/2)2 по сравнению с r2. Величину вектора напряженности электрического поля также можно вычислить на основании принципа суперпозиции

Обратите внимание, что поле диполя ослабевает быстрее поля точечного заряда, так потенциал поля диполя убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, а напряженность поля − обратно пропорционально кубу расстояния.

 Полученные соотношения полностью определяют поле диполя в произвольной точке и позволяют построить картину силовых линий этого поля (рис. 3).

рис. 3
Теперь обратим внимание, что во всех формулах, определяющих потенциал и напряженность поля диполя, фигурирует только произведение величины одного из зарядов диполя на расстояние между зарядами. Поэтому именно это произведение является полной характеристикой электрических свойств и называется дипольным моментом системы. Так как диполь является системой двух точечных зарядов, то он обладает осевой симметрией, осью которой является прямая, проходящая через заряды. Следовательно, для задания полной характеристики диполя следует указать и ориентацию оси диполя. Проще всего это сделать, задавая вектор дипольного момента, величина которого равна дипольному моменту, а направление совпадает с осью диполя

где a − вектор, соединяющий отрицательный и положительный заряды диполя. Такая характеристика диполя весьма удобна и позволяет во многих случая упрощать формулы, придавая им векторный вид. Так, например, потенциал поля диполя в произвольной точке, описываемый формулой (6), может быть записан в векторной форме

Пусть два точечных заряда, находящиеся на фиксированном расстоянии друг от друга, помещены в однородное электрическое поле. Со стороны поля на заряды действуют силы F = ±qE, равные по величине и противоположные по направлению. Суммарная сила, действующая на диполь равна нулю, однако эти силы приложены к различным точкам, поэтому суммарный момент этих отличен от нуля, а равен

где α − угол меду вектором напряженности поля и вектором дипольного момента. Наличие момента силы, приводит к тому, что дипольный момент системы стремится повернуться по направлению вектора напряженности электрического поля.

Заключение

     Предложенное устройство позволяет обеспечить качество очистки початков согласно существующим агротехническим требованиям: без потерь и повреждения зерна,  и повысить производительность початкоочистителя, а следовательно, и производительность машины для уборки кукурузы или машины для послеуборочной переработки кукурузы.

     Анализ научной и учебной литературы, материалов сети Internet, проведение предварительной работы  позволил сделать вывод о том, что  существует огромное количество изобретений в данной области. Многие изобретения запатентованы, было интересно ознакомиться с чертежами, фотографиями и видеороликами, связанными с данной темой. А некоторые приспособления в домашних условиях создать невозможно, или же для их создания необходимы дорогостоящие материалы и комплектующие, для домашнего хозяйства не являются практичными и удобными.

     Но, кто знает, может быть в будущем я закончу технический вуз и уже с новыми знаниями попытаюсь создать более совершенное устройство, которое поможет облегчить труд сельского жителя.  

Список использованной литературы.

Интернет-ресурсы.

https://edrid.ru/rid/217.015.b4a2.html

http://www.findpatent.ru/patent/155/1551277.html

http://patents.su/2-1021398-ustrojjstvo-dlya-ochistki-pochatkov-kukuruzy-ot-obertok.html

http://fizportal.ru/physics-book-38

http://www.findpatent.ru/patent/155/1551277.html