“小小菜園”———環保實用芽菜機的設計與研制

文　浙江省安吉高級中學　王思懿　鄭伊航　葉致遠　朱行遠　陳嘉哲　張宇

“小小菜園”———環保實用芽菜機的設計與研制

文浙江省安吉高級中學王思懿鄭伊航葉致遠朱行遠陳嘉哲張宇

從2012年下半年開始,我們就思考研究課題,大家的想法天馬行空,有的想做自動防雨晾衣架,有的想做自動控溫開水瓶,可復雜的操作讓我們不得不把視線轉向生活小事,希望從中得到靈感。

在龍年歲末之際,我們通過調查和上網查詢資料,了解到市場上所賣的豆芽并不都是綠色安全食品。豆芽菜是人們餐桌上常見菜之一,可清熱解毒,健脾養肝,預防口角發炎,如果安全食用,對身體極有好處。

我們從豆漿機得到啟發,覺得可以制作一個芽菜機來解決人們對安全豆芽的需要。豆芽生長要有充足的水分、適宜的溫度、清新的空氣和陰暗避光的環境,現有的技術都能辦到。有了想法就要實踐,于是我們馬上投入研究中。

芽菜機如何設計?如何制作?應該從何下手呢?一頭霧水的我們決定先向老師求助。科技指導老師汪老師肯定了我們的想法,鼓勵我們先要了解,才能有創新。

一、分析資料，設計思路

分析資料后,我們知道了發豆芽所需的基本條件：水溫、室溫應控制在20～30℃范圍內;發豆芽需要大量水分,每隔四五個小時應澆水一次;必須在遮光條件下進行,否則豆芽上端會變紅、變綠。

有了理論知識作指導,汪老師帶領我們對芽菜機進行了初步設計。

首先,機器必須具備自動灑水、自動控溫的功能。其次,為了滿足家庭需求,我們將芽菜機設計成多屜、可抽取的內部結構,既方便又可同時發黃豆芽或綠豆芽。

在選擇電路與水路時,我們決定用最流行的PVC螺旋電阻絲產熱,水路上還需設計澆水器。外形方面我們選用方形設計,利于節省空間,再加上拉門,就像一個小型冰箱了。

二、制作過程

大家分頭行動,收集木條、木塊、電線、各種鐵釘、螺絲等材料。盡管實驗室儲備器材相當豐富,但大部分還得自己搜尋。使用的工具主要有立式臺鉆、手電鉆、剝線鉗、鋼鋸、木鋸、榔頭、起子、銼刀、剪刀等。

在實驗操作過程中,葉致遠和陳嘉哲主動請纓,擔起了苦力加技術的活。因為不銹鋼盤需要打孔,他們便首先與臺鉆來了次“親密接觸”。以前從沒有類似經驗的他們卻配合默契,半個多小時之后,順利完成了第一個盤子的鉆孔。

為了使孔洞能夠“hold”住更小的豆子,汪老師建議用直徑3毫米的麻花鉆頭。可是,新的問題也隨之出現——小鉆頭容易打滑,不易操作,葉致遠和陳嘉哲因此還鉆斷了一根麻花鉆。隨后在汪老師的指導下,他們加高了墊木,使容器更易受力。兩個盤子的打孔耗費了他們不少時間,但結果是喜人的：小小的綠豆都能乖乖地躺在每一個小孔上。

但是背面尖銳的棱角像刺猬殼,十分扎手。不過王思懿、鄭伊航、張宇很快就用大銼刀將洞口磨平了。

朱行遠、張宇則研究起了灑水裝置。汪老師提議我們用水管做灑水器：將一根水管以盆子的對角線為位置放在頂部,鉆一排孔。大家接著說了自己的想法,覺得可以在一根水管上鉆三排孔,由于有弧度,可增大灑水面積。

考慮到水壓問題,在孔的排布上我們決定拉大兩排孔間的間距,且與中軸線呈45°角。打孔過程十分順利,之后我們立即試驗了效果,發現仍有不足之處——橫放水管與豎放水管的連接處沒有密封且橫放水管有一截需要鋸掉。改進完善后的水管實驗非常成功,灑花很漂亮,就像廣場上的噴泉。

內部的部件基本制作完畢后,我們就開始按部就班地制作箱體。

首先,我們按照水箱的大小確定好木箱的總體尺寸,接著就大刀闊斧地開始制作。在這一過程中老師的指導必不可少,細致的作風、規范的操作讓我們學會了不少。

比如,要先畫線后才能鋸割,連接時先鉆孔再旋緊螺絲,又比如固定木板時必須先固定一端,在另一端對齊后再鉆孔、旋緊螺絲等等,特別是小孔鉆好后,用大直徑的麻花鉆在木板面上再旋削一圈“沉孔”,增加了木箱的美感。

葉致遠本以為旋螺絲釘很“easy”,卻差點“敗”給這小小的螺絲釘。看似簡單的轉釘子卻講究垂直施力、不能發生相對滑動等多個要點,在老師的指導下,這項看似簡單的任務也順利完成。

為了讓箱子便于移動,我們在木箱底部安裝了滾輪,使之靈活起來。箱門通過合頁連接,將兩塊拼接的木板連成一個整體,強度增加的同時也增加了美觀(如圖1)。

圖1

為了在寒冷季節也能培育豆芽,我們用PVC螺旋加熱絲作為加熱源,將它均勻分布在木箱內壁,環繞著豆芽,在面板上安裝了溫控儀,這樣可以控制溫度,使豆芽處在適宜成長的溫度下(如圖2)。

圖2

接下來就是制作放盤子的支架了。大家提出可用固定在外殼木板上呈直角的金屬支架來放盤子,既節省空間又方便拿放。就這樣,發芽機終于制作完成了。

三、工作原理

豆子發芽需要不斷澆水,我們讓時控器每隔一個半小時就接通水泵,將水灑向豆子。溫控儀(如圖3)通過電阻式傳感器感知箱內的溫度,若低于20度,就告知溫控儀接通PVC螺旋電熱絲,使之通電加熱。到達25度時,斷開電源,如此反復使箱內保持恒溫,豆子也得以在適宜的溫度下發芽。

圖3

發芽機的工作原理圖如圖4。

圖4

在制作完成的基礎上,我們還給它加了件美麗的外衣。現在,完整的芽菜機已端端正正地擺在我們面前,大家不禁開始幻想用自己制作的芽菜機來發一次豆芽,吃一次自己發出來的豆芽,還要與家人、好友分享……

這樣充滿溫馨家庭氣息的芽菜機怎能不讓人喜愛呢?(指導老師：汪文峰錢勇孫愛華)