XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Альтернативный способ добычи сапропели «Вжик» на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Тюменская область-богата на полезные ископаемые. Помимо песка, глины, торфа, супеси, нефти и попутного газа активно развивается добыча сапропели.
Многие из способов добычи полезных ископаемых вредны для окружающей среды, и мы увидели проблему в том, что несмотря на необходимость добычи полезных ископаемых, не всегда последствия этой добычи являются безопасными.
Для нас эта тема является актуальной так как мы-будущее нашего региона и от нас и наших будущих знаний и ценностей будет зависеть его благополучие.
Наше внимание привлекла именно добыча сапропели, так как остальные отрасли добычи полезных ископаемых достаточно долго развиваются в нашей области, и регламентированы множеством правил и условий ограничивающих наносимый вред природе.
В связи с этим наша команда поставила перед собой цель- создать систему, позволяющую эффективно и безопасно добывать сапропель с водохранилищ, не вредя экологии.
Наша команда сформулировала следующие задачи, для достижения цели:
-определить назначение сапропели и рациональность ее добычи;
-изучить способы добычи сапропели;
-создать модель, демонстрирующую альтернативный, безопасный для экологии способ добычи сапропели на базе конструктора LEGO WeDo 2.0;
-продемонстрировать возможности модели отражающей альтернативный способ добычи сапропели «Вжик» на базе конструктора LEGO WeDo 2.0 на примере одного выступления;
-проанализировать эффективность выбранного способа.
В процессе работы мы пользовались следующими источниками: LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов; Курс «Машины и механизмы», ШИР«Мистер Брейни»; Lego удивительные творения; интернет-журнал bigenc.ru; studylib.ru.
Глава 1. Теоретическое обоснование создания модели, демонстрирующей альтернативный способ добычи сапропели «Вжик» на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
1.1 Назначение сапропели и рациональность ее добычи
Сапропель-это илистые отложения в пресных водоемах. Внешне сапропель напоминает жирную на ощупь, зернистую массу, цвет которой может варьироваться от розового до коричневого. (Приложение, Рисунок 1.1.1) [4]
Сапропель образуется в течении нескольких десятилетий на дне непроточных водоемов, с ограниченным доступом кислорода. Благодаря растениям и жителям водоемов в сапропели преобладают различные полезные вещества: натрий, калий, фосфор, аминокислоты, ферменты, гуминовые кислоты. (Приложение, Рисунок 1.1.2)
Чаще всего сапропель используют в качестве удобрений фермеры и садоводы. В качестве минеральной подкормки его добавляют в корма сельскохозяйственных животных. Так же сапропель популярна в медицине для грязелечения. [5]
Так же сапропель применяют в строительной индустрии, с его помощью изготавляют облегченные теплоизоляционные материалы и стеновые кирпичи. Так же сапропель пользуется популярностью в горнодобывающей промышленности, для приготовления буровых растворов. [5]
Исходя из того, что сапропель может быть использовано во множестве отраслей мы считаем ее добычу рациональной.
1.2 Способы добычи сапропели
Есть несколько основных способов добычи сапропели.
Одним из известных является гидромеханизированный способ, включающий использование землесосных снарядов с последующим транспортированием материала по трубам в отстойники, где ведут обезвоживание и сушку сапропели. [1] Недостатками известного способа являются: использования больших территорий под отстойники и большая трудоемкость.[5] (Приложение, Рисунок 1.2.1)
Второй способ добычи- грейферный. Он заключается в том, что грейферным экскаватором, установленным на понтоне, сапропелевую массу грузят в баржу, которую транспортируют к берегу для разгрузки. Разгрузку баржи осуществляют также грейферным экскаватором Недостатками грейферного способа является неравномерное извлечение сапропелей из площади водоема.[5] (Приложение, Рисунок 1.2.2)
Наша команда предлагает альтернативный способ добычи сапропели, схожий с добычей нефти. Мы предлагаем использовать горизонтальные скважины. Они позволят не тратить много места для отстойников, в которых будет обезвоживаться сапропель, а так же не будут мутить воду, уничтожая оставшихся в заболоченных водоемах жителей.
После очистки водоема от сапропели, можно организовать рыбное хозяйство или зону отдыха, так как вода после очистки дна от сапропель становится чистой всего через месяц и снова пригодна для жизни рыб.
Глава 2. Модель «Вжик» демонстрирующая альтернативный способ добычи сапропели на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
2.1 Конструкция модели «Вжик» демонстрирующей альтернативный способ добычи сапропели на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Наша команда выбрала для создания функциональных частей модели конструктор LEGO WeDo 2.0 так как он прост и удобен в использовании и имеет множество возможностей для технического творчества.
В нашей модели использовано 2 мотора, два хаба и датчик движения.
Основная часть нашей модели- скважина для добычи сапропели, изображенная при помощи гусеничного механизма. (Приложение, Рисунок 2.1.1) [3]
Он является частью сложного механизма демонстрирующего не только процесс добычи сапропели, но и жизнь водоема. Один мотор запускает сложный механизм, в котором есть: кулачковый механизм, осевая передача, зубчатая передача, зубчатая передача и гусеничный механизм. (Приложение, Рисунок 2.1.2) [2]
Особенное внимание хотим уделить кулачковому механизму-при его помощи демонстрируется движение воды во время добычи сапропели. (Приложение, Рисунок 2.1.3) [1]
Вторая часть-показывает возможности после очистки водоема от сапропели. Здесь изображено рыбное хозяйство. При помощи угловой зубчатой передачи и оси вращения рыбы двигаются и по сигналу датчика движения издается звуковой сигнал имитирующий бульканье. (Приложение, Рисунок 2.1.4)
2.2 Управление моделью «Вжик» демонстрирующей альтернативный способ добычи сапропели на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Модель «Вжик» управляется при помощи программного обеспечения WeDo 2.0 так как оно просто в управлении и нам хорошо знакомо.
Так как в модели использовано два мотора, то мы синхронизировали их запуск при помощи блока «Начать при нажатии клавиши». При запуске одна программа отвечает за бесконечную работу скважины добывающей сапропель и за работу механизма, демонстрирующего движение воды. Вторая программа-цикл отвечающий за работу рыбного хозяйства.(Приложение, Рисунок 2.2.1)
2.3 Демонстрация возможностей модели отражающей альтернативный способ добычи сапропели «Вжик» на базе конструктора LEGO WeDo 2.0 на примере одного выступления
Свою модель публично нам удалось продемонстрировать на региональном этапе чемпионата «Лига исследований».
При запуске программы одновременно начинает свою работу скважина, добывающая сапропель со дна водоема. По принципу горизонтальной нефтяной скважины наша расположена под углом и постепенно проникает вглубь месторождения. Вся добытая сапропель попадает сразу из скважины в самосвал, который везет сырье на производство, где его готовят к дальнейшему использованию. Для привлечения внимания слушателей мы оживили водоем, когда работает скважина создается небольшая рябь, демонстрирующая работу по добыче сапропели.
Рядом с месторождением мы продемонстрировали перспективу дальнейшего развития водоема. После очистки от сапропели, воде потребуется небольшое время что бы осел песок и глина, поднявшиеся при добыче, и затем чистый водоем будет пригоден для жизни пресноводных рыб. На территории водоема можно сделать рыбное или рыболовное хозяйство или зону отдыха, так как на следующие несколько десятилетий вода будет чистой.
2.4 Экспериментальное доказательство эффективности альтернативного способа добычи сапропели «Вжик» на базе конструктора LEGO WeDo 2.0
Так как проверить эффективность нашей задумки в реальных условиях в силу возраста и возможностей для нас пока недостижимо, мы продемонстрировали свою работу нескольким экспертам. В качестве экспертов были судьи чемпионата «Лига исследований» и сотрудники компании «РосНефть», с которыми мы познакомились на экскурсии по компании.
Среди них мы провели голосование, в котором предложили оценить нашу работу.
|
Считаете ли вы альтернативный способ добычи сапропели «Вжик», использующий горизонтальную скважину эффективным? Оцените идею от 0 до 10, где 0-неэффективно, 10-эффективно. |
|
|
Ответ: |
Для подсчета результатов мы придумали следующую шкалу:
0-5 баллов. Идея не эффективна, стоит подыскать более рациональный вариант добычи сапропели.
6-10 баллов. Идея альтернативного способа добычи сапропели эффективна, стоит ее развивать в дальнейшем.
Всего проголосовало 12 человек. По итогам голосования 3 поставили 0-5 баллов, 9 человек 6-10, что дает нам право считать предложенный нами способ добычи сапропели эффективным.
Заключение
Наш регион богат на полезные ископаемые, однако после их добычи на месторождениях, как правило остается разруха. Природа несет потери. Наша коанда увидела проблему в том что человек своими руками разрушает окружающий его мир, делая его небезопасным для следующих поколений. Не смотря на разнообразие добываемого сегодня сырья некоторое недооценено и еще не набрало популярность. В процессе нашего исследования нас заинтересовала добыча сапропели, так как остальные отрасли добычи полезных ископаемых достаточно долго развиваются в нашей области, и регламентированы множеством правил и условий ограничивающих наносимый вред природе. Так же сапропель имеет множество применений в различных областях.
В связи с этим наша команда поставила перед собой цель- создать систему, позволяющую эффективно и безопасно добывать сапропель с водохранилищ, не вредя экологии. Для ее достижения мы изучили несколько источников что бы выяснить как и зачем добывают сапропель, и создали модель демонстрирующую альтернативный, безопасный для экологии способ добычи сапропели на базе конструктора LEGO WeDo 2.0. ее основой был заимствованный из нефтедобывающей промышленности принцип горизонтальной скважины.
Для доказательства эффективности предложенной нами идеи мы выступили перед экспертами на чемпионате «Лига исследований», где получили номинацию «За инновационную идею», а так же связались он-лайн с сотрудниками компании «РосНефть» и показали как придумали использовать горизонтальную скважину. По итогам голосования среди экспертов мы получили достаточно высокие оценки и убедились в правильности выбранной темы и рациональности направления. Данная модель может быть использована на уроках информатики, робототехники а так же окружающего мира и биологии, что бы более наглядно рассказать ученикам о добыче полезных ископаемых в Тюменской области и их перспективах.
Список литературы:
1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
2. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.
3. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.
Интернет источники:
4. https:// bigenc.ru;
5. https:// studylib.ru.
Приложение
|
Рисунок 1.1.1 |
Рисунок 1.1.2 |
|
Рисунок 1.2.1 |
Рисунок 1.2.2 |
|
Рисунок 2.1.1 |
Рисунок 2.1.2 |
|
Рисунок 2.1.3 |
Рисунок 2.1.4 |
|
Рисунок 2.2.1 |