XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«ЗерноКЫШ». Рукава для хранения зерна

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кривощеков М.П. 1Софин А.Е. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни

Филинова А.В. 1Охоткина К.А. 1

---

1Школа интеллектуально развития Мистер Брейни

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Сохранение и хранение зерна — это важный аспект аграрного сектора, который напрямую влияет на продовольственную безопасность и экономическую стабильность. На данный момент основными способами хранения зерна являются методы, такие как использование деревянных или металлических амбаров и элеваторов. Эти методы имели свои преимущества, но также сталкивались с рядом недостатков, таких как риск повреждения от вредителей, влажности и неблагоприятных климатических условий, а также ограниченная эффективность в условиях увеличения объемов производства.

Рукава набирают обороты в сельском хозяйстве, но не все понимают, как их использовать. Изучение типов рукавов и технологий их использования позволяет оптимизировать процессы хранения, снизить потери и обеспечить сохранность качества зерна на длительный срок.

С учётом роста процента использования рукавов, актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности хранения зерна и снижения потерь.

Цель: создание демонстрационной модели устройства для диагностики повреждений рукава для хранения зерна.

Задачи:

• Рассмотреть типы рукавов для хранения зерна

• Изучить технологию хранения зерна в рукавах

• Рассмотреть возможности мониторинга состояния зерна

• Создать устройство на базе Lego Spike Prime

• Создать рукав для демонстрации проекта

• Реализовать идею с установкой воздуходувки

• Запрограммировать устройство

Глава 1. Типы рукавов.

Зерновые рукава – альтернативный вид хранения зерновых и силоса. Хранение зерна в рукавах имеет преимущество, которое заключаются в минимальных одноразовых расходах, возможности хранить и сортировать зерно на территории собственного хозяйства. [1]

Слобеги. Это полиэтиленовые мешки диаметром 2,4–3,6 метра и длиной от 30 до 150 метров. Зерно засыпают в силобеги с помощью специального оборудования, после чего они герметично закрываются.

Преимущества: защита влаги и вредителей, экономичность.

Недостатки: одноразовость, регулярный забор проб зерна. [2]

Зерновые рукава. Это полиэтиленовые мешки диаметром 1–3 метра с неограниченной длиной. Зерно помещают в рукава с помощью специального оборудования, после чего они герметично закрываются.

Преимущество - гибкая и мобильная система хранения.

Недостаток - риск разгерметизации

Также выделяют рукава для зерна по материалу изготовления: из полиуретана (ПУ) и из ПВХ.

Рукава из ПВХ отличаются износостойкостью и универсальностью, подходят для любой сельскохозяйственной установки. Рукава из ПУ обладают повышенной прочностью за счёт армированной спирали, гибкостью и износостойкостью, применяются для крупных производственных систем перевозки зерновых.

Полимерные рукава. (Рисунок 1.1, Приложения). Представляют собой бесшовный рукав из полимерной плёнки с двумя открытыми концами. Применяются для хранения зерновых культур, силоса, сенажа, жома сахарной свёклы и других продуктов.

Преимущество - прочность.

Недостаток - возможность появления микротрещин при длительном. [3]

Трёхслойные полимерные рукава. Слои являются неразделимыми, каждый сделан из разных полимеров с различными добавками и стабилизаторами. Например, ультрафиолетовая добавка препятствует вредному воздействию солнечного света, а добавка металлоцина делает материал более прочным и эластичным .

Преимущество - возможность хранения как сухого зерна, так и зерна с повышенной влажностью.

Недостаток - невозможность вентилирования зернового вороха внутри мешка. [4]

Глава 2. Технология хранения зерна в рукавах

Технология хранения зерна в рукавах предполагает помещение зерна в герметичные трёхслойные полимерные мешки, в которых оно хранится в отсутствии кислорода.

2.1. Процесс заполнения

Зерноупаковочная машина с помощью вала отбора мощности трактора загружает зерно в сложенный в виде гофры рукав. (Рисунок 2.1.1, Приложения) По мере заполнения трактор с упаковщиком под давлением поступающего зерна двигается вперёд. Натяжение рукава регулируется с помощью тормозов упаковщика. [5]

Процесс заполнения рукава зерном включает несколько ключевых этапов:

1. Выбор оборудования: Для заполнения рукавов используется специализированное оборудование, такое как зерновые насосы или шнековые транспортеры. Эти устройства обеспечивают быструю и эффективную загрузку зерна.

2. Подготовка рукава: Перед началом заполнения необходимо развернуть рукав и установить его на специальной платформе или в месте, где будет происходить загрузка. Убедитесь, что рукав не поврежден и готов к использованию.

3. Заполнение рукава: Работа зерноупаковочной машины: Зерно подается в рукав через загрузочный патрубок. Зерноупаковочная машина, оснащенная шнековым транспортером или насосом, обеспечивает равномерную подачу. [6]

2.2. Условия хранения

Выбор площадки: для размещения рукавов нужно большое и ровное пространство, часто подходит поверхность убранного поля. (Рисунок 2.2.1, Приложения) Площадка должна быть без колючих и острых предметов, иначе велик риск повреждения рукава и порчи продукта. [8]

Температура:

Внешняя температура окружающей среды может составлять от минус 50 до плюс 50 °С. Дождь, снег и другие атмосферные явления при соблюдении условий хранения никак на зерно не влияют.

Защита от вредителей: необходимо обеспечить защиту рукавов с зерном от грызунов, для этого используют специальную защитную сетку и отпугивающие предметы. [7]

2.3. Мониторинг состояния зерна

Для контроля качества зерна в процессе хранения производят отбор образцов при помощи трубчатого пробоотборника. (Рисунок 2.3.1, Приложения) Рекомендуемые сроки отбора проб: сразу после закладки — 2 раза в неделю, затем 1 раз в неделю и по мере хранения — один раз в 2 недели.[9]

Некоторые показатели, которые контролируют при мониторинге:

1. Температура насыпи

2. Влажность

3. Содержание примесей

4. Зараженность вредителями

Глава 3. Практическая часть.

3.1. Создание устройства для обнаружения повреждений рукава.

Мы создали устройство для обнаружения повреждений рукава на базе конструктора LEGO Spike Prime. (Рисунок 3.1, Приложения)

При его создании использовались: четыре средних мотора, один датчик цвета и один большой мотор.

Перемещение робота по рукаву происходит с помощью четырёх средних моторов, обнаружение повреждений с помощью датчика цвета и передвижение датчика цвета с помощью большого мотора.

Корпус робота состоит из смарт хаба к которому по бокам прикреплено по два средних мотора, отвечающих за перемещение. Корпус представляет из себя смарт хаб с пятью проводами, по бокам в середине расположено по одному направляющему и по два средних мотора по краям. Направляющие прикреплены с помощью угловых коннекторов под углом 45 градусов. Направляющие и балки, к которым прикреплены моторы имеют изогнутую форму, благодаря которой устройство плотно прилегает к рукаву.

Большой мотор с датчиком цвета на верхней грани и две направляющих, по которым двигается датчик цвета. Лебёдка с тросом двигает датчик цвета. Большой мотор вращает лебёдку, а она передвигает датчик по направляющим.

Было сделано две доработки:

1. Установка и доработка воздуходувки.

2. Доработка конструкции.

3.2. Создание рукава.

Для тестирования и демонстрации нашего решения мы создали рукав.

Настоящие рукава для хранения зерна были слишком большими, поэтому, мы решили сделать уменьшенную версию длиной в 1 м.

Первый рукав был сделан из картона, что делало его хрупким и непрактичным при тестированиях. (Рисунок 3.2, Приложения)

После, мы сделали доработку рукава: картон заменили на ткань, а внутри заполнили зерном. Это сделало рукав более удобным, прочным и практичным при тестированиях. (Рисунок 3.3, Приложения)

3.3. Создание воздуходувки.

Ещё одним решением было создание воздуходувки.

Так как зерно на рукаве может привлекать вредителей, было необходимо решение для его уборки.

Первая воздуходувка состояла из мотора, к нему было прикреплено два провода с разъёмом для крона. Это решение было хрупким, потребляло много энергии, а также не имело переключателя, из-за чего приходилось каждый раз снимать батарейку. (Рисунок 3.4, Приложения)

Так как первая воздуходувка сломалась, была создана вторая. Она состояла из мотора, к нему был прикреплён провод с кнопкой и отсеком для двух пальчиковых батареек. Это решение было прочным, не потребляло много энергии, сдувало зерно намного эффективнее, а также позволяло выключать воздуходувку без извлечения батареек.

3.4. Описание программы.

Программа создана на основе Python. Включает в себя асинхронную функцию, один внешний цикла, и три внутренних, используем словарик. Словарик состоит из ключей - секций и значений – повреждений.

(Рисунок 3.5, Приложения)

Рассмотрим подробнее программу по срокам:

1-2. Импортируем матрицу, порт, звук, цикл исполнения, датчик цвета, цвет, моторную пару и мотор

3-4. Создаём две моторной пары

5. Создаём асинхронную функцию

6. Задаём переменную со списком рукавов

7. Сбрасываем подсчёт градусов на 0 мотора B

8-9. Задаём моторным парам вращение

10. Создаём внешний цикл до того, как мотор B не подсчитает 3000 градусов. Внешний цикл включает в себя три внутренних (11, 16 и 21 строки)

11. Создаём условие секции №1. Цикл запускает блок программы. Цикл повторяет, когда мотор B высчитывает больше 0 градусов, до тех пор, пока мотор B не подсчитает 1000 градусов

12. Включаем мотор A со скоростью -190

13-15. Создаём условие, если датчик цвета увидит чёрный цвет, то: воспроизвести звук с чистотой 440 и громкостью 100. Засчитать повреждение в 1 секции

16. Создаём условие секции №2. Цикл запускает блок программы, когда мотор B подсчитал 1000 градусов, а работает до тех пор, пока мотор B не подсчитает 2000 градусов

17. Включаем мотор A со скоростью 190

18-20. Создаём условие, если датчик цвета увидит чёрный цвет, то: воспроизвести звук с чистотой 800 и громкостью 500. Засчитать повреждение во 2 секции

21. Создаём условие секции №3. Цикл запускает блок программы, когда мотор B подсчитал 2000 градусов, а работает до тех пор, пока мотор B не подсчитает 3000 градусов

22. Включаем мотор A со скоростью -190

23-25. Создаём условие, если датчик цвета увидит чёрный цвет, то: воспроизвести звук с чистотой 1200 и громкостью 500. Засчитать повреждение в 3 секции

27. Делаем так, чтобы в конце подвились итоги повреждений в секциях

28-30. Выключаем моторную пару 1 и 2. Выключаем мотор A

32. Запускаем функцию color_s через цикл исполнения асинхронной функции

Заключение

Сохранение и надёжное хранение зерна играет ключевую роль в развитии современного аграрного сектора, влияя не только на уровень продовольственной безопасности, но и на экономическую устойчивость предприятий и регионов в целом. Традиционные способы хранения, такие как амбары и элеваторы, уже не в полной мере отвечают потребностям сельского хозяйства с учётом роста объёмов урожая и возрастающих требований к качеству хранения. Современные рукава для хранения зерна демонстрируют значительную эффективность, экономичность и гибкость в использовании, однако их внедрение требует разработки и реализации новых подходов к контролю за их состоянием.

В ходе работы были проанализированы различные типы рукавов и особенности технологии хранения зерна в каждом из них, что позволило выявить критические моменты, связанные с возможными рисками повреждения, а также определить необходимость регулярного мониторинга состояния не только зерна, но и самих рукавов. Создание демонстрационной модели устройства на базе Lego Spike Prime и установка воздуходувки позволили реализовать наглядный и действенный способ диагностики повреждений, предоставляя возможность оперативного выявления мест утечек и повышения общей надёжности хранения.

Разработанная система, дополненная программной частью, делает процесс контроля более автоматизированным и удобным, что особенно важно в условиях масштабирования производства. Данный подход способствует минимизации потерь урожая, сохранению высокого качества продукции и дальнейшему развитию инновационных решений в сфере хранения зерна. Проведённое исследование и созданная модель подтверждают высокую актуальность и эффективность новых технологий для решения современных задач агропромышленного комплекса.

Список используемой литературы

1. Рукава для хранения зерна – Рост Лайн Агросервис

2. Какой выбрать шланг для зерна - АДЫМ Инжиниринг

3. Технология хранения зерна в рукавах - Рукава для хранения зерна

4. Рукав для хранения зерна

5. https://yuzhanka-crimea.ru/images/zern-rukava-instr.pdf

6. https://bats.ru/projects/poryadok-raboty-s-polimernymi-rukavami/

7. https://avgust.com/services/newspaper/zerno-v-rukavakh/

8. https://str-agro.ru/product/rukava-dlya-hraneniya-zerna/

9. https://asm-agro.ru/articles/rukava-dlya-hraneniya-zerna/

Приложения