Установка для укладки багажа

XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Установка для укладки багажа

Токарев М.И. 1Владимиров В.И. 1Шилов Р.Е. 1Кузин С.С. 1
1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни
Филинова А.В. 1
1Школа интеллектуально развития Мистер Брейни
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Железнодорожный транспорт является одним из наиболее популярных и массовых способов пассажирских перевозок как в России, так и во многих других странах мира. Одной из важных составляющих комфорта и эффективности эксплуатации пассажирских вагонов является организация пространства для хранения багажа. Особенно актуальной является проблема использования верхних полок для багажа — подъем и спуск с багажом на верхнюю полку могут быть неудобными и опасными, особенно для пожилых людей, детей и людей с ограниченными возможностями

Цель: создание установки для укладки багажа на верхние полки в вагонах железнодорожного транспорта на базе конструктора Lego Spike Prime

Задачи:

  • Рассмотреть основные проблемы при использовании верхних полок для багажа в железнодорожном транспорте

  • Изучить устройство и расположение верхних полок для багажа в зависимости от типа вагона

  • Изучить принцип работы и механизмы подъемных устройств, таких, как ножничный подъемник и пневматическая система

  • Генерация идей

  • Создание установки для укладки багажа на верхние полки в вагонах железнодорожного транспорта на базе конструктора Lego Spike Prime.

  • Создание программы для установки на Python

Глава 1. Верхние полки в железнодорожном транспорте для размещения багажа

    1. Проблема при использование верхних полок для багажа

При использовании верхних полок в поездах возникают проблемы, связанные с неудобствами при поднятии и спуске с багажом, ограниченностью места для хранения вещей и потенциальными трудностями для пассажиров с ограниченными возможностями. 

Основные проблемы

Удобство и безопасность:

Подъем и спуск с багажом на верхнюю полку могут быть неудобными и опасными, особенно для пожилых людей, детей и людей с ограниченными возможностями. (Рисунок 1.1.1, Приложения)

Ограниченность места:

Верхние полки часто не предназначены для длительного хранения объемного багажа, что может создавать неудобства для пассажиров, особенно при дальних поездках. (Рисунок 1.1.2, Приложения)[1]

Потенциальные риски

Если верхняя полка не установлена правильно или не закреплена надлежащим образом, багаж может упасть и причинить вред другим пассажирам. 

Безопасность багажа:

На верхней полке багаж может быть не так надежно защищен, как в нижних ящиках или багажных отделениях, что может повысить риск кражи или повреждения. 

Необходимость согласия:

Если вы хотите разместить багаж на верхней полке другого пассажира, вам потребуется его согласие, что может привести к конфликтным ситуациям. 

Конфликт интересов:

Проблемы могут возникнуть, если пассажиры не разделяют мнение о том, как правильно организовать хранение багажа в купе. 
Пассажиры поезда, путешествующие на верхних местах, имеют право размещать багаж в нижнем рундуке только с разрешения попутчика, кроме случаев, когда иного места для вещей не было предусмотрено. Обычно для них выделяется специальное отделение под потолком, куда и нужно складывать ручную кладь.[2]

Если поднять туда багаж затруднительно, то лучше договориться с попутчиком снизу, чтобы разделить рундук на двоих. Дополнительно на стене есть маленькая полочка для личных вещей, которая выдерживает гигиенические принадлежности, легкую электронику и другие небольшие предметы.

Специальное же верхнее пространство для багажа рассчитано на предельные нагрузки, поэтому выдерживает вещи всех пассажиров из купе поезда или блока плацкарта.[3]

1.2. Устройство и расположение верхних полок для багажа в зависимости от типа вагона

Вагоны железнодорожного транспорта различаются по своему назначению и конструкции. Основные типы пассажирских вагонов — это плацкартные, купейные, вагоны-сВ (вагоны повышенной комфортности), сидячие вагоны, а также вагоны международного сообщения и скоростные поезда (например, "Сапсан", "Ласточка" и др.). В каждом из этих типов вагонов свои особенности устройства верхних полок для багажа.

1. Типы вагонов и их особенности:

  • Плацкартный вагон — открытый тип вагона, где отделения не изолированы, каждый пассажир располагается на нижней или верхней полке в общем салоне.

  • Купейный вагон — закрытый тип вагона с отделениями (купе) на 4 человека, с дверями, обеспечивающими приватность.

  • СВ/Люкс — вагоны увеличенного комфорта, купе на 1-2 места.

  • Сидячий вагон — с креслами, как в автобусе или самолёте, используется для коротких поездок.

  • Скоростные поезда — с креслами или зонами для багажа, часто новым дизайном размещения вещей.

2. Верхние полки для багажа: расположение и устройство

В плацкартных и купейных вагонах верхние багажные полки обычно размещаются над основными спальными местами или вдоль боковых стен вагона.

В купейном вагоне: над дверями купе, если пространство позволяет; над дверями входа/выхода; в каждом купе — отдельная багажная полочка над окном или вдоль стены купе. Обычно ширина такой полки составляет 30-45 см, а длина — около 1,5 метра. (Рисунок 1.2.1, Приложения)

В плацкартном вагоне: полки размещены выше верхних спальных мест, также в проходе есть дополнительные решетчатые полки, закрепленные на боковых стенах и соединенные с направляющими потолка. Их размер — примерно 30-35 см в ширину и до 2 метров в длину. Высота полки от нижнего уровня может составлять от 1,5 до 1,7 метров. (Рисунок 1.2.2, Приложения)

В сидячих вагонах верхние полки для багажа напоминают багажные полки в самолетах: это открытые или закрываемые отделения над креслами. Такие полки имеют глубину 25-35 см и часто снабжены ограничителями, чтобы багаж не выпадал при движении поезда.

В скоростных и современных вагонах используются современные пластиковые или алюминиевые конструкции, иногда с крышками или сетками. В некоторых вагонах предусмотрены отдельные багажные зоны у входа.

3. Крепление и материалы

Полки могут быть выполнены из металла (чаще — алюминия или стали), дерева, пластика или их комбинаций. Для предотвращения скольжения и выпадения багажа применяют бортики, сетки, ремни безопасности.

Крепление происходит к потолочным и стеновым конструкциям вагона при помощи винтов или сварки; в современных вагонах используются разборные, модульные решения, что облегчает обслуживание.

4. Безопасность

Все полки рассчитаны на определённую максимальную нагрузку, обычно до 50 кг, о чём информирует табличка рядом с полкой.

При проектировании учитывают фиксацию багажа, чтобы он не упал на пассажиров при резком торможении.

Размер, конструкция и расположение верхних полок зависят от типа вагона и особенностей его планировки. Их основная функция — обеспечить безопасность и удобство размещения багажа во время поездки, а также максимально эффективно использовать пространство вагона.[5]

Глава 2. Подъемные механизмы

2.1. Ножничный подъемник

Принцип работы ножничного подъёмника:

Принцип работы ножничного подъёмника основан на механизме параллельных ножниц, которые соединены между собой столбом и платформой. Когда приводной механизм, обычно гидравлический или электрический, активируется, он создает усилие, поднимая ножничную конструкцию вверх. Благодаря особой геометрии ножниц, платформа поднимается плавно и равномерно, обеспечивая стабильность и безопасность работы. Когда требуется опустить платформу, механизм спускает давление или отключает питание, и ножничные звенья аккуратно возвращаются в исходное положение благодаря собственному весу или системе управления. Такой принцип позволяет достигать высоких высот с надежностью и точностью, а также легко управляться даже в ограниченных пространствах. (Рисунок 2.1.1, Приложения)

Преимущества и недостатки ножничного подъёмника

Преимущества. Ножничные подъёмники обладают множеством преимуществ. Они обеспечивают стабильную и безопасную платформу для работы на различных высотах, что значительно повышает эффективность и комфорт. Компактный дизайн позволяет легко маневрировать в ограниченных пространствах и быстро перемещать их между рабочими зонами. Простота в эксплуатации и обслуживании делает их популярным выбором для мастерских, складов и автосервисов. А еще, благодаря равномерной нагрузке и плавному подъему, они снижают риск травм и усталости у работников. [5]

Они просты в эксплуатации и обслуживании. Если мы говорим о подъёмниках с типом питания от АКБ (аккумуляторная батарея), то они удобны, автономны, компактны и отлично подходят для выполнения работ внутри помещений, даже в стеснённых условиях. Дизельные ножничные подъёмники имеют самую большую и вместительную рабочую платформу и грузоподъёмность по сравнению с другими типами техники, что позволяет работать сразу нескольким специалистам одновременно, а также поднимать груз на высоту для осуществления монтажа. Большинство ножничных подъёмников для внутренних работ используют электрические аккумуляторные батареи в качестве основного источника питания, что не наносит вреда окружающей среде. [6]

Недостатки. У ножничных подъёмников есть свои недостатки. Например, они обычно имеют ограниченную грузоподъёмность по сравнению с другими типами подъемников, что делает их менее подходящими для тяжелых работ. Также, их рабочая высота ограничена, и для выполнения очень высоких подъемов потребуются дополнительные устройства или альтернативные решения. Кроме того, ножничные подъемники требуют стабильного и ровного основания для безопасной эксплуатации, а их портативность и маневренность могут быть в некоторой степени ограничены. Впрочем, несмотря на это, они остаются отличным решением для небольших мастерских и складских помещений благодаря своей простоте и удобству использования[7]

Примеры использования в установке для погрузки:

В установках для погрузки ножничные подъёмники широко применяются для повышения эффективности и безопасности процесса. Вот несколько примеров:
1. Погрузочные платформы в складах и портах — позволяют грузчикам быстро и удобно загружать и выгружать товары, нивелируя разницу в уровнях между транспортными средствами и складу.

2. Грузовые автотрейлеры и фуры — ножничные подъёмники помогают загружать тяжелые грузы на высоту, делая процесс более быстрым и менее утомительным.

3. Столы на ножничных подъемниках используют и в качестве грузовых лифтов. Причем для них необязательно строить лифтовую шахту, а установка такого оборудования обойдется значительно дешевле специализированного грузового лифта.

4. В строительной сфере подъемные столы на ножничных подъемниках применяют для подачи строительных материалов на этажи здания, при монтажных или отделочных работах. В этом случае желательно, чтобы у них была колесная база. Это повышает удобство использования и мобильность оборудования. (Рисунок 2.1.3, Приложения)

5. В аэропортах с помощью ножничных подъемных столов подают на борт самолета багаж или другие грузы (например, продукты питания для пассажиров). В этом случае столы чаще всего устанавливают на автомобильную базу, их грузоподъемность может достигать 10 т.(Рисунок 2.1.4, Приложения)

6. При использовании на автомобильной базе столы на ножничных подъемниках успешно заменяют автовышки. С их помощью выполняют техническое обслуживание и ремонт различного оборудования, расположенного на высоте, например меняют лампы уличного освещения.

7. В автосервисах и дилерских центрах столы на ножничных подъемниках используют для подъема/опускания автомобилей. В автосервисах с помощью такого оборудования выполняют регулировку развала/схождения колес или меняют и ремонтируют шины. Эту задачу можно выполнить с помощью одноножничных подъемников. (Рисунок 2.1.5, Приложения) [7]

2.2. Система с использованием пневматики

Система подъёмного механизма с использованием пневматики — это устройство, которое преобразует энергию сжатого воздуха в механическое движение для подъёма грузов. [8]

Принцип работы

Сжатый воздух подаётся в герметичную камеру, где создаётся давление. Под действием этого давления расширяются резиновые подушки или другие элементы механизма, которые упираются в груз и постепенно поднимают его.

После подъёма воздух стравливают, давление внутри механизма уменьшается, и груз плавно опускается.  [9]

Системы с пневматическим приводом используются в различных областях, например:

  • Промышленность. Для автоматизации технологических процессов, подъёма и перемещения грузов в конвейерах, робототехнике. 

  • Транспорт. В тормозных системах автобусов, грузовиков, поездов. 

  • Медицина. Например, в стоматологических бормашинах. 

  • Упаковка. Для обработки хрупких предметов и предотвращения повреждений.[10]

Некоторые примеры систем подъёмного механизма с использованием пневматики:

  • Пневматические подъёмники. Используются для подъёма крупногабаритных грузов на высоту, например, в автоподъёмниках.  (Рисунок 2.2.1, Приложения)

  • Пневматические домкраты. Применяются для подъёма тяжёлых грузов, например, автомобилей, с помощью надувной камеры, к которой через шланг подсоединяется баллон со сжатым воздухом. 

  • Пневмоколёсные краны. Используют пневматическое шасси для передвижения, а для подъёма грузов — грузовые лебёдки и поворотный механизм, приводимые от силовой установки, смонтированной на шасси или поворотной части крана. [11] (Рисунок 2.2.3, Приложения)

Пневматические системы имеют как преимущества, так и недостатки. (Рисунок 2.2.4, Приложения)

Преимущества

  • Безопасность. Для работы не используется электричество (кроме компрессора), что исключает искрообразование. Это позволяет применять пневматические системы в загазованной и запылённой среде, а также при работе с взрыво- и пожароопасными материалами.

  • Экономичность. Пневмосистемы стоят относительно недорого, их легче спроектировать и построить, а в процессе эксплуатации они требуют минимального обслуживания.

  • Гибкость. Одна правильно спроектированная разветвлённая пневматическая система может питать большое количество исполнительных устройств.

  • Чистота. В отличие от гидросистем, где в качестве рабочего тела используется масло, пневматическая система более чистая: утечки воздуха быстро рассеиваются и не представляют угрозы загрязнения.[12]

Недостатки

  • Ограниченная мощность. Пневматические системы не могут сравниться с гидравлическими системами по силе и мощности, что ограничивает их применение в тяжёлых условиях.

  • Низкая точность. Сжимаемость воздуха в пневматике приводит к менее предсказуемому и равномерному движению, что менее подходит для точных задач.

  • Уровни шума. Пневматика может быть более шумной из-за постоянного выпуска сжатого воздуха во время работы.

  • Потери энергии. Потери из-за тепла и трения в пневматике могут снизить эффективность системы.

  • Требования к дополнительному оборудованию. Для пневматики требуется такое оборудование, как компрессоры и осушители, что увеличивает первоначальные затраты на настройку.

Некоторые примеры систем подъёмного механизма с использованием пневматики в установках для погрузки:

  • Пневмоподъёмники. Используют сжатый воздух для транспортирования сыпучих материалов по вертикально расположенным каналам. В конструкции есть резервуар с входным участком транспортного трубопровода, воздушная камера со встроенной пористой перегородкой и трубопроводом для подачи сжатого воздуха. 

  • Такелажное оборудование на воздушных подушках. Используют для перемещения тяжеловесных грузов по плоским непористым поверхностям. Система состоит из нескольких модулей, каждый из которых включает металлическую опорную платформу и кольцевой баллон, похожий на автомобильную камеру. С помощью блока управления из компрессора в полость баллона подаётся сжатый воздух. 

  • Пневматические боковые и донные разгружатели. Используются для загрузки транспортных средств. В верхнюю часть корпуса через открытый шиберный затвор поступает материал, а в нижнюю часть корпуса через трубопровод, вмонтированный в аэроднище, подаётся сжатый воздух. Он, проходя микропористую перегородку, аэрирует материал. 

  • Всасывающая пневматическая установка для погрузки и выгрузки сыпучих материалов. Содержит вакуум-насос, всасывающий трубопровод с соплом, воздуховод, фильтр, разгрузитель материала со шлюзовым затвором и систему управления установкой.

Глава 3. Практическая часть

3.1. Создание установки для укладки багажа на верхние полки в вагонах железнодорожного транспорта на базе конструктора Lego Spike Prime

Мы создали установку для укладки багажа на верхние полки в вагонах железнодорожного транспорта на базе конструктора Lego Spike Prime.(Рисунок 3.1.1, Приложения)

Модель включает в себя следующие элементы: смарт хаб, большой мотор, средний мотор, датчик силы. (Рисунок 3.1.2, Приложения)

Вадим и Савелий работали над основанием установки. Учитывая узкие проходы в коридорах вагона, было принято решение сделать установку на поворотной платформе.

Принцип работы поворотной платформы

Каркас на колесной основе закреплен с помощью шарнира к Смарт Хабу, имеет возможность вращаться на 360 градусов, тем самым выбирая направление движения установки. Дополнительно от среднего мотора работает платформа, которая поднимает и опускает опоры: (Рисунок 3.1.3, 3.1.4, Приложения)

  • Опоры в нижней точке, можно вращать поворотную платформу с колесами

  • Опоры в верхней точке, то установка стоит на колесной базе, можно передвигать

Работает платформа с помощью зубчатой передачи и системы рычагов.

Для доступного управления опорами мы установили датчик силы нажатия.(Рисунок 3.1.5, Приложения)

Принцип работы ножничного подъемника

Марк и Рома работали над конструкцией ножничного подъемника.

Ножничный подъемник представляет собой механизм, предназначенный для вертикального перемещения предметов за счёт изменения углов между сочленёнными рычагами, соединёнными по принципу «ножниц». Таким образом достигается плавный и устойчивый подъём, а также фиксация платформы на определённой высоте.

Механизм состоит из двух пар соединённых между собой рычагов (балок), закреплённых через центральную ось (поворотную точку). Нижние и верхние концы рычагов фиксируются на неподвижных и подвижных платформах. При вращении рычаги разводятся или сходятся, обеспечивая подъём или опускание верхней платформы. (Рисунок 3.1.6, Приложения)

Для управления ножничным подъемником мы используем кнопки, расположенные на смарт хабе.

3.2. Создание программы с помощью Micro Python

Мы запрограммировали модель с помощью языка Python. (Рисунок 3.2.1, Приложения)

Программа работает следующим образом:

  • При нажатии на датчик силы, поднимается платформа, при повторном нажатии – опускается. Таким образом, у нас открывается доступ к поворотной платформе колесной базы.

  • Кнопки на смарт хабе отвечают за поднятие и опускание ножничного подъемника. При нажатии кнопки «влево» - поднимаем, при нажатии кнопки «вправо» - опускаем.

Рассмотрим подробнее программный код:

1. Импорт модулей

from hub import port, button

import runloop, motor, force_sensor

  • port — для обращения к портам устройства,

  • button — для работы с кнопками,

  • runloop — для создания главного асинхронного цикла,

  • motor — для управления моторами,

  • force_sensor — для работы с датчиком силы.

2. Проверка нажатия кнопок

def pres_left():

if button.pressed(button.LEFT):

return True

else:

return False

def pres_right():

if button.pressed(button.RIGHT):

return True

else:

return False

Функции pres_left() и pres_right() возвращают True, если нажаты соответствующие кнопки LEFT и RIGHT.

3. Проверка датчика силы

def datnk_sil():

return force_sensor.pressed(port.E)

Функция возвращает True, если датчик силы, подключённый к порту E, нажат (или превышен порог).

4. Основной асинхронный цикл

async def main():

while True:

if datnk_sil():

motor.run_for_time(port.B,2000,-200)

else:

if pres_right:

motor.run(port.A, 500)

elif pres_left:

motor.run(port.A, -500)

Что происходит:

  • Вечный цикл.

  • Если датчик силы сработал, мотор B вращается назад 2 секунды со скоростью -200.

  • Иначе:

    • Если нажата правая кнопка, мотор A вращается вперёд со скоростью 500.

    • Если нажата левая, мотор A вращается назад со скоростью -500.

Заключение

Железнодорожный транспорт продолжает оставаться востребованным средством передвижения, и комфорт пассажиров напрямую зависит от удобства использования различных элементов вагона, в том числе системы хранения багажа. В результате проведённой работы были тщательно изучены основные трудности, связанные с размещением и извлечением багажа на верхних полках, особенно для людей с ограниченными возможностями, детей и пожилых пассажиров. Были рассмотрены различные типы устройств и механизмов для подъёма и перемещения багажа, а также выполнена генерация идей по их усовершенствованию.

В рамках поставленных задач разработана прототипная установка для укладки багажа на верхние полки с использованием конструктора Lego Spike Prime. Также была создана программа на языке Python, управляющая работой механизма, обеспечивающая автоматизацию процесса подъёма и перемещения багажа. Программный код реализует обработку датчика силы для поворота колесной базы, обработку нажатых кнопок, а также работу мотора для действия подъёмника, что делает процесс проще, безопаснее и интуитивно понятным для пользователя.

Созданное решение может стать основой для дальнейшего развития специализированных устройств и внедрения их в пассажирских вагонах с целью повышения уровня комфорта, безопасности и доступности железнодорожного транспорта для всех категорий пассажиров.

Список используемой литературы

  1. https://www.tutu.ru/geo/journal/polezno-passazhiru/article/verhnyaya-i-nizhnyaya-polki-v-poezde-razbiraemsya-v-vashih-pravah/

  2. https://grandtrain.ru/uslugi/provoz-bagazha/

  3. https://bilety-na-poezd.com/vagony/skolko-kg-vyderzh

  4. https://www.tutu.ru/2read/questions/luggage/

  5. https://smmcode.com/

  6. https://igrader.ru/liftingequipment/ty-zovi-menya-nozhniczy/

  7. https://spk-region.ru/blog/sfera-primeneniya-podemnykh-stolov.html?ysclid=mb862g02l8330936053

  8. znat.ra-dina.ru

  9. auto.today

  10.  sns-rus.com

  11. ru.wikipedia.org*

Приложения

Рисунок 1.1.1, Проблемы с удобством и безопасностью

Рисунок 1.1.2, Проблемы с ограниченными местами

Рисунок 1.2.1, Багажная полка в купейном вагоне

Рисунок 1.2.1, Багажная полка в плацкартном вагоне

Рисунок 2.1.1, Ножничный подъемник

Рисунок 2.1.2, Погрузка в фуру

Рисунок 2.1.3, Применение в строительстве

Рисунок 2.1.4, Применение в аэропорту

Рисунок 2.1.5, Применение в автосервисах

Рисунок 2.2.1, Пневматические подъемники

Рисунок 2.2.2, Пневматические домкраты

Рисунок 2.2.3, Пневматический кран на колесах

Рисунок 2.2.4,Пневматическая система

Рисунок 3.1.1, Создание установки на базе конcтруктора LegoSpikePrime

Рисунок 3.1.2, Установка для перемещения багажа

Рисунок 3.1.3, Поворотная плафторма и опоры

Рисунок 3.1.4, Поворотная плафторма и опоры

Рисунок 3.1.5, Датчик силы для управления опорами

Рисунок 3.1.6, Ножничный подъемник

Рисунок 3.2.1, Программа
Просмотров работы: 5