XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Автоматизированная погрузка и разгрузка товара на железнодорожном транспорте. Модель на базе конструктора Lego Wedo

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Куницин К.М. 1Ящук А.И. 1Корючин Р.Э. 1Редин И.Д. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейн"

Корякина П.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейн"

Работа в формате PDF

2.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Разные регионы нашей страны имеют производства и снабжают друг друга товарами с помощью грузовых перевозок. Грузоперевозки осуществляются разными видами транспорта: автомобильным, железнодорожным, авиационным и морским. Самыми популярными являются грузовые перевозки в пределах проложенных маршрутных путей: автомобильные и железнодорожные.

Чаще всего на железнодорожном транспорте погрузка и разгрузка товара осуществляется людьми – это долгий и трудоёмкий процесс, который часто приводит к такой проблеме, как задержка, потеря товара. А еще люди могут получить серьёзные травмы.

Мы решили изучить проблему долгой и травмоопасной для людей погрузки и разгрузки товаров на ЖД транспорте, и разработать проект, демонстрирующий безопасную автоматизированную погрузку и разгрузку посылок в условиях железнодорожных грузоперевозок.

Цель исследования: Разработать и смоделировать проект автоматизированной погрузки и разгрузки посылок на железнодорожном транспорте для обеспечения быстрого и безопасного разгрузочно-погрузочного процесса на базе конструктора Lego WeDo 1.0.

Задачи исследования:

Познакомиться с процессом грузовых перевозок на железнодорожном транспорте

Расширить знания о видах погрузочно-разгрузочных работ на железнодорожном транспорте

Создать модель автоматизированной погрузки и разгрузки товаров на жд транспорте из конструктора Lego

Протестировать работу модели с подвижными элементами

В качестве источников информации мы использовали книги и методические пособия по образовательной робототехнике [1], а также информационные сайты: https://metallicheckiy-portal.ru/ и https://perevozka24.ru . Посещение склада-магазина компании «ПартКом» в рамках познавательной экскурсии дало нам множество знаний и идей для оформления проекта.

Глава 1. Грузовые перевозки на железнодорожном транспорте

Железнодорожный транспорт — один из наиболее востребованных и недорогих способов транспортировки грузов (Приложение, Рисунок 1.1). Железные дороги соединяют многие города и страны, что обеспечивает возможность быстрой и удобной доставки товаров на большие расстояния. Однако организация железнодорожных перевозок не так проста и требует особых знаний и опыта.

Виды железнодорожных перевозок

В зависимости от комплектации грузов выделяют пять способов перевозки:

• Повагонная перевозка (Приложение, Рисунок 1.2). Товары распределяют по вагонам в соответствии с накладными. То есть на каждую накладную отдельный вагон;

• Контейнерная перевозка (Приложение, Рисунок 1.3). Принцип распределения схож с предыдущим, но на одну накладную выделяется один контейнер для погрузки товаров;

• Малотоннажная отправка. Если грузы весят менее 20 тонн и не занимают более половины вагона, то для них отдельный вагон не предоставляется;

• Групповая перевозка. Объединяет несколько вагонов или контейнеров, в которых размещены товары, проходящие по одной накладной, но требующие больше места;

• Маршрутная отправка (Приложение, Рисунок 1.4). Груз проходит по одной накладной, но занимает целый состав поезда.

Помимо этого, железнодорожные грузоперевозки разделяются на два вида по частоте обращений заказчиков:

• Регулярные отправления — поставки осуществляются по заранее спланированному графику и маршруту;

• Периодические отправления — разовые заказы.

Правила железнодорожных грузоперевозок

Транспортировка любых грузов железнодорожным транспортом регулируется законодательством страны, по территории которой проезжает состав. Для каждого типа товаров обозначены отдельные правила. Грузы классифицируют по размеру, весу, техническим характеристикам, требуемым условиям перевозки и т. д. Продукция, требующая специализированной транспортировки, отмечается соответствующим знаком.

Порядок организации ж/д перевозок

Организация железнодорожных грузоперевозок делится на три основных этапа:

• Подготовка. Логистическая компания собирает информацию о продукции, подбирает оптимальный вариант транспортировки, выбирает тип вагонов, способ погрузки, укладки и крепления груза в соответствии с требованиями законодательства;

• Погрузка. На этом этапе отправитель передает груз транспортной компании, и осуществляется погрузка товаров в выбранные вагоны. Время погрузочно-разгрузочных работ строго регламентировано, поэтому важна слаженность всех участников процесса. При необходимости обеспечения особых условий транспортировки вагоны заранее оборудуют всем необходимым и подают к месту погрузки точно в оговоренное время;

• Выдача. Заключительный этап железнодорожных перевозок — передача груза получателю. Так как разгрузка тоже регламентирована правилами и ограничена по времени на место выдачи заранее прибывает необходимая техника и рабочие.

Особенности железнодорожных грузоперевозок

Транспортирование грузов отдельным поездом или составом возможно как в пригородной зоне, так и между городами и областями. Ж/дорожное транспортное сообщение представляет собой сложную схему, где ключевыми фигурантами выступают: грузоотправители, сотрудники ж/дороги, грузополучатели. Что касается ответственности, то ее несут все участники процесса. Так, получателем крупногобарита должна быть предоставлена спецтехника для разгрузки; организатором предоставлена вся необходимая документация, а представителем товара должна гарантироваться безопасность.

Преимущества железнодорожных грузоперевозок

Грамотная организация ж/д перевозок позволяет отправить продукцию практически в любую точку планеты. К достоинствам данного способа транспортировки также относят:

• Экономическую выгоду — в отличие от автомобильных и авиационных перевозок, доставка ж/д транспортом обходится дешевле, особенно если требуется поставка крупных партий товаров на дальние расстояния;

• Независимость от погодных условий — состояние железной дороги не зависит от сезона и погоды, плюс перевозка может осуществляться круглосуточно;

• Высокий уровень безопасности – поезда гораздо реже подвергаются незаконным действиям со стороны третьих лиц, поэтому перевозимая продукция доставляется в целости и сохранности;

• Универсальность – за счет разных видов вагонов и креплений возможна доставка любых типов грузов;

• Увеличенную грузоподъемность — поезда подходят для перемещения даже особо тяжелых габаритных грузов. Один вагон вмещает такой же объем товаров, как и три стандартные автомобильные фуры.

Недостатки ж/д доставки

Помимо положительных аспектов, существуют и несколько минусов использования железнодорожного транспорта:

• Низкая скорость движения;

• Невозможность доставки до адреса;

• Отсутствие контроля за состоянием товара в пути;

• Длительная погрузка и разгрузка.

Так как отрицательных моментов значительно меньше, железнодорожные грузоперевозки остаются популярными. В России по железным дорогам перевозят более половины всех товаров.

Глава 2. Виды погрузочно-разгрузочных работ на железнодорожном транспорте

Погрузочно-разгрузочные работы на железнодорожном транспорте подразделяются на следующие виды:

– погрузка грузов и контейнеров в вагоны из крытого или открытого склада;

– выгрузка грузов и контейнеров из вагонов в крытый или открытый склад;

– перегрузка грузов и контейнеров из вагонов в вагоны;

– сортировка грузов и контейнеров в вагонах;

– погрузка грузов и контейнеров в автомобиль из крытого или открытого склада;

– выгрузка грузов и контейнеров из автомобилей в крытый или открытый склад;

– внутрискладские работы (сортировка, штабелирование, внутрискладские перемещения грузов и контейнеров).

На всем пути следования с одним и тем же грузом выполняются многочисленные грузовые операции. Число их увеличивается, если перевозка происходит с учетом нескольких видов транспорта. Наибольший эффект достигается при перевозке грузов по схеме «подъездной путь — магистральный железнодорожный транспорт — подъездной путь», когда выполняются две грузовые операции (погрузка в вагон и выгрузка из него), так как автомобильный транспорт в завозе груза на станцию отправления и вывозе груза со станции назначения не участвует. Число операций уменьшается и в случае непосредственной перегрузки (перевалки) грузов из вагонов в суда или автомобили, из судов в вагоны или автомобили, из автомобилей в вагоны или суда, из вагона в вагоны. Такая технология переработки грузов называется прямым вариантом.

Выгрузка и погрузка грузов производится в следующие типы вагонов:

• Крытые вагоны (Приложение, Рисунок 2.1). Преимущества: при этом типе перевозки погодные условия не будут влиять на сохранность товара, он не будет портиться в процессе транспортировки. Недостатки: длительный процесс погрузки. Полувагоны. Преимущества: быстрая и легкая загрузка. Недостатки: маленький допустимый объем загрузки.

• Платформы (Приложение, Рисунок 2.2). Преимущества: относительно быстрая загрузка (около 10 часов максимальный объем загрузки). Недостатки: сложная технология погрузки.

Разгрузка грузовых вагонов – это целый комплекс мероприятий и методов, направленных на поднятие и перемещение груза с платформы.

Особенности разгрузки грузовых вагонов

Способ выгрузки варьируется в зависимости от типа грузового вагона и перевозимых в нем материалов. Как правило, вагонные грузовые составы используют для транспортировки самых различных грузов, которые по своим характеристикам можно условно разделить на:

• крупногабаритные;

• сыпучие;

• пожароопасные;

• габаритные;

• жидкие/твердые агрессивные;

• взрывоопасные и легковоспламеняющиеся;

• не опасные;

• пассажирские и пр.

В зависимости от перевозимых материалов подбираются и железнодорожные вагоны, которые разделяются по способу погрузки-загрузки, рассчитаны на ту или иную нагрузки и классифицируются по своим конструкционным особенностям.

Способы разгрузки вагонов

В зависимости от конструкции и характеристик кузова вагона, определяется и технология обработки (выгрузки-погрузки) такого подвижного состава. Существует 2 способа разгрузки вагонов:

Ручной (Приложение, Рисунок 2.3).

Ручная разгрузка нужна в тех случаях, когда речь идет о транспортировке штучных товаров или грузов, которые нуждаются в максимально аккуратных манипуляциях, чтобы не допустить нарушение целостности упаковки и образование механических повреждений в ходе выгрузки.

Главное преимущество ручного метода – универсальность, в случае необходимости можно заказать грузчиков. Такой способ выгрузки особенно актуален, когда нет возможности применить специализированную технику и нужна максимальная «деликатность» проведения всех работ.

2. Механизированный (Приложение, Рисунок 2.4).

Более современный и практичный способ разгрузки, который эффективно применяется в строительстве, торговле и промышленности. Используется для разгрузки сыпучих и строительных материалов, разгрузки пиломатериалов, блоков, крупногабаритных и тяжеловесных предметов.

Именно этот способ считается наиболее востребованным. Он предусматривает использование специальной техники, средств малой механизации и такелажной оснастки. Наиболее востребованными механизмами, которые используются для выполнения погрузочно-разгрузочных работ, считаются:

• роклы (Приложение, Рисунок 2.5);

• штабелеры (Приложение, Рисунок 2.6);

• погрузчики (Приложение, Рисунок 2.7);

• электротележки (Приложение, Рисунок 2.8);

• грузоподъемные механизмы.

Рокла представляет собой устройство для перемещения груза на паллетах. Она отличается от обычной тележки наличием гидравлического домкрата, который поднимает и опускает вилы.

Штабелер – это транспортное средство, функционал которого заточен не только на транспортировку грузов, но и на их подъем на определенную высоту. Чаще всего такой механизм используется на складах.

Погрузчики могут быть ковшовыми или вилочными. Они предназначены для перемещения штучных и тарных грузов, а также товаров в паллетах. Они также используются для разгрузки, погрузки и штабелирования грузов.

Электротележки по своей конструкции напоминают упрощенный электромобиль. Данное оборудования для разгрузочно-погрузочных работ может поднимать вес до 5 тонн. Еще одно преимущество в подобных электрокарах отсутствуют вредные выхлопы.

К категории грузоподъемных механизмов, предназначенных для проведения погрузочно-разгрузочных работ, относятся краны, лебедки, грузовые лифты, а также электрические и ручные тали. Данное оборудование принято использовать для погрузки и разгрузки металлических и железобетонных конструкций, промышленного оборудования, лесоматериалов, а также мелкокусковых и сыпучих материалов.

В зависимости от типа груза применяется различная техника. Так, для снятия малогабаритных изделий (строительных материалов, паллетов и поддонов) с платформы применяются ручные роклы, гидравлические тележки и грузовые мини-погрузчики.

Опорожнение цистерн осуществляется по трубопроводу с помощью всасывающих вакуумных-насосов. Также для разгрузки применяют конвейерно-бульдозерные разгрузчики, краны-манипуляторы, мостовые краны и т.д. Тип применяемой техники зависит от транспортируемого груза.

Разгрузка думпкарков и вагон-самосвалов осуществляется без применения дополнительной техники. Выгрузка осуществляется самоопрокидыванием.

Глава 3. Экскурсия на склад магазин компании «ПартКом»

Множество знаний и идей для своего проекта к нам пришло после посещения познавательной экскурсии на склад-магазин компании «ПартКом» в г. Тюмень (Приложение, Рисунок 3.1).

Данная компания входит в состав Группы AD Russia, которые готовы оперативно поставить своим клиентам свыше 200 000 наименований автомобильных запасных частей, качество которых полностью соответствует оригинальной продукции, поставляемой на сборочные конвейеры мировых автогигантов, производителей автомобилей: BMW, Ford, GM, Renault, Toyota, VW и др. AD Russia – Российская группа дистрибьюторов автомобильных компонентов, запасных частей, моторных масел, технических жидкостей и смазочных материалов, входящая в состав крупнейшей европейской организации дистрибьюторов автозапчастей – AutoDistribution International.

«ПартКом» уже много лет снабжает лучшие в своём деле автосервисы и магазины запасными частями, маслами, автохимией, дополнительным оборудованием и аксессуарами.

Во время экскурсии сотрудники склада рассказали нам про организацию работы на складе, про используемое оборудование и технику.

Экскурсия началась с того, что нам рассказа о том, как работает склад, какие процессы на нем происходят: прием товара, сортировка, учет, отправка. Весь процесс начинается с Хаба, который является главным логистическим комплексом, состоящего из складских помещений, которые находятся на одной площади (Приложение, Рисунок 3.2). С Хаба посылки распределяются и отправляются в малые склады, например, склад в г. Тюмень который мы посетили в рамках экскурсии.

На складе существует погрузочно-разгрузочная зона (Приложение, Рисунок 3.3). В данной зоне осуществляется подъем, перемещение, опускание груза; эти операции могут выполняться вручную или с помощью машин, механизмов. К погрузочно-разгрузочной зоне подъезжают грузовые машины, производящие разгрузку либо загрузку товара.

Далее товары поступают на сам склад в отдел сортировки. При сортировке данная компания использует систему ТСД – сканирование штрих-кода с коробки (Приложение, Рисунок 3.4). Информация о товаре заносится в базу данных склада. С помощью этой системы мы можем узнать количественные показатели товара, место расположения на складе.

Хранение на складе производится с помощью высоких, вместительных стеллажей (Приложение, Рисунок 3.5). Внутри стеллажей есть этажи и лестницы для удобного перемещения работников склада. На верхние стеллажи товар укладывается при помощи вилочного погрузчика, работу которого нам наглядно показали (Приложение, Рисунок 3.6). В завершении экскурсии нам предоставили возможность поработать с ТСД.

Глава 4. Автоматизированная погрузка и разгрузка товара на железнодорожном транспорте. Модель на базе конструктора Lego Wedo

Создание модели автоматизированной погрузки и разгрузки товара на жд транспорте из конструктора Lego Wedo

Наша модель называется «Автоматизированная погрузка и разгрузка товара на ЖД транспорте», она сконструирована из конструктора LEGO (Приложение, Рисунок 4.1.1, Рисунок 4.1.2).

Наша модель, демонстрирующая автоматизированную погрузку и разгрузку товаров на ЖД транспорте, представляет собой яркий, интересный проект, способный решить проблему долгой и травмоопасной погрузки/разгрузки при грузовых перевозках железнодорожным транспортом.

Неподвижная часть нашего проекта сделана из конструктора Lego City, подвижные части и элементы сконструированы на базе набора Lego WeDo 1.0.

В нашем проекте задействовано 3 мотора, 3 коммутатора, 1 датчик наклона.

Рассмотрим подробно наш проект:

Грузовой автомобиль (Приложение, Рисунок 4.1.3) доставляет товар в зону загрузки и передает его на подъемную платформу (Приложение, Рисунок 4.1.4). Платформа движется вверх до определенной высоты с помощью двух сложных механизмов – червячной и реечной передач (Приложение, Рисунок, Рисунок 4.1.5, Рисунок 4.1.6). Управление платформой осуществляется с помощью датчика наклона.

Когда платформа с грузом достигает нужной высоты – включается манипулятор (Приложение, Рисунок 4.1.7), встроенный в вагон поезда (Приложение, Рисунок 4.1.8). Манипулятор работает с помощью понижающей зубчатой угловой передачи и системы рычагов. При нажатии на клавишу «стрелка вниз» манипулятор раскрывает клешни, опускается и захватывает груз. При нажатии клавиши «стрелка вверх» манипулятор поднимается. Далее проворачиваем рукоятку и направляем груз на вагон. Повторяем опускание и поднятие манипулятора.

Груз в вагоне! Поезд отправляется в пункты доставки. При нажатии на клавишу «цифра 3», мотор приводит в движение зубчатую понижающую передачу, она вращает «катушку» с тросом, который наматывается, сокращается и тянет поезд вперед (Приложение, Рисунок 4.1.9).

Поезд прибывает в пункт доставки, подъезжает в зону разгрузки (Приложение, Рисунок 4.1.10). Включается манипулятор, который выгружает товар на линию приема груза. По линии груз поступает в сортировочный центр (Приложение, Рисунок 4.1.11).

Сортировка грузов происходит с помощью зубчатой угловой передачи и рычага-толкателя (Приложение, Рисунок 4.1.12). Отсортированные грузы поступают на транспортные средства и доставляются по адресам. Посылки доставлены!

В тестовом режиме наша модель работает именно так, как мы задумали. Все механизмы подобраны правильно, обеспечивают исправную работу всех подвижных элементов.

4.2. Создание программного кода для управления моделью

Написание программного кода для нашей модели автоматизированной погрузки и разгрузки посылок на ЖД транспорте в специальном ПО - LegoWeDo (Приложение, Рисунок 4.2.1).

В нашем проекте 3 автоматизированных элемента, для которых мы написали программные коды:

Первые две программы отвечают за работу подъемной платформы. Платформа начинает работать после нажатия клавиши «цифра1». Одновременно запускаются две программы: если датчик наклона принимает положение носом вверх, то Мотор1 включается по часовой стрелке и работать с течение 7,5 секунд – поднимает платформу вверх; если датчик наклона принимает положение носом вниз, то Мотор1 работает против часовой стрелки в течение 7 секунд – опускает платформу вниз.

Третья и четвертая программы отвечают за работу манипулятора. При нажатии клавиши «стрелка вниз» Мотор2 запускает сложный механизм – зубчатую передачу, который раскрывает клешни манипулятора. Мотор2 работать с минимальной мощностью в течение 1 секунды. При нажатии клавиши «стрелка вверх» Мотор2 начинает работать против часовой стрелки, с малой мощностью в течение 1 секунды и закрывает клешни, держа груз внутри.

Последняя пятая программа для движения поезда. Мотор3 запускается при нажатии клавиши «цифра3». Со средней мощностью мотор работает по часовой стрелке в течение 6 секунд. Это время было подобрано с учетом расстояния, которое должен проезжать поезд до места разгрузки.

Заключение

Наша команда подробно рассмотрела и изучила процесс грузовых перевозок на железнодорожном транспорте. Мы узнали, почти половина грузоперевозок осуществляется с помощью ЖД транспорта. Познакомились с особенностями и порядком процесса ЖД грузоперевозок.

Мы подробно изучили преимущества и недостатки железнодорожных грузовых перевозок. Преимуществ оказалось значительно больше, чем недостатков. Также мы расширили знания о видах погрузочно-разгрузочных работ на ЖД транспорте: рассмотрели оборудование, транспорт.

Наша команда разработала и создала свою модель «Автоматизированная погрузка и разгрузка товаров на железнодорожном транспорте» на базе конструктора Lego WeDo 1.0, которая в дальнейшем смогла бы решить проблему травмоопасной и долгой разгрузки/погрузки посылок в условиях ЖД грузоперевозок.

Тестирование подвижных элементов прошло успешно. Мы смогли подобрать правильные механизмы, способные обеспечить бесперебойную работу платформы, манипулятора и поезда. Написание программного кода не составило трудностей, тестирование программы пройдено отлично.

Проект «Автоматизированная погрузка и разгрузка товаров на железнодорожном транспорте. Модель на базе конструктора Lego WeDo 1.0» – это интересная, яркая модель, которая наглядно показывает, как сделать разгрузочно-погрузочный процесс на ЖД транспорте быстрым и безопасным.

Список использованных источников и литературы

Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

Энциклопедия железнодорожного транспорта», научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1995 год.

https://sakh-exp.com/klienty/stati/osobennosti-i-organizatsiya-zheleznodorozhnykh-gruzoperevozok/

https://perevozka24.ru/pages/zheleznodorozhnye-perevozki-osobennosti-preimuschestva-pravila

https://metallicheckiy-portal.ru/articles/logistika/takelajnie_yslygi/kak_razgrujayt_gruzovie_vagoni#:~:text=В%20зависимости%20от%20конструкции%20и,Механизированный

Приложение