XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«Воздушный трубопровод для транспортировки пшеницы» на базе конструктора LEGO wedo 2.0

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Чалков Д.В. 1Таловиков В.В. 1Зырянов Д.А. 1Долгов М.А. 1

---

1Мистер Брейни, школа интеллектуального развития

Куликова М.О. 1

---

1Мистер Брейни, школа интеллектуального развития

Работа в формате PDF

2.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Сельское хозяйство.

Сельское хозяйство – это отрасль экономики, направленная на обеспечение населения продовольствием и получение сырья для промышленности. Его роль трудно переоценить, поскольку оно является основой продовольственной безопасности любой страны и оказывает значительное влияние на ее экономическое и социальное развитие (Рисунок введение 1, Приложение).

Оно подразделяется на несколько основных видов, каждый из которых имеет свои особенности и задачи:

• • Растениеводство: Отрасль, занимающаяся выращиванием сельскохозяйственных культур (зерновые, овощные, плодовые, технические и др.).

  • Животноводство: Отрасль, занимающаяся разведением сельскохозяйственных животных (крупный рогатый скот, свиньи, птица и др.) для получения продуктов питания и сырья.

  • Смешанное сельское хозяйство: Сочетание растениеводства и животноводства в рамках одного хозяйства. Такой подход позволяет более эффективно использовать ресурсы и повышать устойчивость сельскохозяйственного производства.

Растениеводство – ведущая отрасль, обеспечивающая население основными продуктами питания (зерно, овощи, фрукты) и сырьем для перерабатывающей промышленности (сахарная свекла, хлопок, лен и др.). От эффективности растениеводства зависит продовольственная безопасность страны и уровень жизни населения.

Основные культуры: В растениеводстве выделяют несколько основных групп культур:

• • • Зерновые культуры: Пшеница, рожь, ячмень, овес, кукуруза, рис и др. Являются основным источником углеводов в питании человека и кормов для животных.

    • Зернобобовые культуры: Горох, фасоль, соя, чечевица и др. Богаты белком и используются в качестве ценного корма и продукта питания.

    • Кормовые культуры: Кукуруза на силос, травы многолетние и однолетние, корнеплоды (свекла кормовая, турнепс) и др. Предназначены для обеспечения животноводства кормами.

    • Овощные культуры: Томаты, огурцы, капуста, морковь, лук, чеснок и др. Являются важным источником витаминов и минеральных веществ в питании человека [4].

Цель проекта: разработка и конструирование модели воздушного трубопровода, для оптимизации транспортировки пшеницы и минимизации потери, обеспечивая максимальное сохранение его количества и качества.

Задачи проекта:

1. Изучить подробно зерновую культуру, а именно пшеницу;

2. Исследовать существующие технологии транспортировки зерна.

3. Разработка концептуальной модели воздушного трубопровода.

4. Создать проект «Воздушный трубопровод для транспортировки пшеницы» на базе конструктора LEGO wedo 2.0.

5. Презентовать проект.

В данной научной работе мы пользовались информационными сайтами. При конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах [2, 3].

Глава 1 Общие сведения

1.1 Виды зерновых культур. Пшеница

1.1.1 Виды зерновых культур и их классификация [5].

Зерновые культуры – это группа сельскохозяйственных растений, возделываемых ради получения зерна, которое используется в качестве основного продукта питания для человека и корма для животных.

Классификация зерновых культур:

Продовольственные зерновые: Пшеница, рожь, рис, гречиха. Используются в основном для производства муки, хлеба, круп и других продуктов питания.

Кормовые зерновые: Ячмень, овес, кукуруза, сорго, просо. Используются в основном для кормления сельскохозяйственных животных.

Зерновые культуры двойного назначения: Кукуруза, овес. Могут использоваться как в качестве продовольственного, так и в качестве кормового зерна.

1.1.2 Пшеница: что это такое, где растет и зачем она нам нужна.

Пшеница – это очень важный злак, который выращивают во многих странах мира, в том числе и в России. Из пшеницы делают муку, а из муки пекут хлеб, булочки, пироги и другое.

Пшеница – это наша еда, поэтому ее нужно много и важно, чтобы она была хорошего качества.

Виды пшеницы:

• Озимая пшеница – ее сажают осенью, она зимует под снегом, а летом дает урожай.

• Яровая пшеница – ее сажают весной, и она вырастает за лето.

• Твердая пшеница – из нее делают макароны.

• Мягкая пшеница – из нее делают хлеб.

Что может случиться с пшеницей при перевозке и хранении:

• Плесень (если пшеница намокнет, на ней может вырасти плесень, и ее нельзя будет использовать).

• Жучки (в зерне могут завестись жучки, которые его съедят).

1.1.3 Как собирают пшеницу: от серпа до комбайна.

Раньше, когда не было машин, пшеницу собирали вручную с помощью серпа – это такой изогнутый нож. Это было очень тяжело и долго. Потом придумали специальные машины, которые тянули лошади. А сейчас пшеницу собирают комбайны – это большие машины, которые умеют сразу и срезать колосья, и вымолачивать из них зерно, и очищать его от мусора. Комбайн – это очень удобно и быстро (Рисунок 1.1.3, Приложение).

1.2 Способы сбора пшеницы

Сбор пшеницы – важный этап в производстве зерна, от которого зависит его качество и сохранность.

• Традиционные способы:

  • Ручная уборка: использовалась в прошлом, сейчас применяется только на небольших участках или в труднодоступных местах.

  • Жатва с помощью конных жаток: более производительный способ, но требующий больших затрат ручного труда (Рисунок 1.2, Приложение).

• Современные технологии:

  • Комбайновая уборка: Основной способ сбора пшеницы в современном сельском хозяйстве. Комбайн выполняет одновременно несколько операций: скашивание, обмолот, очистку и сбор зерна в бункер.

  • Раздельное комбайнирование: применяется при неравномерном созревании зерна или при высокой влажности. Сначала пшеницу скашивают в валки, а затем, после подсыхания, подбирают и обмолачивают комбайном.

• Влияние способа сбора на качество зерна и его сохранность:

  • Комбайновая уборка: при правильной настройке комбайна обеспечивает минимальные потери зерна и высокую степень его очистки.

  • Раздельное комбайнирование: позволяет получить более сухое и чистое зерно, но требует дополнительных затрат на скашивание и подбор валков.

1.3 Транспортировка. Виды

1.3.1 Транспортировка пшеницы до элеваторов (Рисунок 1.3.1, Приложение).:

Грузовики (автомобильный транспорт): это самый распространенный способ перевозки пшеницы от поля до ближайшего элеватора или зернохранилища. Грузовики маневренные, могут подъехать прямо к полю и быстро доставить зерно. Используют специальные зерновозы – грузовики с кузовами, предназначенными для перевозки зерна. Часто фермеры сами отвозят урожай на элеваторы на своих грузовиках или нанимают транспортные компании.

Плюсы: быстро, удобно, подходит для небольших расстояний.

Минусы: зависимость от дорог, пробки, загрязнение воздуха, относительно небольшая грузоподъемность.

Тракторы с прицепами: на небольших расстояниях, внутри одного хозяйства или между соседними фермами, пшеницу могут перевозить тракторами с прицепами. Это более экономичный вариант, но медленный.

Плюсы: экономично для небольших расстояний, можно использовать свою технику.

Минусы: медленно, подходит только для коротких расстояний.

1.3.2 Транспортировка пшеницы в другие города и регионы (междугородняя и международная перевозка) (Рисунок 1.3.2, Рисунок 1.3.3, Приложение).:

Железнодорожный транспорт (зерновозы): для перевозки больших объемов пшеницы на дальние расстояния используют железнодорожные вагоны-зерновозы. Это экономичный способ, но требует наличия железнодорожных путей и времени на формирование составов. Пшеницу загружают в вагоны на элеваторах, а разгружают на других элеваторах или перерабатывающих предприятиях в других городах или даже странах.

Плюсы: Большая грузоподъемность, относительно низкая стоимость перевозки на большие расстояния.

Минусы: Зависимость от железнодорожной инфраструктуры, медленнее, чем автомобильный транспорт, требует перегрузки зерна.

Водный транспорт (баржи, сухогрузы): если элеватор находится рядом с рекой или морем, пшеницу могут перевозить баржами (по реке) или сухогрузами (по морю). Это самый экономичный способ перевозки очень больших объемов на большие расстояния, но очень медленный и зависит от погодных условий и судоходности рек и морей.

Плюсы: самая низкая стоимость перевозки больших объемов на большие расстояния.

Минусы: очень медленно, зависимость от погодных условий и наличия водных путей, требует перегрузки зерна.

Грузовики (автомобильный транспорт): используются и для междугородней перевозки, особенно если нет железнодорожных путей или речного порта поблизости. Этот способ дороже, чем железнодорожный или водный транспорт, но быстрее и позволяет доставить зерно "от двери до двери".

Плюсы: быстро, гибкость маршрутов, доставка "от двери до двери".

Минусы: дорого, относительно небольшая грузоподъемность, загрязнение воздуха.

1.4 Хранение

1.4.1. Где хранят пшеницу (Рисунок 1.4.1, Приложение)?

Элеваторы: это самые большие и современные зернохранилища. Они похожи на огромные башни или цилиндры. В элеваторах есть специальное оборудование для приемки, очистки, сушки, хранения и отгрузки зерна. Элеваторы бывают разные по размеру – от небольших, обслуживающих один район, до огромных, способных хранить сотни тысяч тонн зерна.

Склады: это более простые зернохранилища, часто представляющие собой большие ангары или крытые площадки. В складах зерно хранят насыпью или в мешках. В складах сложнее контролировать температуру и влажность, чем в элеваторах.

Силосные башни: это высокие цилиндрические сооружения, похожие на элеваторы, но обычно меньшего размера. Силосные башни часто используют в фермерских хозяйствах для хранения зерна, предназначенного для кормления животных.

Временные хранилища: иногда, когда урожай очень большой, зерно приходится хранить во временных хранилищах – на открытых площадках, укрытых пленкой, или в больших мешках (биг-бэгах). Это не самый лучший способ хранения, так как зерно подвержено воздействию погодных условий и вредителей.

1.4.2. Как сохраняют зерно, чтобы оно не испортилось?

Чтобы пшеница хорошо хранилась и не теряла своих полезных свойств, нужно соблюдать несколько правил:

Сушка: перед хранением зерно обязательно сушат, чтобы снизить влажность. Влажное зерно быстро портится, в нем развивается плесень и бактерии. Для сушки используют специальные зерносушилки, которые нагревают зерно и удаляют из него влагу.

Очистка: зерно очищают от сорняков, пыли, битых зерен и других примесей. Чистое зерно лучше хранится и меньше подвержено заражению вредителями. Для очистки используют специальные машины – сепараторы.

Вентилирование: зерно в хранилище нужно регулярно проветривать, чтобы избежать образования конденсата и плесени. В элеваторах есть специальные системы вентиляции, которые обеспечивают циркуляцию воздуха в зерновой массе.

Охлаждение: если зерно нагревается, в нем начинают размножаться вредители и микроорганизмы. Поэтому зерно стараются охладить до температуры, при которой они неактивны. Для охлаждения используют специальные холодильные установки.

Обработка от вредителей: чтобы защитить зерно от насекомых и грызунов, используют различные методы обработки – опрыскивание инсектицидами, фумигацию (обработка газом), использование ловушек и отпугивателей. Важно использовать безопасные для человека и животных препараты.

Контроль температуры и влажности: В зернохранилищах постоянно контролируют температуру и влажность зерна. Если показатели отклоняются от нормы, принимают меры для их нормализации.

Регулярная проверка: Зерно в хранилище регулярно проверяют на наличие вредителей, плесени и других признаков порчи. Если обнаруживаются проблемы, принимают меры для их устранения.

Глава 2 Создание проекта «Воздушный трубопровод для транспортировки пшеницы»

2.1 Обсуждение и решение проблемы. Функционал модели

На первых этапах конструирования мы поставили следующие задачи:

1. Сконструировать предварительные постройки;

2. Распределить последовательность действий в проекте;

3. Установить нужные механизмы для работы конструкций;

4. Преобразовать все в единый усовершенствованный вид.

Для обсуждения проблемы о значительных потерях зерна при транспортировке мы с командой начали искать информацию в интернет-источниках (Рисунок 2.1.1, 2.1.2, Приложение). Определили, что сохранить качество и количество зерна возможно с помощью трубопровода или зернопровода. Воздушный трубопровод работает будет работать следующим образом: внутри трубы стоит мощный вентилятор, он создает сильный поток воздуха внутри трубы. Этот поток воздуха подхватывает зерно и несет его по трубе к месту назначения.

Первым делом мы с командой подготовили макет будущей работы. Также обсудили, какие конструкции будут присутствовать в проекте, и от каких механизмов они будут работать.

В нашей модели все начинается со сбора пшеницы при помощи комбайна, базовая модель трактор с прицепом отвозит зерно в отстойник, где находится насосная станция. При помощи вентиляторов, насосы подают большой поток воздуха для отправки зерна по трубопроводу в элеваторы. В процессе транспортировки, зерно равномерно нагревается для высушивания. После оно попадает в элеватор, где проходит систему самоочищения.

После окончания планирования, мы приступили к улучшению конструкций (Рисунок 2.1.3, Приложение).

2.2 Механические передачи проекта

У каждой модели, присутствующей в нашем проекте, есть свой механизм[1]. Разберем каждую модель по отдельности.

Наш комбайн запускается при помощи датчика наклона, движение колес и режущего аппарата сопровождает угловые и зубчатые передачи. (Рисунок 2.2.1, Рисунок 2.2.4 Приложение).

От датчика расстояния начинает работать второй мотор. Он запускает насосную станцию, которая отправляет пшеницу на трубопровод. Вентилятор и насос начинают движения от угловых передач с применением конических зубчатых колес, ременной передачи, зубчатой передачи и кулачкового механизма (Рисунок 2.2.2, Приложение).

Пшеница при помощи 3 мотора и трех гусеничных механизмов перемещается по трубопроводу, производя безопасную транспортировку и сушку зерна. Движение гусеничного механизма происходит от зубчатой и червячной передач.

Как только зерно поступило в элеватор, запускается 4 мотор. Он приводит в движение ременные передачи. Начитается очистка зерна, и после раскладывается для хранения, (Рисунок 2.2.3, Приложение).

Таблица 1- Описание механических передач.

2.3 Презентация проекта

28 и 29 февраля проходил Региональный отборочный чемпионат по робототехнике. В направлении «Лиги исследований» мы презентовали свой проект: «Воздушный трубопровод». За все это время мы проделали большую работу: искали информацию, изучали каждое занятие новые темы и понятия, готовили творческие подделки, и инженерные решения (Рисунок 2.3.1, Рисунок 2.3.2, Рисунок 2.3.3, Приложение).

Таблица 2 - Защитное слово к проекту:

Заключение

В данной работе были рассмотрены основные этапы производства и транспортировки зерна. Изучение этих тем позволило лучше понять, как зерно попадает от поля до потребителя.

Хотя в настоящее время воздушные трубопроводы не являются основным способом транспортировки зерна в сельском хозяйстве, они могут быть использованы для перемещения зерна на небольшие расстояния, например, внутри элеватора или на перерабатывающем предприятии.

Список используемой литературы

1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основыробототехники», Школа интеллектуального развития «МистерБрейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

2. Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е.Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступаhttps://elibrary.ru/item.asp?id=30700400

3. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей, - СПб.: Наука, 2013. 319с;

Интернет-источники

4. https://www.agroxxi.ru/

5. https://www.zol.ru/

Приложение