XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Бережная погрузка и транспортировка картофеля. Модель на базе конструктора LeGo WeDo 1.0

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Хурамшин Д.В. 1Поплавский Я.Р. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Корякина П.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Картофель является основным продуктом питания для миллионов людей, обеспечивая значительную часть ежедневного потребления углеводов и витаминов. Рост спроса на качественные продукты питания и требованиями по сохранению урожая сохраняется на высоком уровне.

Около трети выращиваемого картофеля утрачивается из-за ненадлежащего обращения и нарушений правил погрузки и транспортировки. Учитывая важность картофеля для продовольственной безопасности и экономики страны, необходимо уделять повышенное внимание разработке бережных технологий его транспортировки.

Поэтому у нас возникла идея создания модели, иллюстрирующей бережную погрузку и транспортировку картофеля, основанной на опыте использования конструктора LeGo WeDo 1.0.

Цель исследования: разработка и конструирование модели проекта бережной погрузки и транспортировки картофеля для минимизации ущерба, продукции с помощью конструктора LeGo WeDo 1.0.

Задачи исследования:

1. Изучить особенности процесса погрузки картофеля;

2. Рассмотреть способы транспортировки и виды контейнеров для картофеля;

3. Рассмотреть современные проблемы при транспортировке картофеля;

4. Создать модель проекта бережной погрузки и транспортировки картофеля на базе конструктора LeGo WeDo 1.0;

5. Создать программу, которая позволит наглядно продемонстрировать работу нашего проекта.

В качестве источников информации мы использовали различные сайты. При конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике.

Глава 1. Общие сведения

1. 1. Особенности процесса погрузки картофеля

Картофель занимает важное место в рационе многих стран, в том числе и России. Он является одним из самых распространенных и любимых продуктов питания. Качественный картофель должен иметь хорошую форму, гладкую поверхность и отсутствие повреждений. Именно поэтому процесс погрузки играет ключевую роль в обеспечении сохранности урожая и его коммерческой привлекательности.

Процесс погрузки картофеля включает несколько стадий:

1. Предварительная сортировка. Сначала клубни осматривают и отбраковывают поврежденные, подгнившие или мелкие образцы. Это делается вручную или с помощью специальных машин.

2. Подготовка к погрузке. Подготовленные клубни складываются в ёмкости (мешки, сетки, ящики или бункеры) для последующего перемещения.

3. Непосредственная погрузка. Загрузка картофеля на транспортное средство или в складское помещение. Здесь возможны разные варианты: ручная погрузка лопатами или руками, механизированная погрузка (например, с помощью тракторных погрузчиков, эскалаторов или шнеков).

При любом виде погрузки главное правило — избегать сильных ударов, тряски и сжатия клубней. Причина проста: даже небольшие повреждения могут привести к возникновению очагов гниения, трещин и деформации. Подобные повреждения вызывают быстрое распространение бактерий и грибков, что резко снижает качество и срок хранения картофеля.

Например, при грубой погрузке с высоты могут образоваться внутренние трещины, незаметные внешне, но разрушающие структуру клеток и провоцирующие развитие микроорганизмов. Поэтому идеальный способ погрузки — плавный и деликатный, исключающий падения и удары.

Некоторые распространенные проблемы, возникающие при погрузке картофеля:

- Крупные фракции камней или комьев земли, попадающие в картофель, могут пробивать клубни.

- Нагромождение клубней друг на друга в ёмкостях или транспорте вызывает давление и деформацию нижних слоёв.

- Перекосы или переворачивание транспортных емкостей приводят к ударным нагрузкам и раздавливанию клубней.

Изучение особенностей процесса погрузки картофеля важно потому, что грамотная и бережная процедура позволяет значительно повысить шансы успешной транспортировки и длительного хранения продукта.

1. 2. Способы транспортировки картофеля

Картофель является уязвимым продуктом, нуждающимся в бережном отношении на всех этапах пути от поля до потребителя. Правильно выбранный способ транспортировки позволяет сохранить качество и количество урожая, сводя к минимуму повреждения клубней. Ниже рассмотрим основные способы транспортировки картофеля, их особенности и потенциальные риски.

Самый распространённый способ транспортировки картофеля — автомобильный транспорт (Рисунок 1.2.1, Приложение). Он доступен большинству производителей и позволяет организовать быстрые и удобные перевозки.

Типы автомобильного транспорта:

Грузовые автомобили – стандартные бортовые машины или фургоны с деревянными или металлическими кузовами. Имеют невысокую грузоподъемность и низкую устойчивость к ударам, поэтому часто клубни подвергаются сильному воздействию вибраций и толчков.

Автомобили-рефрижераторы – грузовики с теплоизоляционными стенками и системами охлаждения, поддерживающими необходимую температуру (+4…+6 градусов). Помогают дольше сохранять свежесть картофеля, особенно при дальних перевозках.

Специализированные автоцистерны – ёмкости, наполненные водой, где картофель находится в жидкой среде. Это защищает клубни от механических воздействий, но добавляет сложность в выгрузке и сушке продукции.

Преимущества: доступность и мобильность, гибкость маршрутов, простота эксплуатации. Недостатки: вибрации и удары, небольшая вместимость, потребность в водителях.

Железнодорожный транспорт. Транспортировка картофеля железнодорожным транспортом используется реже, но находит применение при массовых перевозках на дальние расстояния (Рисунок 1.2.2, Приложение).

Особенности железнодорожного транспорта:

Крытые вагоны – закрытые деревянные или металлические вагоны, обеспечивающие надежную защиту от осадков и ветра.

Рефрижераторные вагоны – вагоны с мощными охлаждающими системами, обеспечивающими нужный микроклимат и длительное хранение картофеля.

Контейнеры – герметичные стальные контейнеры, установленные на железнодорожной платформе, удобны для международных перевозок.

Преимущества: надежность и стабильность, возможность перевозки больших объемов. Недостатки: медленное движение, дороговизна железнодорожных вагонов и рефрижераторов, сложность организации маршрутов

Водный транспорт редко используется для перевозки картофеля, но в ряде случаев может оказаться выгодным (Рисунок 1.2.2, Приложение).

Особенности водного транспорта:

Судна-грунтозацепы – суда, предназначенные для перевозки сыпучих грузов, включая картофель.

Паромы и баржи – чаще всего применяются для местных перевозок в прибрежных регионах.

Контейнеровозы – корабли, принимающие контейнеры с картофельной продукцией.

Преимущества: низкая стоимость перевозок, возможность международных перевозок. Недостатки: долгое время доставки, зависимость от природных условий, ограниченность водных путей

Авиационный транспорт почти не используется для перевозки картофеля из-за высокой стоимости и редкости потребности в срочной доставке продукта.

Особенности авиационного транспорта:

Грузовые самолеты – обычно применяются для экстренных ситуаций, доставки редких образцов или элитных сортов картофеля.

Комбинированные рейсы – иногда картофель перевозится попутно с другой продукцией.

Преимущества: скорость доставки, безопасность полета. Недостатки: высокая стоимость перевозки, маленькая грузоподъёмность, нуждаются в специальной упаковке.

Изучив различные способы транспортировки картофеля, можно выделить, что наибольшую популярность сохраняет автомобильный транспорт благодаря своей доступности и гибкости. Тем не менее, при перевозке важно учитывать особые требования к температуре, влажности и защите от ударов и сотрясений, что достигается с помощью специального оборудования и внимательного отношения к процессу транспортировки.

1. 3. Виды контейнеров для перевозки картофеля

Картофель — достаточно капризный продукт, требующий особого подхода к транспортировке. Неправильные условия перевозки могут привести к механическим повреждениям, инфицированию бактериями и последующему гниению. Чтобы минимизировать риски, используются различные виды контейнеров, которые призваны обеспечить бережную транспортировку картофеля. Рассмотрим основные из них.

Рефконтейнеры. В таких контейнерах поддерживается стабильная температура от +4 °C до +6 °C, что предотвращает порчу продукта (Рисунок 1.3.1, Приложение). В рефконтейнерах установлены системы контроля температуры и влажности, которые позволяют отслеживать состояние груза на всём протяжении пути.

Биг-бэг-контейнеры. Обеспечивают надёжную защиту картофеля от внешних факторов, таких как влага, свет и загрязнения. Контейнеры выполнены из специальных материалов, которые помогают регулировать влажность внутри, поддерживая оптимальные условия хранения (Рисунок 1.3.1, Приложение).

Металлические контейнеры с деревянной обшивкой. Способны вмещать не менее 500 килограммов урожая, точный показатель зависит от размеров временного хранилища (Рисунок 1.3.1, Приложение). Разгрузка происходит с помощью люка снизу.

1. 4. Современные проблемы при транспортировке картофеля.

Транспортировка картофеля — это ответственный этап в цепочке производства и сбыта овощной продукции. Правильный подход к перевозке позволяет сохранить качество и свежесть картофеля, а ошибочное решение может привести к крупным финансовым потерям. В настоящее время производители сталкиваются с рядом проблем, мешающих оптимальной транспортировке и сохранению продукции.

Современные проблемы при транспортировке картофеля и их решение:

У картофеля могут быть проблемы при транспортировке, которые приводят к порче, повышают траты и цены в магазинах.

1. Нарушения температурного режима

Картофель очень чувствителен к изменению температуры, и любая ошибка в соблюдении оптимального диапазона способна повлечь нежелательные последствия:

• При температуре ниже +4 °C происходят кристаллизация влаги и образование ледяных иголок, травмирующих клетки картофеля.

• При температуре выше +15 °C активизируются процессы дыхания и испарения воды, что ускоряет увядание и рост патогенов.

2. Повышенный уровень влажности

Картофель склонен впитывать влагу, и высокая влажность окружающего воздуха провоцирует рост плесневых грибов и бактерий. Проникновение воды в микротрещины кожи приводит к увлажнению мякоти, ускоряя процессы разложения.

Основные причины избытка влаги:

• Накопление конденсата в кузове автомобиля или складском помещении.

• Неправильно подобранная тара, накапливающая влагу.

• Отклонения от рекомендуемых режимов вентиляции.

Особенно опасно увлажнение при сочетании с низкими температурами, создающими условия для стремительного размножения патогенных организмов.

3. Проблема механических повреждений

Картофель, будучи довольно хрупким продуктом, подвергается риску механических повреждений при погрузке и разгрузке, а также в процессе самого путешествия. Главные угрозы:

• Удары и сотрясения, приводящие к образованию трещин и царапин.

• Давление сверху при многослойной укладке в транспортные контейнеры.

• Острые края сеток или мешков, прорезающие кожуру клубней.

Повреждения приводят к быстрому размножению патогенных грибов и бактерий, ускоряя порчу картофеля и вынуждая выбрасывать большую часть урожая.

Решение 1: картофель можно перевозить в мягких коробках. Но в этом случае надо потратить много места в грузовике, много денег на коробки и много времени.

Решение 2: ещё можно картофель перевозить в отдельных защитных мягких сетках. Но в этом случае надо потратить много денег и много времени на упаковку.

Наше решение: перевозить картофель в контейнерах с мягкими стенками. Мягкие стенки амортизируют удары и снижают вибрации. Это важно при перевозке по неровным дорогам за городом. Такие контейнеры можно использовать много раз.

Глава 2. Экскурсия на агрофирму КРиММ в с.Упорово

В рамках нашего исследовательского проекта мы отправились на экскурсию на агрофирму «КРИММ», расположенную в одном из районов Тюменской области (Рисунок 2.1, Приложение). Целью экскурсии было знакомство с процессом погрузки, транспортировки, сортировки и хранения картофеля, а также изучение современных технологий, применяемых в сельском хозяйстве.

Сразу после прибытия нас встретили сотрудники агрофирмы и провели вводную беседу о предприятии, рассказав о его истории, структуре и деятельности (Рисунок 2.2, Приложение). Далее началось самое интересное — подробное знакомство с каждым этапом работы.

Первым делом мы отправились на территорию хранения картофеля. Там нам показали, как организован процесс поступления свежего урожая на склад. Огромные помещения оборудованы особыми стеллажами, позволяющими хранить сотни тонн картофеля. Важнейшее условие — поддержание стабильной температуры и влажности, что обеспечивается сложной системой вентиляции и охлаждения.

Мы видели, как работают мощные вентиляторы, регулируя воздухообмен, и услышали объяснения о том, как важно поддерживать чистоту и порядок на складе, регулярно проводя дезинфекцию и проверку качества хранимых клубней.

Второй этап экскурсии привел нас в цех сортировки. Здесь нами был продемонстрирован автоматизированный процесс сортировки картофеля по величине, форме и цвету. В потоке находились десятки тысяч клубней, проходивших через систему оптических камер и фильтров, которые моментально браковали негодные образцы.

На экскурсии мы увидели интересный процесс погрузки картофеля в автомобили. Специальные краны и пневматические рукава бережно поднимали картофель из накопительных бункеров и равномерно распределяли его по кузову грузовика. Все операции проводились с соблюдением строгих санитарно-гигиенических норм, чтобы избежать попадания пыли, загрязнений и микробов. Мы узнали, что автомобильные грузоперевозки являются основным способом доставки картофеля потребителям, и подчеркнул, что правильная упаковка и продуманная транспортировка значительно повышают шансы доставить качественную продукцию.

В финале экскурсии нам устроили презентацию новейших достижений агрофирмы. Были представлены современные биологические препараты для борьбы с заболеваниями картофеля, автоматизированные устройства для дозревания и калибровки клубней, а также демонстрация компьютерной системы учета и отчетности.

Мы получили ценные знания о процессе хранения, сортировки и транспортировки картофеля.

Глава 3. Модель проекта бережной погрузки и транспортировки картофеля на базе конструктора LeGo WeDo 1.0

1. 1. Создание конструкции и работа механизмов

Наша модель называется «Бережная погрузка и транспортировка картофеля», она сконструирована из конструктора LEGO.

Бережная погрузка и транспортировка картофеля в контейнерах с мягкими стенками. Мягкие стенки наших контейнеров лучше амортизируют удары и вибрации во время транспортировки, снижая риск повреждения клубней. Этот важно при перевозке по неровным дорогам за городом.

Неподвижная часть нашего проекта сделана из конструктора Lego City, подвижные части и элементы сконструированы на базе набора Lego WeDo 1.0.

В нашем проекте задействовано 3 мотора, 3 коммутатора, 1 датчик расстояния и 2 датчика наклона.

Рассмотрим подробно наш проект:

В него включены: картофельное поле, трактор с прицепом, склад с фрагментом погрузки картофеля в контейнеры с мягкими стенками, погрузчик для бережной погрузки, грузовик с разделительными стенками в кузове и место реализации картофеля – магазин (Рисунок 3.1.1, Приложение).

Трактор с прицепом доставляет картофель с поля на склад. Сначала картофель отправляется на просушку, где проводит 1-2 дня, затем перемещается в хранилище. Далее картофель отправляется на конвейерную ленту, которая запускается по датчику наклона и работает с помощью угловой зубчатой передачи (Рисунок 3.1.2, Приложение). Картофель загружается в специальные контейнеры с мягкими стенками, затем конвейерная лента останавливается положением датчика носом вверх (Рисунок 3.1.3, Приложение).

Для бережной погрузки контейнеров мы используем погрузчик, который работает с помощью червячной передачи и рычагов (Рисунок 3.1.4, Приложение). Управление погрузчиком происходит с помощью датчика наклона и трех программ. Положение датчика «носом вниз» опускает вилы погрузчика, положение ровно – останавливает работу, положение «носом вверх» - поднимает вилы погрузчика.

Когда контейнеры погружены в грузовик, он отправляется в место реализации – овощной магазин (Рисунок 3.1.5, Приложение). Грузовик едет с помощью лебедки, которая работает от угловой зубчатой передачи и ременной передачи. Останавливается грузовик по датчику расстояния. Картофель в целости и сохранности, с минимальными потерями доставлен в магазин!

1. 2. Создание программы для управления моделью

Для того, чтобы сделать наш проект автоматизированным, мы составили программный код в специальном ПО – Lego WeDo 1.0 (Рисунок 3.2.1, Приложение). Подвижные элементы нашего проекта запускаются посредством клавиш «цифра 1» - конвейер, «цифра 2» - три программы для погрузчика и «цифра 3» - движение грузовика.

Первая программа запускается благодаря нажатию на клавишу «цифра 1» и отвечает за работу конвейера. Когда датчик наклона принимает положение «носом вверх, запускается первый мотор с мощностью 2 и работает до тех пор, пока датчик не примет положение «носом вниз». После этого мотор отключается и происходит отправка письма следующим трем программам.

Вторая программа запускается с помощью блока «получить письмо». Когда датчик принимает положение «носом вверх», запускается мотор по часовой стрелке с мощностью 3. Погрузчик поднимает рычаги.

Третья программа также запускается с помощью блока «получить письмо». Когда датчик принимает положение «носом прямо», мотор останавливается – погрузчик не работает.

Четвертая программа, как и предыдущие две – запускается с помощью блока «получить письмо». Когда датчик принимает положение «носом вниз», запускается мотор против часовой стрелки с мощностью 3. Погрузчик опускает рычаги.

Вторая, третья и четвертая программы цикличны и работают одновременно.

Пятая программа запускается с помощью нажатия на клавишу «цифра 2». Издается звук, включается мотор и работает до момента, пока датчик расстояния не заметит грузовик. После того, как датчик расстояния заметил – мотор работает в течение 2 секунд и останавливается.

Заключение

В результате нашей работы над проектом мы успешно выполнили следующие задачи:

1. Изучили особенности процесса погрузки картофеля;

2. Рассмотрели способы транспортировки картофеля;

3. Рассмотрели современные проблемы при транспортировке картофеля

4. Создали модель проекта бережной погрузки и транспортировки картофеля;

5. Создали программу, которая позволила наглядно продемонстрировать работу нашего проекта.

Для нашего проекта мы использовали конструктор из наборов Lego WeDo 1.0 и Lego City. В нашей работе были простые и сложные механизмы: лебедка, угловая зубчатая передача, рычаг, червячная передача. Запуск проект осуществляется с помощью программного обеспечения WeDo 1.0, одновременно подключается к компьютеру 3 коммутатора, 3 мотора, 1 датчик наклона и 2 датчика расстояния.

Мы считаем, что наш проект помогает сохранить максимально богатый урожай картофеля в процессе транспортировки, благодаря контейнерам с мягкими стенками и бережной погрузке.

Список используемой литературы и интернет-источники

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://welikepotato.ru/pravila-transportirovki-kartofelya/

6. https://santreyd.ru/blog/vse-o-yashchikakh-dlya-kartofelya/

Приложение