IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Актуальный инновационный транспорт
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Город Новомосковск, в котором мы живем, – это крупный промышленный кластер, где представлены различные отрасли производства. Высокое сосредоточение химической промышленности, интенсивное сельское хозяйство с избыточным применением минеральных удобрений, радиоактивное загрязнение создают напряженность экологической обстановки в городе. Однако не стоит забывать о выбросах автомобилей и других видов транспорта, работающих на сжигании топлива.
Наряду с другими регионами Тульская область серьёзно пострадала от радиоактивных осадков после взрыва Чернобыльской АЭС в 1986 г. Если проводить регулярные исследования и наблюдения, будет возможно оценить степень отрицательного воздействия среды не только на растения, но и на жителей города.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОЕКТА
Актуальностью проекта является становление на путь защиты окружающей среды, одной из актуальных проблем для города является уменьшение выбросов автомобильных газов, создание более вместительного и экологически чистого вида транспорта.
Значимость выбранной темы обусловлена тем, что в настоящее время особенно остро стоят вопросы об экологическом состоянии окружающей среды. Транспорт сжигает огромное количество нефтепродуктов, а с увеличением количества транспорта растет содержание в атмосферном воздухе вредных веществ. Данные проблемы нуждаются в разработке необходимых мер и путей решения для предотвращения негативного воздействия хозяйственной, промышленной и иной деятельности человека и снижения влияния вредных выбросов в атмосферу.
В XXI веке было придумано множество инновационных видов транспорта. Все большее внимание сегодня уделяется экологическому виду транспорта. В истории навсегда останется момент изобретения электрических двигателей и всех сопутствующих им деталей. Новизна проекта заключается в том, что удалось совместить гениальные наработки учёных в единой концепции трамвая. За счет новой системы подпитывания батарей "Нейтрона", он является новатором в своей области.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА
Цель проекта –разработка нового вида транспорта, а именно трамвая, работающего от электрической и кинетической энергии Земли, произведенного из экологически чистых материалов, что положительно скажется на состоянии окружающей среды.
Для достижения целей был поставлен ряд необходимых задач:
Узнать наиболее загруженные транспортные потоки Новомосковска;
Разработать концепцию транспорта;
Выполнить чертеж «Нейтрона»;
Составить маршрут движения трамвая.
Персональным вкладом является то, что в единой концепции трамвая удалось совместить многие идеи и наработки ученых.
МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ
Обоснованность разработки трамвая нового поколения «Нейтрон»
Было рассмотрено детальное строение трамваев разных изготовителей. Известные всем экологически чистые виды общественного транспорта – метро, троллейбусы, трамваи. Данная часть инфраструктуры населенных пунктов, если оценивать конкретное средство передвижения, кажется совершенной. В воздух не выбрасывается вредных веществ, нет сажи, нет масштабных задымлений воздуха. Но экология этого вида транспорта имеет не только преимущества, но и недостатки:
- общественный транспорт используется преимущественно в дневное время суток;
- высокое энергопотребление;
- возможны большие утечки энергии из-за повреждений сетей, коротких замыканий, различных нештатных ситуаций.
В итоге происходит увеличение нагрузки на электрическую систему разных производителей. Тепловые станции, в свою очередь, расходуют больше топлива, увеличивая вредные выбросы в атмосферу. Оптимизировать нагрузку по времени суток с помощью общественного электрического транспорта затруднительно. Поэтому необходим другой выход.
Проанализировав основные черты трамваев разных изготовителей, создан «Нейтрон» - трамвай нового поколения, являющийся безопасным для окружающей среды, так как он не производит вредных выбросов в атмосферу Земли, состоит из экологичных материалов и работает на чистой энергии (рисунок 1).
2.2. Визуальная часть проекта
Затем была разработана визуальная часть проекта.Дизайн трамвая отвечает всем современным требованиям и выполнен в стиле «минимализм».
Выбор пал на него, так как главные черты минимализма – это простота и краткость, он стремится передать упрощенную суть и форму предметов, отсекая вторичные образы и оболочки. Используется только самое необходимое для зрительного восприятия, никакие дополнительные средства и элементы не требуются. Предполагаются простейшие геометрические формы и сочетания цветов. Например, сведем к минимуму число используемых цветов: черный, белый и светло-зеленый. (рисунок 2, 3).
2.3. Экологически чистые материалы, используемые при создании трамвая
Предложены экологически-чистые материалы, которые будут использоваться в производстве трамвая нового поколения. XXI век невозможно представить без такого металла, как алюминий. Алюминий часто используется в архитектуре, строительстве, автомобилестроении, и все благодаря лёгкости, надёжности и эстетичности. Крупнейший производитель алюминия в мире – РУСАЛ – российская алюминиевая компания - выпускает более 85% своей продукции с использованием самой экологически чистой и возобновляемой энергии – гидроэлектроэнергии, выработка которой полностью исключает вредные выбросы. Алюминий – это перерабатываемый материал, который при вторичной переработке снижает энергозатраты до 95%, а это уменьшает выброс вредных веществ в атмосферу в разы. Данный металл уменьшает вес транспорта, тем самым увеличивая его энергоэффективность, что позволяет улучшить глобальную экологическую ситуацию.
Было уделено внимание частям трамвая, которые могут подвергаться деформации от внешних воздействий (удары, трения, столкновения с чем-либо и т.д.). Принято решение использовать для защиты этих частей (бампер, боковые крылья, пороги) каучуковую наслойку. Каучук предпочтительно использовать естественного происхождения, так как он является единственным экологически чистым эластомером. Вообще же каучуки различных видов не представляют экологической опасности, используются без потерь, максимально рационально.
Для внутреннего оснащения, а именно для покрытия полов, обивки поручней и других мелких предметов предлагается задействовать переработанные шины, которые измельчаются в крошку и из данной субстанции получается мягкий резиновый материал. Этот процесс считается экологически чистым. Ткань для обивки сидений можно использовать из полиэстера – переработанного пластика. Приборная панель, рычаги, кнопки и другие аксессуары внутреннего оснащения также могут быть изготовлены из переработанного пластика. Вторичная переработка химических отходов позволяет значительно сократить выбросы парниковых газов в атмосферу.
Из вторсырья производят не только мелкие изделия. Российские компании выпускают шпалы из переработанного пластика. 170 тонн пластмассовых отходов превращаются в 1 километр железнодорожных путей. Пластиковые шпалы прочнее деревянных и в 3 раза легче железобетонных. Они просты в монтаже, служат 40-50 лет, после чего их переработают в новые шпалы. Они не подвержены разрушению от гниения, плесени, влаги и, являются электроизолирующим материалом. Такие шпалы могут применяться на путях с осевой нагрузкой до 30 т на ось, а срок их эксплуатации с учетом ремонта достигает полвека (втрое больше деревянных).
Маршрут движения «Нейтрона»
Был разработан маршрут движения «Нейтрона». В городе Новомосковске проживает более 120 тысяч человек, находится несколько крупных химических предприятий, что обусловлено большим транспортным потоком. К тому же через город проходит транспортная магистраль Тула -Рязань, что создает трудности для горожан, особенно в часы пик. В Новомосковске работают такие виды общественного транспорта, как автобусы и маршрутное такси. Из-за удобной транспортной развязки, связывающей несколько крупных городов, близости федеральной трассы М4-Дон в городе наблюдается большое количество большегрузных машин и спец. автобусов, перевозящих работников химических предприятий. Вследствие этого возникает необходимость разгрузки основных улиц от большого транспортного потока. Трамвайный путь поможет обеспечить прохождение рельсового транспорта минуя пробки и заторы.
В ходе выполнения этого проекта были рассмотрены маршруты движения общественного транспорта, и, выбрав пользующиеся наибольшей популярностью, составлен собственный маршрут хода трамвая:
Начальная станция: Рудничная улица-улица Мира;
Улица Мира-Комсомольская улица;
Комсомольская улица-Березовая улица;
Березовая улица-улица Шахтеров;
Улица Шахтеров-Коммунистическая улица;
Коммунистическая улица-Профсоюзная улица (рисунок 4).
Данный маршрут разработан с учетом загруженности транспортного потока, удобства перемещения, инфраструктуры города, рассчитано оптимальное время в течение суток, учитывая часы пик, что позволяет сократить количество общественного транспорта и, как следствие, уменьшить объем вредных выбросов в атмосферу.
Метод подзарядки трамвая «Нейтрон»
Усовершенствован метод подзарядки трамвая «Нейтрон». Принцип работы основывается на ветряных мельницах. Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Потоки ветра определённой силы попадают на лопасти ветрогенератора. Затем ротор передаёт механические колебания на статор. После этой нехитрой схемы, вся энергия копится и попадает на генератор. Он и является создателем электрической энергии. За счет этого принципа работы такой системы, мы получаем чистую энергию, которая сможет посоревноваться с аналогами. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток.
Учитывая скорость трамвая, а именно 45-70 км/ч, роторы, уменьшенные в 14 раз, будут вырабатывать энергию равной ~ 3кВт. Затем электричество поступает напрямую в литиевые батареи, после чего распределяется на колесную базу. Данная система достаточно автономна, что является новаторством в сфере получения чистой энергии (рисунок5).
Батарея всегда сохраняет критический объем заряда для того, чтобы трамвай имел возможность доехать до Депо, в котором будет находиться станция, обеспечивающая заряд аккумулятора.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При разработке проекта подведены следующие итоги:
-были поставлены цели по разработке инновационного вида транспорта, которые впоследствии стали реализуемыми в дальнейшей работе;
-составлен чертеж "Нейтрона";
-изобретена новая схема подпитки батарей;
-установлена оптимальная схема движения трамвая по городу Новомосковск;
-разработан дизайн Трамвая.
Успешная реализация данного проекта позволит не только улучшить состояние окружающей среды в городе, но и оптимизирует транспортный поток, создаст более удобный вид транспорта для населения.
Список используемых источников:
Ветроэнергетика: Википедия. Свободная энциклопедия. 21.02.2020 (https://ru.wikipedia.org/wiki/Ветроэнергетика).
Ветряная мельница: Википедия. Свободная энциклопедия.07.02.2020 (https://ru.wikipedia.org/wiki/Ветряная_мельница).
Kottec (2019) Что можно сделать из переработанного пластика?//Сайт bezotxodov.ru (https://bezotxodov.ru/jekologija/chto-delajut-iz-pererabotannogo-plastika)
Литий-ионный аккумулятор: Википедия. Свободная энциклопедия. 29.01.2020 (https://ru.wikipedia.org/wiki/Литий-ионный_аккумулятор).
Приложение
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Рисунок 4
Рисунок 5