XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Модель замкнутой системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO «Первые механизмы»
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Наша команда живет в активно экономически развивающемся регионе. Тюменская область богата не только заводами, производствами, добычей полезных ископаемых, но и специалистами в овощеводстве.
На территории Тюменской области есть агро-фирмы, которые не только обеспечивают областные магазины свежей продукцией, но и являются партнерами известных компаний, например «LAY’S».
Заинтересовавшись вопросом развития области овощеводства, наша команда посетила аграрный университет, и экскурсию в агро-холдинг «КРиММ», где, при помощи экспертов выяснила, что одной из самых актуальных проблем современного сельского хозяйства, является поддержание температуры в +2-4 градуса в овощехранилищах и поддержание низкого уровня влажности при помощи постоянно использующейся системы вентиляции. Трудности в данных вопросах возникают из-за дороговизны оборудования и больших объемов овощей, которые очень трудно хранить без потерь. Особенно это касается картофеля. При смене температуры, высокой влажности он быстро начинает гнить, прорастать и становится непригоден в пищу.
Наша команда поставила перед собой цель-создание замкнутой системы вентиляции, которая охлаждает картофель без использования холодильного оборудования, чем экономит средства предпринимателей и сохраняет картофель свежим очень долго.
Для создания модели мы выбрали хорошо знакомый нам учебный набор, позволяющий быстро создать, протестировать и усовершенствовать любую конструкцию-LEGO
«Первые механизмы», а так же поставили перед собой ряд задач, которые позволят нам достичь цели:
-Изучение существующих типов вентиляции на промышленных овощебазах;
-Создание модели замкнутой системы вентиляции для овощехранилищ
на базе конструктора LEGO «Первые механизмы»;
-Испытать разработанную систему для выявления ее преимуществ и недостатков;
-Проанализировать эффективность использования модели среди учащихся школы интеллектуального развития «Мистер Брейни», а так же в рамках международного STEAM –соревнования «Лига Открытий».
В своей работе мы ориентировались на такие источники как: LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов; Курс «Машины и механизмы», ШИР«Мистер Брейни»; Lego удивительные творения. А так е интернет источники: https://krimm.ru; https://ceds.ru.
Глава 1. Теоретическое обоснование создания модели замкнутой системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO «Первые механизмы».
1.1 Современные типы вентиляции на промышленных овощебазах.
На овощебазах (овощехранилищах) используются различные типы вентиляции, которые подбираются в зависимости от особенностей хранилища, объема продукции и вида овощей. К основным видам вентиляции относятся естественная, принудительная и активная.
При естественной вентиляции используется природное движении воздуха, вызванное температурными различиями внутри и снаружи помещения. Для естественной вентиляции используются неглубокие приточные и вытяжные каналы, которые могут быть оборудованы регулируемыми заслонками или клапанами. В зимнее время воздуховоды утепляют, чтобы предотвратить образование конденсата и наледи. Однако такой способ подходит для небольших складов и при навальном типе хранения. (Приложение, Рисунок 1.1.1) [4]
Принудительная вентиляция организует движение воздушных потоков с помощью вентиляторов. Она бывает двух видов-приточная и вытяжная.
При приточной вентиляции вентиляторы нагнетают свежий воздух из наружной среды, а излишняя влага и газы удаляются через воздуховоды, расположенные под потолком.(Приложение, Рисунок 1.1.2) При вытяжной вентиляторы удаляют воздух из хранилища наружу, а приток свежего воздуха производится через воздуховоды в нижней части помещения.[4]
Принудительная вентиляция позволяет точно контролировать параметры микроклимата, создавая оптимальные условия для хранения и требует достаточно высокоорганизованного мониторингна. [5]
Активная вентиляция предполагает направленный обдув овощей воздушным потоком с заданной скоростью и давлением. Она эффективно работает в местах хранения плодов, унося излишние газы, влагу и тепло. Обдув может производиться снизу вверх или сверху вниз, чтобы избежать возникновения пыли. (Приложение, Рисунок 1.1.4)[5]
Не смотря на разнообразие существующих методов, в них есть явные недостатки, естественной вентиляции не хватает для промышленных масштабов, активная и принудительная вентиляции требуют значительных расходов и постоянного контроля. В связи с этим создание альтернативного варианта, позволяющего экономно и эффективно распределять воздух и поддерживать температуру в овощехранилищах достаточно актуально.
Глава 2. Модель замкнутой системы вентиляции для овощехранилищ
на базе конструктора LEGO «Первые механизмы»
2.1 Конструкция модели замкнутой системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO «Первые механизмы»
Так как нам хорошо известны возможности учебного конструктора LEGО «Первые механизмы» мы выбрали именно его для создания своей демонстрационной модели. Данный тип ученого материала позволяет создать пространственное представление о созданной системе вентиляции, а так же имеет возможность показать принцип действия используемых механизмов.
Условно нашу модель можно разделить на несколько частей: подземная вентиляционная система, потолочная вентиляционная система, распределитель. (Приложение, Рисунок 2.1.1)
Подземная вентиляционная система служит для того что бы естественный прохладный воздух циркулировал вверх к овощам по воздуховодам. Данная конструкция работает при помощи ременной передачи, а так же одновременно с ней начинает работу зубчатая передача, благодаря которой запускается распределитель картофеля. [1]
При навальном типе хранения проблема состоит в том, что картофель располагающийся в середине получает недостаточно воздуха и процессы гниения начинаются именно там, поэтому мы решили дополнить систему вентиляции механизмом, который будет аккуратно перемешивать картофель позволяя получать достаточно прохладного воздуха для длительного хранения Данный механизм работает при помощи осевой передачи, двух червячных передач и рычагов. (Приложение, Рисунок 2.1.2) [3]
Проход для технического обслуживания к подземной вентиляции мы изобразили при помощи ворот на кривошипно-шатунном механизме. (Приложение. Рисунок 2.1.3) [3]
Потолочная система вентиляции предотвращает образование конденсата и поддерживает необходимый уровень влажности. Ее принцип работы аналогичен подземной системе и функционирует при помощи ременной передачи (Приложение, Рисунок 2.1.4)
Для удобства транспортировки картофеля по хранилищу мы снабдили его конвейерной лентой, на которой может располагаться не только насыпная картошка, но и мешки. (Приложение, Рисунок 2.1.5) [2]
В качестве демонстрации универсальности использования нашей идеи которая включает в себя условно смешанный тип вентиляции, где естественно охлажденный воздух при помощи механизированной системы вентиляции циркулирует по овощехранилищу, мы достроили хранилище с контейнерным типом хранения, в котором так же разместили вентиляцию. Она работает при помощи зубчатой передачи. (Приложение, рисунок 2.1.5)
2.2 Демонстрация возможностей модели замкнутой системы вентиляции на базе конструктора LEGO «Первые механизмы» на примере одного запуска
Старт работы начинается тогда, когда самосвал выгружает в овощехранилище новую партию овощей. Распределитель, работающий от червячной передачи, начинает постепенно и равномерно продвигать картофель. Одновременно с ним начинает работу подземная вентиляционная система поднимая холодный воздух по воздуховодам вверх. Спустя небольшое время начинает работу потолочная вентиляционная система, которая помогает циркуляции воздуха и устраняет конденсат, который может возникнуть из-за разницы температур.
В случае если необходимо выгрузить картофель из овощехранилища в грузовик для транспортировки в магазин-начинает работу конвейер. Он порционно выгружает картофель в кузов, до момента достаточного заполнения.
2.3 Экспериментальное доказательство эффективности использования модели замкнутой системы вентиляции на базе конструктора LEGO «Первые механизмы»
С целью оценивания проделаннной нами работы мы поучаствовали в двух мероприятиях, посвященных техническому творчеству. Первое-внутри школьный чемпионат творческих проектов, второе-международное STEAM-соревнование «Лига Открытий на региональном, а затем и на всероссийском этапе.
В рамках внутри-школьного чемпионата наша команда представив свою работу была оценена 5 экспертами, по критериям, представленным в таблице ниже.
Таблица 1.
|
Критерий |
Эксперт 1 |
Эксперт 2 |
Эксперт 3 |
Эксперт 4 |
Эксперт 5 |
|
Сложность использованных механизмов |
5 |
5 |
5 |
5 |
4 |
|
Актуальность идеи |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
Новизна |
5 |
5 |
5 |
4 |
5 |
|
Эстетичность исполнения |
4 |
5 |
5 |
4 |
4 |
Высший балл оценивания-5..
А региональном уровне STEAM-соревнования наша команда получила почетное второе место и номинацию «Самостоятельность и профессионализм», на всероссийском этапе соревнования наша команда стала победителем в номинации «Самостоятельность и профессионализм». (Приложение, Рисунок 2.4.1)
На всероссийском этапе, нашу идею оценивали по множеству критериев, где в преимуществе мы поучили «Превосходящий» уровень исполнения. (Приложение, Рисунок 2.4.2)
Полученные награды и высокие оценки дают право полагать, что наша идея перспективна, а ее исполнение в реальной жизни будет эффективным.
Заключение
В ходе работы над проектом «Замкнутая система вентиляции» наша команда не только углубила свои знания о современных технологиях хранения овощей, но и приняла активное участие в поиске решений актуальных проблем, стоящих перед агро-сектором Тюменской области. Мы осознали, что, несмотря на богатые ресурсы и развитую инфраструктуру, сохранение урожая, особенно картофеля, остаётся значительной сложностью для местных производителей.
Создание модели замкнутой системы вентиляции на базе конструктора LEGO «Первые механизмы» позволило нам не только лучше понять принципы функционирования вентиляционных систем, но и развить навыки конструктивного мышления и работы в команде. Реализация поставленных задач, включая изучение существующих типов вентиляции и испытание нашей модели, продемонстрировала, что инновационные подходы могут служить эффективной альтернативой традиционным методам хранения.
Мы уверены, что результаты нашего проекта могут быть полезны не только учащимся школы интеллектуального развития «Мистер Брейни», но и овощеводам региона, стремящимся оптимизировать процесс хранения и минимизировать потери урожая. В будущем мы надеемся продолжить исследование новых технологий в области сельского хозяйства, а также активно участвовать в научных и образовательных мероприятиях, таких как международные STEAM-соревнования.
В заключение, наш проект подчеркивает важность применения инновационных решений для решения актуальных задач сельского хозяйства. И, как показали наши исследования, правильное использование технологий и механизмов может значительно повысить эффективность хранения овощей, что, в свою очередь, содействует развитию отрасли и экономическому благополучию региона.
Так же данная модель может быть использована как демонстрационное пособие на уроках робототехники.
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://krimm.ru;
5. https://ceds.ru.
Приложение
|
Рисунок 1.1.1 |
Рисунок 1.1.2 |
|
Рисунок 1.1.3 |
Рисунок 1.1.4 |
|
Рисунок 2.1.1 |
Рисунок 2.1.2 |
|
Рисунок 2.1.3 |
Рисунок 2.1.4 |
|
Рисунок 2.1.5 |
Рисунок 2.4.1 |
|
Рисунок 2.4.2 |