XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Модель комплексного процесса очистки и хранения зерновых культур на базе конструктора LeGo WeDo 2.0

• Авторы
• Руководители
• Наградные документы

Введение

Зерновые культуры играют ключевую роль в обеспечении продовольственной безопасности и устойчивом развитии аграрного сектора любых регионов, в том числе и Тюменской области. Учитывая уникальные климатические и географические условия этого региона, эффективный процесс очистки и хранения зерна становится особенно актуальным. Современные подходы к организации хранения и обработки зерновых культур требуют внедрения комплексных моделей, которые учитывают все аспекты — от технологии уборки и очистки до хранения и транспортировки.

Поэтому мы решили разработать модель комплексного процесса очистки и хранения зерновых культур, которая поможет оптимизировать текущие технологии, снизить потери и повысить качество продукции.

Цель исследования: изучение информации о видах зерновых культур Тюменского региона, разработка модели комплексного процесса очистки и хранения зерновых культур для оптимизации технологий, снижения потерь и повышения качества продукции с помощью конструктора LeGo WeDo 2.0.

Задачи исследования:

1. Найти информацию о видах зерновых культур в Тюменском регионе;

2. Рассмотреть способы и особенности очистки зерновых культур;

3. Рассмотреть способы и особенности хранения зерновых культур;

4. Создать модель комплексного процесса очистки и хранения зерновых культур для снижения потерь и повышения качества зерна;

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. Зерновые культуры Тюменской области

Зерновые культуры играют ключевую роль в обеспечении продовольственной безопасности во всем мире, являясь основой рациона питания для значительной части населения планеты и важным компонентом кормовой базы животноводства.

Зерновые культуры – это группа растений семейства Злаковых (Poaceae), которые выращиваются для получения зерна. Зерно является основным продуктом питания для значительной части населения мира, а также используется в качестве корма для животных и сырья для различных отраслей промышленности.

Существует несколько классификаций зерновых культур, основанных на различных критериях. Наиболее распространенными являются классификации по:
* Ботаническому признаку: зерновые культуры подразделяются на различные роды и виды внутри семейства Злаковых.
* Биологическим особенностям: учитываются такие факторы, как морфология растений, продолжительность вегетационного периода, устойчивость к климатическим условиям.
* Способу использования зерна: разделение на продовольственные, кормовые и технические культуры.

Зерновые культуры Тюменского региона включают такие основные виды, как пшеница, ячмень, овёс и рожь (Рисунок 1.1.1, Приложение).

Пшеница ( *Triticum* spp.): Одна из важнейших зерновых культур в мире. Существует множество видов и сортов пшеницы, различающихся по качеству зерна и пригодности для различных целей (производство хлеба, макаронных изделий, кондитерских изделий и т.д.). Наиболее распространены мягкая пшеница (*Triticum aestivum*) и твердая пшеница (*Triticum durum*).

Ячмень (*Hordeum vulgare*): Широко используется в пивоварении, кормопроизводстве и в качестве продовольственной культуры (перловая и ячневая.

Овес (*Avena sativa*): Ценная кормовая культура, также используется в пищевой промышленности (овсяная крупа, хлопья).

Рожь (*Secale cereale*): Холодостойкая культура, пригодная для выращивания в северных регионах. Используется для производства хлеба, кваса и кормов.

Тюменская область обладает благоприятными условиями для их выращивания благодаря богатым почвам и достаточному увлажнению. Особенно развивается производство пшеницы, которая является важным звеном в продовольственной безопасности региона и страны в целом. Интересно, что в последние годы внедряются новые агротехнологии, позволяющие повысить урожайность и устойчивость зерновых культур к климатическим изменениям.

1. 2. Особенности хранения зерновых культур. Способы

Важным условием содержания зерна, является сохранение его ценных свойств: хорошая всхожесть, высокая сила роста, способность формировать определенные сортовые качества культуры и др. Для этого собранный урожай должен находиться в специализированных зернохранилищах, в определенных условиях, которые значительно снизят риск потери зерна. Поэтому необходимо тщательно организовать процесс хранения сырьевого продукта, дабы не потерять прибыль при полностью заполненном хранилище.

Способы хранения зерна

В зависимости от объемов полученного урожая и особенностей помещений, принято выделять два способа хранения зерна:

1. открытый – предназначен для временного хранения (бурты, траншеи);

2. закрытый – для длительного размещение зерна (силосы).

Рассмотрим каждый из способов хранения зерна:

Бурты – способ основан на открытом хранении на специальных площадках, насыпью, иногда под навесом (Рисунок 1.2.1, Приложение). Недостатки – зависимость от влияния внешних факторов окружающей среды.

Траншеи – бескислородное хранение, применяется, чаще всего, при производстве кормовой продукции (Рисунок 1.2.2, Приложение).

Бетонный силос – конструкция позволяет длительное время хранить большие объемы зерна в надлежащих условиях, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами (Рисунок 1.2.3, Приложение). Дорогостоящее зернохранилище, но условия внутри него идеально подходит для хранения зерна.

Металлический силос – легкость и быстрота при сооружении конструкции (Рисунок 1.2.4, Приложение). Хорошо вентилируется, но низкая теплоизоляция. Экономичный способ хранения зерна

Полиэтиленовые рукава - укладка зерновых культур в многослойные рукава с помощью зерноупаковщика (Рисунок 1.2.5, Приложение). Дает возможность хранить зерно в любом месте, не требует строительства складов и силосов. Необходимо тщательно следить за целостностью рукава, проверять зерно на зараженность, поскольку от этих факторов будет зависеть срок хранения. Полиэтиленовый рукав применяется только один раз.

1. 3. Способы очистки зерновых культур. Их особенности

Неотъемлемая часть сельскохозяйственного процесса, оказывающая непосредственное влияние на качество собранного урожая – применение высокоэффективных способов послеуборочной очистки зерен. Данный этап предусматривает использование разнообразных методов и технологий, направленных на удаление посторонних примесей, загрязнений, а также на сортировку зерен и их обработку.

Грамотная организация послеуборочной очистки обеспечивает сохранение качественных характеристик продукции, а также способствует повышению ее коммерческой ценности.

Рассмотрим основные этапы и технологии, используемые для эффективной очистки зерна:

1. Анализ состояния зерна перед очисткой. Первый и очень важный шаг, который следует выполнить перед проведением послеуборочной очистки для определения его состава и качества, – анализ состояния зерна. Его ключевыми аспектами выступают:

Проверка уровня влажности зерна

Определение наличия посторонних примесей

Определение содержания болезнетворных микроорганизмов

Результат анализа состояния зерна перед послеуборочной очисткой – получение полной информации о его влажности, присутствии примесей и болезнетворных организмов. Это, в свою очередь, позволяет предпринять соответствующие меры для обеспечения эффективной очистки продукции, сохранения ее качественных характеристик и предотвращения потерь.

2. Предварительная очистка. Цель этапа — удалить крупные примеси, камни, солому и другие грубые загрязнения.

Решётчатые сепараторы: Прохождение зерна через решетки разного размера, позволяющие отделить крупную фракцию мусора.

Аэродинамические устройства: Применяются воздушные потоки для отделения легких включений вроде пыли и соломинок.

3. Первичная очистка. Здесь основная задача — устранение мелких механических загрязнений и поврежденных зёрен.

Триеры: Машина, использующая различие в форме и размерах зёрен, позволяет выделять качественные экземпляры и отбраковывать дефектные части.

Магнитные установки: Удаляют металлические включения (например, мелкие гвозди), которые могли попасть случайно во время транспортировки или сбора урожая.

4. Вторичная очистка. Этап направлен на достижение идеального товарного вида зерна, минимизируя количество дефектов и повреждений.

Электростатическая сепарация: Учитывается разница в электропроводимости между зернами и сорняками, что позволяет дополнительно очистить массу.

Цветовая сортировка: Современное оборудование способно автоматически распознавать окраску и форму зёрен, отсортировывая нежелательные элементы (поражённые болезнью или несозревшие).

5. Дополнительные способы улучшения качества. Иногда применяют дополнительные мероприятия, увеличивающие сохранность и ценность зерна:

Термообработка: Нагрев зерна уничтожает патогенные микроорганизмы и улучшает сроки хранения.

Химическое обеззараживание: Иногда используется обработка растворами антисептиков для предотвращения заражения плесенью и бактериями.

Правильно подобранные методы и оборудование позволяют значительно повысить качество и стоимость зерновой продукции, сокращают риск потерь и улучшают общий экономический эффект от производства зерновых культур.

Глава 2. Экскурсия на агрофирму КРиММ в с. Упорово Тюменской области

Наша команда посетила интересную экскурсию на ООО Агрофирму КРиММ, организованную на базе крестьянского хозяйства «Нива» в 1999 году, расположено в 140 километрах от г. Тюмень в селе Упорово (Рисунок 2.1, Приложение).

Агрофирма КРИММ — один из крупнейших производителей сельскохозяйственной продукции региона, славится своей инновационной техникой и высоким качеством продуктов питания.

Валовой сбор продукции составляет 212 105 тонн в 2024. Агрофирма является одним из крупнейших производителей картофеля, овощей не только в Тюменской области, но и в России. ООО «Агрофирма КРиММ» с самых первых лет сделало ставку на передовые технологии и научно обоснованный подход к ведению хозяйства.

Экскурсия была очень интересной и познавательной. Мы посетили места возделывания и хранения зерновых культур, сортировки и хранения овощных культур.

Нам очень подробно рассказали о сортах пшеницы, выращиваемых здесь, и объяснили, почему именно такие условия подходят для её выращивания лучше всего. Агрофирма КРиММ занимается выращиванием следующих зерновых культур: пшеница яровая мягкая “Ирень”, озимая “Ньовосибирская 51”, овес сорт “Талисман”.

Также мы посмотрели образцы зёрен разных стадий зрелости и увидели процесс созревания от семени до готового продукта.

Мы узнали, что предприятие применяет различные методики и техники возделывания зерновых культур, включая:

• Минимальную обработку почвы

• Применение GPS-технологий

• Использование гибридных сортов злаков.

Также руководитель компании нам рассказал, что на производстве широко применяются биологические средства защиты растений, снижающие потребность в химикатах и уменьшающие влияние негативных факторов окружающей среды.

Так как зерновые культуры требуют особых условий хранения, обеспечивающих сохранение их качеств и предотвращение порчи, на агрофирме «КРИММ» применяется следующий набор мероприятий (Рисунок 2.2, Приложение):

• Система вентиляции и охлаждения: Специальные вентиляторы поддерживают оптимальный температурный режим внутри складских помещений, препятствуя развитию плесени и грибков.

• Регулярная проверка влажности зерна: Используются специализированные датчики, фиксирующие влажность воздуха и состояние зерна, что предотвращает появление очагов гнили и заплесневелости.

• Очистка зерна: После уборки зерно очищается специальными сепараторами, удаляя примеси и посторонние частицы, улучшая качество конечной продукции.

Посещение агрофирмы КРИММ оставило яркое впечатление у каждого участника экскурсии. Беседа с руководителем компании, посещение производственных объектов – дали нам почву для размышлений и поиск идей для улучшения процесса хранения и очистки зерновых культур.