Введение
Наша команда живет в динамически развивающемся регионе, богатом производствами, заводами и компаниями занятыми овощеводством. Как будущее нашего региона мы заинтересованы в его успехе, развитии и улучшении условий работы.
Заинтересовавшись вопросом развития области наша команда посетила экскурсию в агро-холдинг «КРиММ», где, при помощи экспертов выяснила, что одной из самых актуальных проблем современного сельского хозяйства, является поддержание необходимого уровня влажности, обеспечивающего сохранность продукции и ее защиту от гниения. Сегодня существует множество разнообразных систем, способов и типов вентиляционных систем предназначенных для овощехранилищ с различным типом хранения овощей, однако такие системы преимущественно дорогостоящие и требуют участия специалистов, обеспечивающих постоянный мониторинг состояния. Так как множество промышленных систем вентиляции требуют вложения огромных средств, не все предприятия способны ими воспользоваться в связи с чем терпят убытки.
Наша команда поставила перед собой цель-создание эффективной системы вентиляции, которая создает оптимальные условия для хранения овощей в промышленных овощехранилищах без лишних затрат.
Для создания модели мы выбрали LEGO WEDO 2.0 так как он позволяет быстро и легко вносит изменения в конструкцию, а так же понимать эффективность использования выбранных механизмов.
Для достижения цели, мы поставили перед собой ряд задач:
-изучение существующих способов вентиляции промышленных овощехранилищ;
-создание модели смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0;
-Демонстрация возможностей смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0 на примере одного запуска;
-анализ эффективности использования смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0
В своей работе мы ориентировались на такие источники как: LEGOГаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов; Курс «Машины и механизмы», ШИР«Мистер Брейни»; Lego удивительные творения. А так же интернет источники: https://krimm.ru; https://ceds.ru.
Глава 1. Теоретическое обоснование создания модели смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0
1.1 Современные типы вентиляции на промышленных овощебазах.
В ходе изучения он-лайн источников и общения с экспертами агро-холдинга «КРиММ» мы выяснили, что есть несколько популярных способов вентиляции, которые используются на промышленных овоще-базах.
Одним из самых популярных типов является естественная вентиляция. При ее использовании вдоль пола и стен устанавливают небольшие канавы, которые перекрывают решеткой, по которым движется воздух благодаря природным температурным различиям внутри и снаружи помещения. [4](Приложение, Рисунок 1.1.1)
Данный тип вентиляции регулируется различными заслонками и является самым экономичным, среди прочих, однако подходит исключительно для небольших овощехранилищ.
Второй тип - это принудительная вентиляция, в случае ее использования в овощехранилищах вентиляционная система нагнетает воздух с улицы, а излишняя влага удаляется через воздуховоды расположенные вдоль стен и потолка. Наиболее часто такую систему используют при навальном типе хранения. [5](Приложение, Рисунок 1.1.2)
Третий тип вентиляции используется на крупных овоще-хранилищах и является самым затратным-это активная вентиляция. При использовании активной вентиляции овощи обдувают воздушным потоком с заранее заданным давлением и скоростью. Лишние газы, влагу и тепло так же уводят через воздуховоды, расположенные под потолком. Обдув обычно располагают сбоку, что бы устранить поднимание пыли. Такой способ зачастую используют при контейнерном типе хранения. (Приложение, Рисунок 1.1.3)[4]
Современные типы вентиляционных систем достаточно разнообразны, однако, за исключением естественной вентиляции достаточно дорогостоящие. Так же направлены на определенный тип хранения овощей. Поэтому создание смешанного типа вентиляции, на наш взгляд, оправданно и актуально.
Глава 2. Модель смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0.
2.1 Конструкция модели смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0.
Обсудив изученный нами материал и мнения экспертов мы решили создать демонстрационную модель с типом смешанной системы вентиляции на базе конструктора LEGO WEDO 2.0 так как данный материал нами хорошо изучен, легко поддается внесению изменений и эстетично демонстрирует нашу идею.
Всего в модели было использовано 3 смарт-хаба, три мотора, датчик движения и датчик наклона. [1]
Суть идеи заключается в том, что бы усовершенствовать естественную систему вентиляции. Мы сделали два типа вентиляторов-потолочные и подземные. Они работают от одного мотора при помощи сложного последовательного механизма.
От мотора в движение приходит червячная передача, которая при помощи зубчатой передачи запускает ременные. (Приложение, Рисунок 2.1.1) От ременных передач работают подземные и потолочные вентиляторы, расположенные на оси вращения. [1](Приложение, рисунок 2.1.2) так же этот мотор связан с гусеничным механизмом расположенным внутри овоще-хранилища.
Подземные вентиляторы поднимают прохладный воздух вверх, через воздуховоды. Гусеничный механизм вращается с заданной периодичностью, перемешивая картофель или любые другие овощи с навальным типом хранения. Так, система обдува, направлена на сохранение всего урожая. [2](Приложение, Рисунок 2.1.3)
В качестве альтернативного предложения мы представили вариант для контейнерного типа хранения овощей. Зачастую так хранят свеклу, морковь, капусту, свеклу. Мы предлагаем разместить вдоль контейнеров рукава с отверстиями, через которые под давлением будут направлять прохладный воздух. [5]
Эту систему мы изобразили при помощи декоративных тросов, мотора и кулачкового механизма. (Приложение, Рисунок 2.1.4)
Что бы модель выглядела наиболее завершенной и приближенной к реальной инфраструктуре овощехранилища, мы изобразили конвейер с работниками, которые готовят картофель к хранению. Однако и тут не обошлось без инноваций. Конвейерная лента реагирует на количество картофеля и останавливается тогда, когда его становится достаточно много, что бы сотрудники смогли спокойно и качественно его обработать. (Приложение, Рисунок 2.1.5)
2.2 Управление моделью смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0.
Управление моделью осуществляется при помощи программного обеспечения WeDo 2.0. Мы использовали блоки отправки писем, что бы все электронные части конструкции запускались одновременно. Взаимосвязь программ происходит при помощи сигналов датчиков. По сигналу датчика расстояния останавливается конвейерная лента, по сигналу датчика наклона запускается насос, предназначенный для запуска воздуха по рукавам. [3](Приложение, Рисунок 2.2.1)
2.3 Демонстрация возможностей смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0 на примере одного дня работы.
При запуске системы вентиляции одновременную работу начинают подземные и потолочные вентиляторы. Они обдувают верхний и нижний слой картофеля при навальном типе хранения, гусеничный механизм обеспечивает перемешивание картофеля и его авномерный обдув. В таком случае картофель не преет, сохраняется при подходящей для него влажности и температуре.
По сигналу датчика наклона начинает работу компрессор. Он наполняет воздушные рукава для обдува моркови, свёклы и капусты, хранящихся в контейнерах.
Конвейерная лента предназначенная для работы с сортировкой и подготовкой картофеля к хранению так же начинает работу одновременно с главным механизмом, позволяя рабочим помыть, перебрать и перенести картофель в хранилище. (Приложение, Рисунок 2.3.1)
2.4 Экспериментальное доказательство эффективности использования модели смешанной системы вентиляции для овощехранилищ на базе конструктора LEGO WEDO 2.0.
В качестве учащихся школы интеллектуального развития «Мистер Брейни» мы воспользовались возможностью получить экспертное мнение в рамках двух мероприятий-внутри школьный чемпионат творческих проектов и региональный этап международного STEAM- соревнования «Лига Исследований».
На перечисленных мероприятиях мы представили свой проект, продемонстрировали ключевые преимущества и получили высокие баллы.
На внутришкольном чемпионате нас оценивало 5 экспертов, предоставленных школой. Баллы, представленные экспертной комиссией вы можете увидеть в таблице ниже.
Таблица 1.
Критерий |
Эксперт 1 |
Эксперт 2 |
Эксперт 3 |
Эксперт 4 |
Эксперт 5 |
Сложность использованных механизмов |
5 |
5 |
4 |
4 |
4 |
Актуальность идеи |
4 |
5 |
5 |
5 |
5 |
Новизна |
5 |
5 |
5 |
4 |
5 |
Эстетичность исполнения |
4 |
5 |
5 |
4 |
4 |
По итогам регионального этапа, наша команда получила награду в номинации «Лучшее оформление проекта».
Данные результаты дают нам основание полагать, что наша идея перспективна и ее внедрение в будущем будет эффективно помогать сохранению качества овощей.
Заключение
наша команда проявила активный интерес к развитию аграрной сферы в нашем регионе, сосредоточив свое внимание на одной из основных проблем – поддержании оптимального уровня влажности в овощехранилищах. В ходе нашего исследования мы обнаружили, что высокие затраты на существующие системы вентиляции являются серьёзным барьером для многих предприятий, что негативно сказывается на их прибыли и, в конечном итоге, на жизнеспособности аграрного сектора.
Создание эффективной и доступной вентиляционной системы стало нашей главной целью. С помощью конструктора LEGO WEDO 2.0 мы смогли не только визуализировать, но и протестировать различные подходы к организации вентиляции. Использованные нами методы позволили нам изучить существующие решения и разработать модель, которая отвечает требованиям современных овощехранилищ.
Проведение демонстрации и анализа эффективности нашей модели дало нам возможность обосновать ее преимущества и подтвердить жизнеспособность предложенного решения. Мы уверены, что разработанная система вентиляции может стать важным шагом на пути к сокращению затрат и улучшению условий хранения продукции, что в конечном итоге поспособствует росту сельскохозяйственного производства в нашем регионе.
Наша работа является лишь начальным этапом в исследовании данной темы, и мы надеемся, что полученные результаты будут полезны как для аграрных предприятий, так и для других участников рынка. В будущем планируем продолжить работу над улучшением нашей модели и поддержанием диалога с экспертами в области агрономии и технологий, чтобы совместными усилиями продвигать наш регион к новым высотам.
На данном этапе исследования данная модель может быть использована на уроках информатики и робототехники, а так же в качестве демонстрационной модели на аграрных предприятиях и выставках.
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 2.1.1 |
Рисунок 2.1.2 |
Рисунок 2.1.3 |
Рисунок 2.1.4 |
Рисунок 2.1.5 |
Рисунок 2.2.1 |
|
Рисунок 2.3.1 |
|