Переправа грузов через реку Обь в период распутицы

V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Переправа грузов через реку Обь в период распутицы

Кучкин А.В. 1
1МАОУ СОШ№8
Кучкина И.А. 1
1МАОУ СОШ№8
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

С наступлением периода межсезонья паромно-ледовая переправа между городами Салехард и Лабытнанги официально закрывается для любых видов транспорта. Это время, когда лед на многочисленных реках и озерах Ямале, еще или уже, не способен выдержать транспорт. Распутица длится примерно с середины октября по январь и с конца мая по середину июня. В начале сезона «распутицы» грузовые перевозки в Ямало-Ненецком Автономном Округе практически останавливаются. Безопасные перевозки между городами выполняют только вертолеты. Стоимость перевозки составляет 1150 рублей для пассажира. Доставка грузов вертолетом Ми-8Т - 145 000 рублей в час, максимальная загрузка 2200 кг, вертолетом Ми-8МТВ- 190 000 рублей в час, максимальная загрузка 3000 кг.С целью экономии предприниматели перевозят товары, пользуясь услугами владельцев снегоходов, которые переплавляют грузы по тонкому льду. Только в 2017 году 11 человек пострадало в период осеннего межсезонья, из них 4 человека погибли. Необходимо организовать безопасную переправку товаров первой необходимости в период «распутицы».

Гипотеза: если создать модель устройства для переправки грузов через реку Обь, то появится возможность переправлять грузы на противоположный берег реки

Цель работы: Разработка, создание и программирование модели устройства для переправки грузов в период распутицы через Обь.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

    •  

Изучить информацию о способах переправки грузов черезреки.

    •  

Изучить основные компоненты конструктора LEGO.

    •  

Изучить схемы ранее собранных моделей из конструктора LEGO.

    •  

Разработать модель устройства.

    •  

Сконструировать разработанную модель с использованием конструктора LEGOMINDSTORMSEV 3.

    •  

Создать алгоритм функционирования модели.

    •  

Создать и отладить программу работы модели в среде программирования.

Объект исследования: изучение способов переправы грузов через препятствия при помощи канатной дороги.

Предмет исследования: авторские модели устройств на основе LEGO технологий устройства для переправы грузов через реку Обь.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

Теоретические:

а. Анализ способов переправки грузов через реку Обь.

Практические:

Разработка модели устройства.

Конструирование.

Создание программы с помощью среды программирования.

Отладка программы работы.

Теоретическая значимость: расширение знаний по информатике, робототехнике.

Практическая значимость: Модель можно использовать для конструирования функционирующего устройства, которое будет переправлять грузы через препятствие. Имитационную модель можно использовать на занятиях по предмету «Физика», курсу внеурочной деятельности «Робототехника».

Была изучена литература: "Курс программирования робота legoMindstormsEV3 в среде EV3: основные подходы, практические примеры, секреты мастерства" / Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий, "Основы робототехники" /Д.А. Каширин, Н.Д. Федорова, "Первый шаг в робототехнику: практикум "/ Д.Г. Копосов. "Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь"/ Д.Г. Копосов, "Сборник лучших творческих ЛЕГО-проектов «Роботы и искусство». В учебных пособиях приводится подробное описание работы с датчиками и моторами. Уделено внимание работе с экраном и звуком – вывод статичных и динамичных изображений и текста на экран блока EV3, программирование собственных мультипликационных игр на экране. Рассмотрены программные структуры для работы с данными, массивами и файлами. Продемонстрированы различные способы соединения роботов для организации их совместной работы.

Основная часть

    1.  

Виды канатных дорогДля создания модели были изучены канатные дороги и их виды.

Кана́тная доро́га - установка для перевозки грузов в подвесных вагонетках, а также пассажиров в подвесных вагонах и креслах по натянутому между станциями стальному канату. Канатные дороги строят в горной, пересечённой и труднопроходимой местности, а также в городах и посёлках для создания наиболее экономичных, кратчайших транспортных связей между различными объектами. По назначению различают грузовые, пассажирские и грузопассажирские канатные дороги; по устройству – двухканатные и одноканатные. Канатные дороги бывают с кольцевым движением, при котором вагоны перемещаются по двум параллельным канатам всегда в одном направлении, и с маятниковым – на каждом канате подвешено по одному вагону, совершающему возвратно-поступательное движение между конечными станциями. По сравнению с другими видами транспорта обеспечивают доставку грузов по кратчайшему пути с уклоном трассы (до 45°), недоступным другим видам доставки, могут эксплуатироваться на высоте до 5000 м над уровнем моря; наличии различных преград (водных, ущелий, застроенных территорий, ЛЭП и др.) и не зависят от погодных условий.

Бу́гельный подъёмник — это оборудование для буксирования горнолыжников и сноубордистов в гору. Представляет собой трос (поднимающая ветвь — для буксирования лыжника и спускающая ветвь, как правило параллельны и размещены на одних опорах), проходящий «по кругу» через специальные опоры: конечные станции (натяжная + приводная и/или их комбинации: натяжная с приводом + обводная. Возможна установка промежуточных станций.) и промежуточные опоры (несущая или отжимная). Приводится в движение с помощью электропривода. Как правило, на подъёмнике предусматривают установку резервного дизельного двигателя. Был изобретён в 1933 году инженером Жаном Помагальски (основатель фирмы «Poma»).

Таким образом, предлагаемый мной способ транспортировки использует возможности канатной дороги с кольцевым движением и бугельной транспортировки.

2. Практическая часть2.1 Описание модели

Основой модели служат 3 секции площадки LEGO, размером 38 см х 38 см. На первой площадке стационарно установлена платформа, в которую встроен механизм для взвешивания (гироскоп), датчик касания (Приложение I рис.1,2); установлен блок управления LEGOMINDSTORMSEV3 (Приложение I рис.2); закреплен сервомотор (Приложение I рис.3), приводящий в движение канат, натянутый между двумя шкивами (Приложение I рис.4). Первый шкив установлен непосредственно на сервомоторе (Приложение I рис.5), второй шкив закреплен на третьей платформе (Приложение I рис.6). Общий вид модели (Приложение I рис.7).

Для сборки модели применяется конструктор Lego MindstormsEV3.0. В работе использованы:

1 блок управления

управляемый компьютером, интеллектуальный блок LEGOMINDSTORMSEV3 - мозг робота.

1 сервомотор

позволяет двигаться

1 датчик касания

позволяет определять нажата его кнопка или нет

детали конструктора LEGOMINDSTORMSEV3

полый пластмассовый блок, соединяющийся с другими такими же кирпичиками на шипах

2.2 Описание программы работы модели

Среда программирования EV3 позволяет визуальными средствами конструировать программу функционирования модели.

Для работы устройства создается серия программных блоков, из которых формируется программа (Приложение II).

Поднимается шлагбаум, чтобы груз оставался на весах (работа сервомотора D). Контейнер с грузом перемещается на платформу (работа сервомотора С). Груз взвешивается (срабатывает датчик поворота). В случае превышения веса, воспроизводится звуковой сигнал, выводится сообщение на экран «STOP», транспортировка груза не происходит. Если вес соответствует норме, на экран выводится сообщение - «NORMA», оператор нажимает датчик касания, опускается шлагбаум (сервомотор D) и происходит движение груза (сервомотор С).

Практическое применение

Имитационную модель можно использовать для создания устройства, которое позволить переправлять грузы с одного берега на другой во время распутицы (осень, весна). В зимне-летний период канат убирается. Минимальный вес, который можно переправлять предлагаемым устройством – 5 т.

Экономическая составляющая проекта

Бугельный подъемник (с затратами на установку и оплату работ по установке)

2 200000руб

Весы балочные стержневые до 5 тонн

50 000руб

Средняя заработная плата оператора

30000руб

всего

2280 000руб

3000*11= 33000 кг=33 т - груза за эту сумму можно перевести вертолётМи-8МТВза 11 часов работы.

1, 3 м/с

Скорость движения бугельного подъемника

2000 м

Ширина реки Обь в узкой части

2000м/1,3м/с=1539 с=43 мин

Скорость движения подъемника по реке в одну сторону

2*43 мин=86 мин =1ч 26с

Скорость движения подъемника по реке от Лабытнанги в Салехард и обратно

34 рейса

За рабочий день

34*5=170 т

За рабочий день

Вывод: Предлагаемый способ транспортировки позволяет перевезти 170 т груза за 8 часовой рабочий день.

Заключение

В процессе работы над своей моделью я фотографировал каждый основной элемент. Для создания схемы сборки я использовал программу для создания различных 3D-объектов на основе виртуальных деталей конструктора LEGO - LEGO Digital Designer.

Таким образом, изучив схемы сборки различных моделей ЛЕГО, была созданаимитационная модель. Работой устройства управляет программа, созданная в среде программирования EV3.

В результате проведённой работы я научился самостоятельно формулировать цель и задачи проекта, составлять индивидуальный план проведения работы, рассчитывать время на разных этапах практической работы. В ходе работы я проектировал технические решения и реализовал их в виде функционирующей модели.

Результатом моей работы является модель для переправки грузов в период распутицы.

Список использованной литературы и информационных ресурсов

 

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн 2006

 

Курс программирования робота legoMindstormsEV3 в среде EV3: основные подходы, практические примеры, секреты мастерства/ Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. – Челябинск: ИП Мякотин И.В., 2014 – 204 с.

 

Основы робототехники /Д.А. Каширин, Н.Д. Федорова, - Курган: ИРОСТ, 2013.- 240 с. ил.

 

Первый шаг в робототехнику: практикум / Д.Г. Копосов. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.-286 с.

 

Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь / Д.Г. Копосов. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.-87 с.

 

Сборник лучших творческих ЛЕГО-проектов «Роботы и искусство». Челябинск, 2011г.

Интернет-ресурсы

 

http://www.prorobot.ru - Роботы и робототехника

 

http://ru.wikipedia.org/wiki/ - Червячная_передача

 

http://nnxt.blogspot.com/2011_04_01_archive.html - робототехника для школ и вузов

 

http://www.andyworld.info/Legolab/NXT/ - LEGO Mindstorms NXT: учебныйкурс

 

http://learning.9151394.ru/course/ - LEGO Mindstorms NXT: основы конструирования и программирования роботов

 

http://vesti-yamal.ru/?material=150423#t20c стоимость пассажирской перевозки на вертолете.

 

http://yamal-region.tv/news/17321 - информация о несчастных случаях на воде с начала ледостава.

Приложение I

Модель переправы грузов

   

рис.1

рис.2

   

рис.3

рис.4

   

рис.5

рис.6

 

рис.7

Приложение II

Программа работы инженерной модели

Просмотров работы: 235