XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Зернобаланс.Влияние кузова на зерно
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Проблема плохих дорог в нашем регионе является одной из ключевых причин, влияющих на эффективность транспортировки сельскохозяйственной продукции, в частности, зерна. Неровности и дефекты дорожного покрытия приводят к значительным колебаниям кузова транспортного средства, что, в свою очередь, может негативно сказаться на качестве груза. В частности, механические воздействия во время движения могут вызвать повреждение зерна, его поломку или даже потерю. Это не только снижает экономическую эффективность перевозки, но и может привести к значительным потерям для сельскохозяйственных производителей.
Кроме того, негативное влияние кузова на зерно может быть связано с неправильной конструкцией подвески. Стандартные системы подвески не всегда способны эффективно компенсировать вибрации и колебания, возникающие при движении по плохим дорогам. В результате зерно может подвергаться чрезмерному механическому воздействию, что приводит к ухудшению его качества и увеличению отходов.
Цель: Создание демонстрационной модели гидропневматической подвески для решения проблемы негативного влияния кузова на зерно.
Задачи:
1. Изучить, как кузов может негативно влиять на зерно.
2.Найти существующие решения проблемы
3.Посетить экскурсию в НПЦ «Эврика»
4.Встреча с экспертами
5.Посетить экскурсию в Аграрный Университет Северного Зауралья.
6.Создать модели грузовика
7. Сгенерировать ряд идей по решению проблемы
8. Разработать модель инновационного кузова
9.Запрограммировать модель с применением датчиков
10. Презентация проекта
Глава 1. Негативное влияние кузова на зерно.
Вот некоторые факторы, которые могут оказывать негативное влияние кузова на зерно при транспортировке:
-
Потери через негерметизированные швы. Зерно относится к сыпучим грузам, поэтому важно исключать просыпание товара.
-
Выветривание лёгких зёрен. Например, при транспортировке в самосвалах может наблюдаться выветривание, в результате чего потери груза составляют до 10% от общей массы.
-
Попадание влаги. Необходимо обеспечивать сухость и температурный режим, чтобы исключить попадание влаги на зерно.
-
Воздействие ветра. Чтобы предотвратить потери зерна из-за воздействия ветра, кузов покрывают специальным тентом. (Рисунок 1.1, Приложения) [1]
Чтобы минимизировать негативное влияние кузова на зерно, к транспортным средствам, предназначенным для перевозки зерна, предъявляются определённые требования:
Герметичность кузова. Это минимизирует потери продукта в пути.
Безопасная для пищевых продуктов внутренняя поверхность кузова. Материал изготовления должен отвечать санитарно-гигиеническим требованиям и сохранять свойства зерна.
Запирающие механизмы из оцинкованной или нержавеющей стали. Они необходимы для защиты от коррозии, негативно влияющей на качество продукта.
Наличие тентов. Они должны крепко фиксироваться на кузове и надёжно защищать от ветра, солнца и атмосферных осадков. (Рисунок 1.2, Приложения) [2]
Глава 2. Существующие решения
Существует несколько решений проблемы негативного влияния кузова на зерно.
Вот несколько примеров решений данной проблемы:
1.Использование специализированных автомобилей.
2. Соблюдение требований к транспортным средствам.
3.Соблюдение скоростного режима.
4.Применение автоматизированных систем мониторинга грузов.
5.Использование автоматических систем погрузки и разгрузки.
[3]
Использование специализированных автомобилей:
Для перевозки зерна применяют бортовые зерновозы с герметичными бортами, которые закрываются непромокаемым брезентом. Также используют зерновозы-самосвалы, цистерны и контейнеры с открытым верхом. (Приложение, Рисунок 2.1)
Соблюдение требований к транспортным средствам:
Швы кузова должны быть герметичными, чтобы не происходило просыпание зерна. Покрытие, которое контактирует с зерном, должно отвечать санитарным нормам.
Соблюдение скоростного режима:
Важно ехать без тряски и не допускать рассыпания зерна. Также необходимо исключать попадание влаги на зерно, обеспечивая сухость и температурный режим.
Применение автоматизированных систем мониторинга грузов:
Они позволяют отслеживать и контролировать перемещение грузов на всех этапах перевозки. Это обеспечивает более точное планирование и управление поставками, уменьшает вероятность потери или повреждения груза.
Использование автоматических систем разгрузки и погрузки:
Они ускоряют этот процесс и снижают риски, связанные с ошибками при механической обработке грузов. (Приложение, Рисунок 2.2)
Глава 3. Практическое исследование
Экскурсия в “НПЦ Эврика”
В начале сезона мы съездили на экскурсию в “НПЦ Эврика”. Там мы уточнили информацию о потери зерна во время транспортировки, у кандидата химических наук - Ироиды Васильевны. Она рассказала, что они сотрудничают с такими компаниями, как КРИиМ и Успенское. В этих компаниях данная проблема существует. Основными решениями этой проблемы являются амортизация колес и герметичность кузова.
Также узнали, что:
1.Для чего в удобрении используется торф
2.Для лучшего урожая используется торфяное удобрение,
что минимизирует потери во время сбора
Встреча со специалистами
Мы поделились своим решением со специалистами: Директором Аграрного Университета Устиновым Н.Н. и заведующей кафедры «Растениеводства» А.Афанасьевой.
Эксперты посоветовали нам поработать над герметичностью кузова и спрятать все механические элементы. Профессионалам наш проект понравился они пожелали нам удачи на региональном чемпионате.
Экскурсия в Аграрный Университет Северного Зауралья
Также мы посетили в Аграрный Университет Северного Зауралья.
Государственный аграрный университет Северного Зауралья (ГАУ Северного Зауралья) — высшее учебное заведение в Тюмени, основанное 5 сентября 1959 года. [4]
Некоторые факты об университете:
В структуру входят 6 институтов, 23 кафедры, центры, лаборатории, конноспортивная школа, клиника, биологическая станция, анатомический музей, библиотека.[5]
На лекции кандидат наук Владимир Петрович рассказал, что потери зерна существуют при перевозке, потому что в основном техника старая не герметичная. А еще научились различать семена рожи, пшеницы, овса и т.д.
Глава 4. Практическая часть
4.1. Движение грузовика
Передняя часть кузова грузовика оснащена мотором, который является основным источником энергии для всего транспортного средства. Этот двигатель, который обеспечивает необходимую мощность для движения грузовика и выполнения его функций.
Мотор передает свою мощность через зубчатую передачу. Зубчатая передача состоит из нескольких шестерен, которые соединены между собой и позволяют передавать вращение от мотора к колесам. Это обеспечивает эффективное преобразование мощности двигателя в движение.
Зубчатая передача также позволяет изменять крутящий момент, что особенно важно при движении с тяжелыми грузами или на сложных участках дороги.
Таким образом, передняя часть кузова, оснащенная мотором и зубчатой передачей, является важным элементом конструкции грузовика, обеспечивая его мощность, маневренность в транспортировке грузов.
Мотор, в свою очередь, подсоединен к блоку EV3.Работет от загруженной программы. (Рисунок 4.1.1, Приложения)
4.2. Пневматическая подвеска кузова
После успешного создания модели грузовика мы перешли к разработке пневматической подвески кузова, которая играет ключевую роль в обеспечении безопасности и устойчивости кузова. Эта система была сконструирована с использованием двух пневматических компрессоров, которые приводятся в движение средними моторами.
Нагнетаемый воздух от компрессоров поступает в специальный переключатель, который регулируется в зависимости от направления вращения мотора. Это позволяет точно контролировать поток воздуха, который затем направляется в один из двух разъёмов на пневматическом поршне. В зависимости от того, в какой разъём поступает воздух, поршень либо задвигается, либо выдвигается, что позволяет изменять наклон кузова и адаптироваться к различным дорожным условиям.
Внутренний кузов, представляющий собой половину цилиндра, был напечатан на 3D-принтере(Рисунок 4.2.2, Приложения). Он надежно закреплён к двум поршням с помощью гравитационной оси, что обеспечивает стабильный наклон кузова по оси X(Рисунок 4.2.3, Приложения). Также к нему с низу прикреплён гироскопический датчик, измеряющий наклон кузова по оси Y. Эта конструкция позволяет кузову сохранять горизонтальное положение, что критически важно для поддержания равновесия и предотвращения переворачивания и повреждения зерна.
4.3. Создание программы в ПО Mindstorms
После разработки модели мы приступили к созданию программы в по “Lego Mindstorms”.
В начале программа сбрасывает значение гироскопического датчика и запускает движение робота по прямой с помощью блока рулевого управления в режиме включить с направлением 0 и 50 процентами скорости, после чего запускает бесконечный цикл.
В цикле измеряется наклон грузовика по оси Y с помощью гироскопического датчика и проверяется не превосходит ли оно пороговое значение. Затем в зависимости от результата запускаются средние моторы в противоположных направлениях со 100 процентной скоростью до момента, когда наклон окажется ниже порогового значения, или повторяется проверка, но с отрицательным пороговым значением.
В зависимости от неё, или моторы запускаются в противоположные со скоростью -100 процентов сторону также до момента, когда наклон окажется выше порогового значения, или не происходит ничего. (Рисунок 4.3.1, Приложения)
Вывод
Мы изучили, как кузов влияет на зерно. Выделили некоторые факторы негативного влияния: потери через негерметизированные швы, выветривание лёгких зёрен, попадание влаги, воздействие ветра.
Для их минимизации нашли уже существующие решения: Использование специализированных автомобилей, соблюдение требований к транспортным средствам, соблюдение скоростного режима, применение автоматизированных систем мониторинга грузов, использование автоматических систем погрузки и разгрузки.
Для создания собственного решения провели практические исследования, такие как
1. Посещение экскурсии в «НПЦ«Эврика», где узнали о потери зерна во время транспортировки, а так же для чего используется торф в удобрениях.
2.Встреча со специалистами. Мы поделились своим решением со специалистами: Директором Аграрного Университета Устиновым Николаем Николаевичем и заведующей кафедры «Растениеводства» Анастасией Афанасьевой. Они посоветовали нам поработать над герметичностью кузова и спрятать все механические элементы.
3. Экскурсия в Аграрный Университет Северного Зауралья, там на лекции кандидата наук Владимира Петровича узнали о основных причинах потери зерна во время перевозки: негерметичность кузова и устарелость техники. Научились различать семена овса, пшеницы и т.д.
В результате проведенных исследований и разработки демонстрационного варианта грузовика «Зернобаланс», мы достигли значительных успехов в обеспечении эффективной транспортировки зерновых грузов. Пневматическая подвеска кузова, являясь ключевым элементом конструкции, обеспечивает не только высокую устойчивость при движении, но и адаптивность к различным дорожным условиям. (Рисунок 4.2.1, Приложения)
Использование двух пневматических компрессоров, приводимых в действие средними моторами, позволяет регулировать уровень подвески в зависимости от нагрузки и состояния дороги. Это, в свою очередь, снижает риск повреждения зерна.
Гироскопический датчик, интегрированный в систему, обеспечивает точный контроль за положением кузова в пространстве, что позволяет автоматически подстраивать параметры подвески для поддержания оптимального баланса. Программное обеспечение, разработанное для управления этой системой, обеспечивает простоту и удобство в эксплуатации, что является важным аспектом для пользователей.
Таким образом, разработанная система пневматической подвески кузова грузовика «Зернобаланс» не только улучшает эксплуатационные характеристики транспортного средства, но и открывает новые возможности для эффективной транспортировки зерновых грузов. В дальнейшем планируется провести дополнительные тестирования и доработки, что позволит еще больше повысить надежность и эффективность работы системы.
Ссылки на источники информации
1. https://perevozka24.ru/pages/vidy-gruzovyh-avtomobiley-dlya-transportirovki-zerna-
2. https://verumlogistics.ru/novosti/perevozka-zerna-v-rossii-vybor-transporta-pravila-i-usloviya/
3. https://perevozka24.ru/
4.https://ru.wikipedia.org/wiki/Государственный_аграрный_университет_Северного_Зауралья
5. https://gausz.ru/
Приложения
|
Рисунок 1.1,Зерновоз с тентом |
Рисунок 1.2, Герметичный зерновоз с тентом |
|
Рисунок 2.1, Загрузка грузовика зерном |
Рисунок 2.2 Загрузка корабля зерном |
|
Рисунок 4.1.1, Наша команда на презентации проекта |
|
|
Рисунок 4.2.1, Балансирующий кузов в грузовике |
|
|
Рисунок 4.2.2, внутренний кузов |
Рисунок 4.2.3, крепление на гравитационной оси |
|
Рисунок 4.3.1, Программа |
|