Zane Middle School shake table/el
Ένα Shake Table σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε για να μιμείται τα μεγέθη των σεισμών για να βοηθήσει τους μαθητές στο Zane Middle School να κατανοήσουν καλύτερα τη σεισμική δραστηριότητα και να τους επιτρέψει να δοκιμάσουν τις δικές τους κτιριακές κατασκευές.
Φόντο
Το Zane Middle School είναι ένα σχολείο STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, and Math) που πιστεύει ότι η πρακτική μάθηση είναι πολύ σημαντική για την επιτυχία των μαθητών. Για αρκετά χρόνια, οι σπουδαστές Engineering 215 στο Cal Poly Humboldt συνεργάστηκαν με τη σχολή του Zane για να τους βοηθήσουν να επιτύχουν αυτόν τον στόχο. Την Άνοιξη του 2017, η ομάδα μας προκλήθηκε με την κατασκευή ενός Shake Table που δείχνει το τράνταγμα ενός σεισμού. Ο σχεδιασμός του Shake Table επιτρέπει ειδικά στους μαθητές της 7ης τάξης να μάθουν για τη σεισμική δραστηριότητα στον φλοιό της Γης κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, ενώ τους παρέχει επίσης έναν τρόπο να είναι δημιουργικοί και να δοκιμάσουν τα δικά τους σχέδια κτιρίων.
Δήλωση προβλήματος (Στόχος) και κριτήρια
Ο στόχος του σχεδιασμού μας ήταν να κάνουμε τον πιο ρεαλιστικό σχεδιασμό του τραπεζιού ανακίνησης και να ικανοποιήσουμε τις ανάγκες του πελάτη μας, Zane Middle School. Ο πελάτης μας εξέφρασε την επιθυμία του να απεικονίσει τα αποτελέσματα της ρευστοποίησης της γης κατά τη διάρκεια ενός σεισμού και πώς η γη υφίσταται μια κυματική κίνηση αυτές τις στιγμές. Τα περισσότερα τραπέζια τυπικής ανακίνησης δεν εκφράζουν αυτή την κίνηση, επομένως αυτή ήταν μια από τις προκλήσεις μας. Εκτός από αυτό, πρωταρχικό μας μέλημα ήταν να διασφαλίσουμε ότι η συσκευή ήταν ασφαλής, καθώς τα παιδιά θα αλληλεπιδρούσαν μαζί της σε κοντινή απόσταση.
Παρακάτω είναι ένας πίνακας με τα κριτήρια και τις σταθμισμένες αξίες σημασίας που συμφώνησαν η ομάδα και ο πελάτης μας:
| Κριτήρια | Περιορισμός | Βάρος |
|---|---|---|
| Ασφάλεια | Ασφαλές για χρήση από τον δάσκαλο καθώς και από τους μαθητές. Επίσης ασφαλές για τυχόν παρευρισκόμενους. | 10 |
| Αντοχή | Το τραπέζι παραμένει σταθερό κατά τη χρήση και το κούνημα. | 9 |
| Κόστος | Λιγότερο ή ίσο με 300 $ (100 $ από το Zane Middle School, 50 $ από κάθε μέλος της ομάδας) | 9 |
| Ανακινήστε τα επίπεδα | Τουλάχιστον 3 διαφορετικά επίπεδα κουνήματος. | 8 |
| Φορητότητα | Δυνατότητα μετακίνησης ή αποθήκευσης (φορητό ή αναδιπλούμενο). Μπορεί να μεταφερθεί εύκολα σε άλλες τάξεις. | 8 |
| Ευκολία χρήσης | Δυνατότητα χρήσης από μαθητές αλλά και από τον δάσκαλο χωρίς σύγχυση ή ζημιά. | 8 |
| Εκπαιδευτική Αξία | Ικανός να διδάξει τους μαθητές για τις επιπτώσεις των σεισμών μόνο με τη χρήση του. | 7 |
| Αντοχή | Διατηρήστε τη χρήση για πολλά χρόνια. | 7 |
| Συνοχή | Το ίδιο κούνημα κάθε φορά που χρησιμοποιείται. | 6 |
| Αισθητική | Αισθητικά ευχάριστο. | 5 |
Περιγραφή του τελικού έργου
Αυτή η σχεδίαση πληροί τα κριτήρια και χρησιμοποιεί τη σχεδίαση Flex Board σε συνδυασμό με τον μηχανισμό ισχύος του Drill Sergeant για να επιτύχει ένα αποτελεσματικό επίπεδο ανακίνησης που ελέγχει με ασφάλεια τις δομές που κατασκευάστηκαν από τους μαθητές στο Zane Middle School. Τα περισσότερα από τα υλικά αποκτήθηκαν από τοπικά καταστήματα ή δωρίστηκαν προκειμένου να μειωθεί το κόστος.
Αυτό το τραπέζι ανακίνησης χρησιμοποιεί ένα τρυπάνι για να περιστρέφει έναν άξονα, ο οποίος μεταφράζει την κίνηση κατά μήκος ενός μεταλλικού άξονα για να κουνήσει την επιφάνεια του τραπεζιού. Η κορυφή του τραπεζιού αποτελείται από επτά ξύλινες πηχάκια, μήκους 21 ιντσών το καθένα, πλάτους τριών ιντσών, που συγκρατούνται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας πλαστικό σωλήνα και εποξειδικό υλικό με μικρά ελατήρια συμπίεσης ανάμεσα σε κάθε πηχάκι. Οι κατασκευές που κατασκευάζονται από τους μαθητές θα συγκρατούνται στην κορυφή του τραπεζιού ανακίνησης χρησιμοποιώντας ιμάντες που συνδέονται με μερικά από τα πηχάκια. Το πάνω μέρος του τραπεζιού υποστηρίζεται από συνολικά οκτώ ελατήρια συμπίεσης που συνδέονται με πέντε από τα επτά ξύλινα πηχάκια, τρία από τα πηχάκια θα έχουν δύο ελατήρια συνδεδεμένα σε αυτά, αλλά δύο από τα πηχάκια θα έχουν μόνο ένα ελατήριο. Τα ελατήρια συμπίεσης που στηρίζουν την επιφάνεια εργασίας συγκρατούνται στη θέση τους με έναν συνδυασμό εποξειδικού, τοποθετώντας το άκρο του ελατηρίου στη σανίδα 1/4 της ίντσας και συμπιέζοντας επίσης τα ελατήρια κατά ένα τέταρτο της ίντσας χρησιμοποιώντας ένα σύρμα συσφιγμένο με δακτύλιους αλουμινίου.
Το τραπέζι ανακίνησης είναι τοποθετημένο σε ένα μεταλλικό καρότσι που είναι σχεδόν τέσσερα πόδια ψηλό, δύο πόδια μήκος και τρία πόδια πλάτος. Το καρότσι κυλά σε δύο κανονικούς και δύο τροχούς ασφάλισης για να αποτρέψει την κίνηση κατά τη διάρκεια της δοκιμής, αλλά παρέχει επίσης μια πρίζα για να τροφοδοτήσει το τρυπάνι με καλώδιο που κουνάει την επιφάνεια του τραπεζιού. Το καρότσι είναι αρκετά μεγάλο ώστε να επιτρέπει στους μαθητές να παρακολουθούν τις δομές που δοκιμάζονται και έχει ράφια κάτω από το τραπέζι ανακίνησης για περισσότερο χώρο αποθήκευσης.
Κόστος
Οι δαπάνες που περιλαμβάνονται σε αυτό το έργο παρουσιάζονται παρακάτω. Πολλά από τα υλικά αγοράστηκαν ενώ μερικά δωρήθηκαν.
| Ποσότητα | Υλικό | Πηγή | Κόστος ($) | Σύνολο ($) |
|---|---|---|---|---|
| 2 | Ξύλινες σανίδες 1"x4"x8". | Ace Hardware | 8,99 | 17.98 |
| 8 πόδια. | Σωλήνες βινυλίου | Ace Hardware | .23 | 1,84 |
| 1 | Κόκκινη βαφή με σπρέι | Ace Hardware | 4,99 | 4,99 |
| 6 | Ελατήρια Συμπίεσης | Ace Hardware, Arcata | 3.29 | 19.74 |
| 2 | Ελατήρια Συμπίεσης | Ace Hardware, Sunny Brae | 3.49 | 6,98 |
| 1 | Μπάρα χάλυβα | Η αυλή του μύλου | 3.49 | 3.49 |
| 12 | Σκουφάκια αλουμινίου | Ace Hardware, Arcata | .80 | 9,60 |
| 2 | Σκουφάκια αλουμινίου | Ace Hardware, Sunny Brae | .99 | 1,98 |
| 12 | Mini Springs | Ace Hardware, Eureka | .75 | 9.00 |
| 1 | Εποξειδική | Ace Hardware, Eureka | 4,99 | 4,99 |
| 1 | Κόμβος άξονα | Σκραπ και διάσωση Arcata | 5.00 | 5.00 |
| 1 | Τρυπάνι | Pierson Building Center | 50.00 | 50.00 |
| 1 | Βασικό Συμβούλιο | Η αυλή του μύλου | Δωρεές | 0,00 |
| 6 πόδια | Πλεκτό συρμάτινο καλώδιο | Marty's Shop | Δωρεές | 0,00 |
| 1 | Καροτσάκι | Γυμνάσιο Zane | Δωρεές | 0,00 |
| Collin and Marty's Help: Drilling, Sawing | Marty's Shop | Ανεκτίμητος | 0,00 | |
| 12 | Ξυλοβίδες | Marty's Shop | Δωρεές | 0,00 |
| 1 | Μπουλόνι | Marty's Shop | Δωρεές | 0,00 |
| 4 | Ακτίνες | Σκραπ και διάσωση Arcata | Δωρεές | 0,00 |
| 2 | Μεταλλικά γωνιακά σιδεράκια | Marty's Shop | Δωρεές | 0,00 |
| 2 | Σκουφάκια αλουμινίου | Marty's Shop | Δωρεές | 0,00 |
| Συνολικό Κόστος | 135,59 $ | |||
Αποτελέσματα δοκιμών
Κατά τη δοκιμή του τραπεζιού ανακίνησης για πρώτη φορά, έδειξε ότι η μέθοδος του flex board λειτούργησε και δημιούργησε την κυματική κίνηση που θεωρήθηκε αρχικά, αλλά υπήρχαν ακόμα μερικά ζητήματα που έπρεπε να επιλυθούν. Αυτά τα ζητήματα περιελάμβαναν τη σωλήνωση βινυλίου που βγήκε από τις ακραίες ξύλινες ράγες και τη βίδα που συνδέει τη χαλύβδινη ράβδο με το σύστημα έκκεντρου που μπλοκάρει και σταματά την κίνηση. Αυτές οι μικρές επιπλοκές διορθώθηκαν περνώντας τις ακτίνες που είχαν απομείνει από την πλήμνη του άξονα μέσω του σωλήνα βινυλίου για να συγκρατηθεί η θέση του. Η βίδα εμπλοκής στερεώθηκε προσθέτοντας κλείδωμα σπειρώματος στο άκρο της βίδας για να μην σφίξει υπερβολικά στη χαλύβδινη ράβδο.
Πώς να χτίσετε
Ανοίξτε δύο τρύπες μέσα από 7 ξύλινες σανίδες. Περάστε τη σωλήνωση βινυλίου μέσα από κάθε σανίδα και τρύπα, βάζοντας μίνι ελατήρια ανάμεσα σε κάθε σανίδα.
Τρυπήστε τσέπες ίδιου μεγέθους με μεγαλύτερα ελατήρια στις σανίδες του τραπεζιού και στη σανίδα βάσης. Δύο σε κάθε μια από τις ακραίες σανίδες, δύο στη μεσαία σανίδα και μία στη μέση της γύρω σανίδας. Ανατρέξτε στην παραπάνω εικόνα AutoCAD.
Τοποθετήστε ελατήρια στις τσέπες και των δύο σανίδων. Περάστε το συρμάτινο καλώδιο μέσα από την πλακέτα βάσης, το ελατήριο και μετά την επιφάνεια του τραπεζιού. Πιάστε το σύρμα χρησιμοποιώντας λάστιχα αλουμινίου, για να κρατήσετε τα ελατήρια στη θέση τους ανάμεσα στις σανίδες.
Κολλήστε τα ελατήρια στις τσέπες, με εποξειδικό για επιπλέον στήριξη και αντοχή.
Πάρτε την πλήμνη του άξονα από τον μπροστινό τροχό ενός ποδηλάτου, αφαιρέστε τις ακτίνες και σφραγίστε τον άξονα σε ξύλινο κομμάτι με εποξειδικό. Στερεώστε ένα σύστημα έκκεντρου (κουνητή κίνηση) στο ένα άκρο του άξονα. Συνδέστε μια χαλύβδινη ράβδο στο σύστημα έκκεντρου. Στη συνέχεια, σφίξτε το τρυπάνι στο άλλο άκρο του άξονα.
Στερεώστε το ξύλινο μπλοκ με την πλήμνη του άξονα και το σύστημα έκκεντρου τρυπώντας βίδες μέσα από γωνιακά στηρίγματα στη σανίδα βάσης και το ξύλινο μπλοκ.
Συνδέστε δύο ξύλινα μπλοκ κάτω από την επιφάνεια του τραπεζιού και βάλτε τη ράβδο χάλυβα μεταξύ τους, βιδώνοντάς την στη θέση της. Τώρα που όλα είναι συνδεδεμένα, συνδέστε το τρυπάνι και αρχίστε να ανακινείτε.
