誘導式“無動力”花豬快跑運動裝置

譚迪熬 "中國發明協會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發明協會中小學創造教育分會會長，科技創新教育特級教師，教育部國培計劃專家庫專家。

寧鄉花豬又稱寧鄉土花豬，是湖南省四大名豬種之一，已有1000余年的歷史。寧鄉花豬肉質細嫩、味道鮮美、營養豐富，肉香味很濃。

寧鄉花豬的一個重要特征就是肥肉多。人們不愛吃肥肉，但又擔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動來減肥，寧鄉花豬是不是也可以通過運動減肥呢？我有了一個大膽的想法：設計一個適合安裝在豬圈里的裝置，讓寧鄉花豬在進食前進行一定量的運動從而達到“減肥”的效果，提高豬肉品質。于是，我開始了創新之路。

調查分析：

在老師的帶領下，我來到寧鄉市的幾個寧鄉花豬養殖場進行調查。

我了解到花豬圈養空間普遍在10 m2左右。在這有限的空間，可以安裝電動傳送帶、設計光滑的固定斜坡和無動力運動斜坡，用少量食物引誘花豬到上面運動。我分別從電能消耗、制作成本、豬蹄損傷、安全性、坡度調整等方面對這三種運動方式進行實驗分析。

1.安裝電動傳送帶

電動傳送帶坡度可調整，不會損傷豬蹄，但需安裝電機驅動，有電能消耗，安全性較低，制作成本高。

2.設計光滑的固定斜坡

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，寧鄉花豬通過豬蹄在斜面運動，易打滑，導致豬蹄撕裂或摔跤等意外發生，對豬蹄損傷大。

3.設計無動力運動斜坡

無動力運動斜坡結合了電動傳送帶和光滑的固定斜坡的優點，利用花豬自身重力分解產生皮帶斜向后的運動力，皮帶上安裝防滑擋肩，可避免豬蹄與皮帶產生滑動摩擦而損傷豬蹄，用升降裝置調節坡度以產生不同的運動速度。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：

根據調查情況，我設計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、護板、升降桿和底座構成。滾筒和皮帶提供運動面，利用升降桿產生不同坡度的坡面，使花豬在坡度不同的坡面上付出大小不同的爬坡力。

根據相對運動原理，花豬在食物誘導下，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Ff的豬腿的反作用力而向后運動（以地面為參照物，皮帶上表面斜向后運動）。通過升降桿改變Ff大小，使皮帶達到不同的運動速度。

離心式限速器由剎車片、導軌、剎車盤和回位彈簧構成。它將皮帶的運動速度轉化為滾軸的角速度，通過角速度變化產生對應制動力。制動力與滾軸的角速度成正比，即轉速越快，制動力越大，達到限制皮帶最高運動速度的目的，保證花豬安全。

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

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板和底座，購買升降桿和軸承標準件。

大滾筒直徑為60 mm，自帶軸承，在上面設計皮帶擋肩。小滾筒直徑為20 mm，預留了限速器導軌安裝槽的位置。連接桿直徑為8 mm，兩頭帶有螺紋孔。護板上預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。限速器的導軌通過溝槽和螺釘安裝在小滾筒轉軸的一端，根據導軌截面尺寸在剎車片上徑向開孔，裝配后導軌約束剎車片僅在剎車盤直徑方向移動。另在剎車片上設計螺紋孔，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式“無動力”花豬快跑運動裝置。

作品貢獻：

1.通過對寧鄉花豬飼養方式的探究與改進，為豬肉品質提高提供了新思路。

2.結合所學知識與工程技術，為寧鄉花豬飼養提供了新設備。

3.為花豬運動安全設計了一種適應裝置——離心式限速器。

未來展望：

裝置可以幫助花豬減肥，也可以進一步改造為同學們運動健身的裝置，為青少年的健康成長護航。加裝發電機，可在運動時將動能轉化為電能儲存起來再利用。（指導老師：付玉英 " 王普獻 " 熊婷英）

專家點評

姚柯婷同學的誘導式“無動力”花豬快跑運動裝置是一件讓人頗感興趣的發明作品。這項作品的產生，體現了發明人的以下特點：其一，具有家國情懷和創新意識。2024年中央一號文件繪就了鄉村全面振興“路線圖”，強化農民增收舉措，姚柯婷同學從當地實際需求出發，找到為本地花豬特種養殖提高品質的課題，力求為鄉村振興作貢獻，富有積極意義。其二，具有科研潛質與創新實踐能力。發明人從調查分析到實驗分析，從方案設計到作品制作，環環相扣，很有章法。

但應指出的是，該作品還只是個模型，距要達到的實際效果還有很遠的路程。比如：花豬肉的品質和其運動量究竟有什么關系？飼料的消耗量與花豬的運動量有什么樣的相關度？怎樣使花豬的運動量、飼料的消耗量和肉的品質達到最佳性價比？等等。希望姚柯婷同學在老師的指導下繼續探究，使這個裝置成為具有實際應用價值的助農產品。