“小小菜园”———环保实用芽菜机的设计与研制

文　浙江省安吉高级中学　王思懿　郑伊航　叶致远　朱行远　陈嘉哲　张宇

“小小菜园”———环保实用芽菜机的设计与研制

文浙江省安吉高级中学王思懿郑伊航叶致远朱行远陈嘉哲张宇

从2012年下半年开始,我们就思考研究课题,大家的想法天马行空,有的想做自动防雨晾衣架,有的想做自动控温开水瓶,可复杂的操作让我们不得不把视线转向生活小事,希望从中得到灵感。

在龙年岁末之际,我们通过调查和上网查询资料,了解到市场上所卖的豆芽并不都是绿色安全食品。豆芽菜是人们餐桌上常见菜之一,可清热解毒,健脾养肝,预防口角发炎,如果安全食用,对身体极有好处。

我们从豆浆机得到启发,觉得可以制作一个芽菜机来解决人们对安全豆芽的需要。豆芽生长要有充足的水分、适宜的温度、清新的空气和阴暗避光的环境,现有的技术都能办到。有了想法就要实践,于是我们马上投入研究中。

芽菜机如何设计?如何制作?应该从何下手呢?一头雾水的我们决定先向老师求助。科技指导老师汪老师肯定了我们的想法,鼓励我们先要了解,才能有创新。

一、分析资料，设计思路

分析资料后,我们知道了发豆芽所需的基本条件：水温、室温应控制在20～30℃范围内;发豆芽需要大量水分,每隔四五个小时应浇水一次;必须在遮光条件下进行,否则豆芽上端会变红、变绿。

有了理论知识作指导,汪老师带领我们对芽菜机进行了初步设计。

首先,机器必须具备自动洒水、自动控温的功能。其次,为了满足家庭需求,我们将芽菜机设计成多屉、可抽取的内部结构,既方便又可同时发黄豆芽或绿豆芽。

在选择电路与水路时,我们决定用最流行的PVC螺旋电阻丝产热,水路上还需设计浇水器。外形方面我们选用方形设计,利于节省空间,再加上拉门,就像一个小型冰箱了。

二、制作过程

大家分头行动,收集木条、木块、电线、各种铁钉、螺丝等材料。尽管实验室储备器材相当丰富,但大部分还得自己搜寻。使用的工具主要有立式台钻、手电钻、剥线钳、钢锯、木锯、榔头、起子、锉刀、剪刀等。

在实验操作过程中,叶致远和陈嘉哲主动请缨,担起了苦力加技术的活。因为不锈钢盘需要打孔,他们便首先与台钻来了次“亲密接触”。以前从没有类似经验的他们却配合默契,半个多小时之后,顺利完成了第一个盘子的钻孔。

为了使孔洞能够“hold”住更小的豆子,汪老师建议用直径3毫米的麻花钻头。可是,新的问题也随之出现——小钻头容易打滑,不易操作,叶致远和陈嘉哲因此还钻断了一根麻花钻。随后在汪老师的指导下,他们加高了垫木,使容器更易受力。两个盘子的打孔耗费了他们不少时间,但结果是喜人的：小小的绿豆都能乖乖地躺在每一个小孔上。

但是背面尖锐的棱角像刺猬壳,十分扎手。不过王思懿、郑伊航、张宇很快就用大锉刀将洞口磨平了。

朱行远、张宇则研究起了洒水装置。汪老师提议我们用水管做洒水器：将一根水管以盆子的对角线为位置放在顶部,钻一排孔。大家接着说了自己的想法,觉得可以在一根水管上钻三排孔,由于有弧度,可增大洒水面积。

考虑到水压问题,在孔的排布上我们决定拉大两排孔间的间距,且与中轴线呈45°角。打孔过程十分顺利,之后我们立即试验了效果,发现仍有不足之处——横放水管与竖放水管的连接处没有密封且横放水管有一截需要锯掉。改进完善后的水管实验非常成功,洒花很漂亮,就像广场上的喷泉。

内部的部件基本制作完毕后,我们就开始按部就班地制作箱体。

首先,我们按照水箱的大小确定好木箱的总体尺寸,接着就大刀阔斧地开始制作。在这一过程中老师的指导必不可少,细致的作风、规范的操作让我们学会了不少。

比如,要先画线后才能锯割,连接时先钻孔再旋紧螺丝,又比如固定木板时必须先固定一端,在另一端对齐后再钻孔、旋紧螺丝等等,特别是小孔钻好后,用大直径的麻花钻在木板面上再旋削一圈“沉孔”,增加了木箱的美感。

叶致远本以为旋螺丝钉很“easy”,却差点“败”给这小小的螺丝钉。看似简单的转钉子却讲究垂直施力、不能发生相对滑动等多个要点,在老师的指导下,这项看似简单的任务也顺利完成。

为了让箱子便于移动,我们在木箱底部安装了滚轮,使之灵活起来。箱门通过合页连接,将两块拼接的木板连成一个整体,强度增加的同时也增加了美观(如图1)。

图1

为了在寒冷季节也能培育豆芽,我们用PVC螺旋加热丝作为加热源,将它均匀分布在木箱内壁,环绕着豆芽,在面板上安装了温控仪,这样可以控制温度,使豆芽处在适宜成长的温度下(如图2)。

图2

接下来就是制作放盘子的支架了。大家提出可用固定在外壳木板上呈直角的金属支架来放盘子,既节省空间又方便拿放。就这样,发芽机终于制作完成了。

三、工作原理

豆子发芽需要不断浇水,我们让时控器每隔一个半小时就接通水泵,将水洒向豆子。温控仪(如图3)通过电阻式传感器感知箱内的温度,若低于20度,就告知温控仪接通PVC螺旋电热丝,使之通电加热。到达25度时,断开电源,如此反复使箱内保持恒温,豆子也得以在适宜的温度下发芽。

图3

发芽机的工作原理图如图4。

图4

在制作完成的基础上,我们还给它加了件美丽的外衣。现在,完整的芽菜机已端端正正地摆在我们面前,大家不禁开始幻想用自己制作的芽菜机来发一次豆芽,吃一次自己发出来的豆芽,还要与家人、好友分享……

这样充满温馨家庭气息的芽菜机怎能不让人喜爱呢?(指导老师：汪文峰钱勇孙爱华)