誘導(dǎo)式“無動力”花豬快跑運(yùn)動裝置

譚迪熬 "中國發(fā)明協(xié)會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發(fā)明協(xié)會中小學(xué)創(chuàng)造教育分會會長，科技創(chuàng)新教育特級教師，教育部國培計(jì)劃專家?guī)鞂＜摇?/p>

寧鄉(xiāng)花豬又稱寧鄉(xiāng)土花豬，是湖南省四大名豬種之一，已有1000余年的歷史。寧鄉(xiāng)花豬肉質(zhì)細(xì)嫩、味道鮮美、營養(yǎng)豐富，肉香味很濃。

寧鄉(xiāng)花豬的一個重要特征就是肥肉多。人們不愛吃肥肉，但又擔(dān)心不飽和脂肪酸攝入太少，影響血管健康。怎么解決這個問題呢？人類可以通過飲食和運(yùn)動來減肥，寧鄉(xiāng)花豬是不是也可以通過運(yùn)動減肥呢？我有了一個大膽的想法：設(shè)計(jì)一個適合安裝在豬圈里的裝置，讓寧鄉(xiāng)花豬在進(jìn)食前進(jìn)行一定量的運(yùn)動從而達(dá)到“減肥”的效果，提高豬肉品質(zhì)。于是，我開始了創(chuàng)新之路。

調(diào)查分析：

在老師的帶領(lǐng)下，我來到寧鄉(xiāng)市的幾個寧鄉(xiāng)花豬養(yǎng)殖場進(jìn)行調(diào)查。

我了解到花豬圈養(yǎng)空間普遍在10 m2左右。在這有限的空間，可以安裝電動傳送帶、設(shè)計(jì)光滑的固定斜坡和無動力運(yùn)動斜坡，用少量食物引誘花豬到上面運(yùn)動。我分別從電能消耗、制作成本、豬蹄損傷、安全性、坡度調(diào)整等方面對這三種運(yùn)動方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

1.安裝電動傳送帶

電動傳送帶坡度可調(diào)整，不會損傷豬蹄，但需安裝電機(jī)驅(qū)動，有電能消耗，安全性較低，制作成本高。

2.設(shè)計(jì)光滑的固定斜坡

用磚砌筑成固定斜坡并打磨出光滑的斜面，或安裝不銹鋼等金屬光滑面，引誘花豬爬斜坡，制作成本低，不會消耗電能。但因斜坡角度固定，寧鄉(xiāng)花豬通過豬蹄在斜面運(yùn)動，易打滑，導(dǎo)致豬蹄撕裂或摔跤等意外發(fā)生，對豬蹄損傷大。

3.設(shè)計(jì)無動力運(yùn)動斜坡

無動力運(yùn)動斜坡結(jié)合了電動傳送帶和光滑的固定斜坡的優(yōu)點(diǎn)，利用花豬自身重力分解產(chǎn)生皮帶斜向后的運(yùn)動力，皮帶上安裝防滑擋肩，可避免豬蹄與皮帶產(chǎn)生滑動摩擦而損傷豬蹄，用升降裝置調(diào)節(jié)坡度以產(chǎn)生不同的運(yùn)動速度。其制作和使用成本介于電動傳送帶和光滑的固定斜坡之間。

基本思路：

根據(jù)調(diào)查情況，我設(shè)計(jì)的裝置包括無動力坡道和離心式限速器兩大部分。

無動力坡道由大滾筒、小滾筒、皮帶、皮帶張緊器、軸承、支撐連桿、護(hù)板、升降桿和底座構(gòu)成。滾筒和皮帶提供運(yùn)動面，利用升降桿產(chǎn)生不同坡度的坡面，使花豬在坡度不同的坡面上付出大小不同的爬坡力。

根據(jù)相對運(yùn)動原理，花豬在食物誘導(dǎo)下，為保持位置不變而不斷向前奔跑（以地面為參照物則位置不變），而皮帶因受到大小同F(xiàn)f的豬腿的反作用力而向后運(yùn)動（以地面為參照物，皮帶上表面斜向后運(yùn)動）。通過升降桿改變Ff大小，使皮帶達(dá)到不同的運(yùn)動速度。

離心式限速器由剎車片、導(dǎo)軌、剎車盤和回位彈簧構(gòu)成。它將皮帶的運(yùn)動速度轉(zhuǎn)化為滾軸的角速度，通過角速度變化產(chǎn)生對應(yīng)制動力。制動力與滾軸的角速度成正比，即轉(zhuǎn)速越快，制動力越大，達(dá)到限制皮帶最高運(yùn)動速度的目的，保證花豬安全。

兩塊剎車片通過軟彈簧連接，保證低轉(zhuǎn)速或停轉(zhuǎn)情況下剎車片自動回位，不產(chǎn)生制動力。

制作裝置：

1.加工無動力坡道各部件

我定制加工無動力坡道滾筒和連桿，加工材料為鐵，皮帶也是定制加工的。到附近的不銹鋼門窗市場用激光切割配合焊接加工護(hù)板和底座，購買升降桿和軸承標(biāo)準(zhǔn)件。

大滾筒直徑為60 mm，自帶軸承，在上面設(shè)計(jì)皮帶擋肩。小滾筒直徑為20 mm，預(yù)留了限速器導(dǎo)軌安裝槽的位置。連接桿直徑為8 mm，兩頭帶有螺紋孔。護(hù)板上預(yù)留了軸承卡槽和皮帶張緊器的安裝位置。

2.制作離心式限速器

采用POM塑料切削加工離心式限速器，成品安裝后僅用于模擬減速動作。限速器的導(dǎo)軌通過溝槽和螺釘安裝在小滾筒轉(zhuǎn)軸的一端，根據(jù)導(dǎo)軌截面尺寸在剎車片上徑向開孔，裝配后導(dǎo)軌約束剎車片僅在剎車盤直徑方向移動。另在剎車片上設(shè)計(jì)螺紋孔，用于安裝回位軟彈簧。

3.組裝裝置

我安裝無動力坡道的各部件，然后將無動力坡道和離心式限速器組裝成誘導(dǎo)式“無動力”花豬快跑運(yùn)動裝置。

作品貢獻(xiàn)：

1.通過對寧鄉(xiāng)花豬飼養(yǎng)方式的探究與改進(jìn)，為豬肉品質(zhì)提高提供了新思路。

2.結(jié)合所學(xué)知識與工程技術(shù)，為寧鄉(xiāng)花豬飼養(yǎng)提供了新設(shè)備。

3.為花豬運(yùn)動安全設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)裝置——離心式限速器。

未來展望：

裝置可以幫助花豬減肥，也可以進(jìn)一步改造為同學(xué)們運(yùn)動健身的裝置，為青少年的健康成長護(hù)航。加裝發(fā)電機(jī)，可在運(yùn)動時(shí)將動能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來再利用。（指導(dǎo)老師：付玉英 " 王普獻(xiàn) " 熊婷英）

專家點(diǎn)評

姚柯婷同學(xué)的誘導(dǎo)式“無動力”花豬快跑運(yùn)動裝置是一件讓人頗感興趣的發(fā)明作品。這項(xiàng)作品的產(chǎn)生，體現(xiàn)了發(fā)明人的以下特點(diǎn)：其一，具有家國情懷和創(chuàng)新意識。2024年中央一號文件繪就了鄉(xiāng)村全面振興“路線圖”，強(qiáng)化農(nóng)民增收舉措，姚柯婷同學(xué)從當(dāng)?shù)貙?shí)際需求出發(fā)，找到為本地花豬特種養(yǎng)殖提高品質(zhì)的課題，力求為鄉(xiāng)村振興作貢獻(xiàn)，富有積極意義。其二，具有科研潛質(zhì)與創(chuàng)新實(shí)踐能力。發(fā)明人從調(diào)查分析到實(shí)驗(yàn)分析，從方案設(shè)計(jì)到作品制作，環(huán)環(huán)相扣，很有章法。

但應(yīng)指出的是，該作品還只是個模型，距要達(dá)到的實(shí)際效果還有很遠(yuǎn)的路程。比如：花豬肉的品質(zhì)和其運(yùn)動量究竟有什么關(guān)系？飼料的消耗量與花豬的運(yùn)動量有什么樣的相關(guān)度？怎樣使花豬的運(yùn)動量、飼料的消耗量和肉的品質(zhì)達(dá)到最佳性價(jià)比？等等。希望姚柯婷同學(xué)在老師的指導(dǎo)下繼續(xù)探究，使這個裝置成為具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的助農(nóng)產(chǎn)品。