XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Арбузный экспресс - машина для сбора урожая в Краснодарском крае

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Елисеева А.Д. 1Лазарев Р.А. 1Цымбулов Т.А. 1Гуров Р.А. 1

---

1ГАОУ "Многопрофильная гимназия федеральной территории "Сириус"

Попова Е.Е. 1

---

1ГАОУ "Многопрофильная гимназия федеральной территории "Сириус"

Работа в формате PDF

3.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

На сегодняшний день сбор урожая, например, арбузов в нашем Краснодарском крае, — это очень тяжёлый физический труд. Людям приходится много часов проводить на поле, под солнцем, сгибаясь и поднимая тяжёлые плоды. К тому же, рабочих рук иногда просто не хватает, и часть урожая может пропасть, если его не успеют собрать вовремя.

Именно поэтому создание машин, очень актуально. Они могут заменить ручной труд, делая работу быстрее, легче и безопаснее для человека. Роботы способны трудиться без устали, аккуратно и точно, что помогает сохранить урожай и сделать его доступнее для всех. Это не только облегчает жизнь фермеров, но и помогает нам всем получать свежие и вкусные продукты на стол.

Цель проекта — разработать и сконструировать машину для быстрого и бережного сбора урожая арбузов в Краснодарском крае, значительно облегчая труд человека и оптимизируя процесс уборки.

Задачи:

- Узнать про арбуз новые интересные факты.

- Изучить особенности выращивания и сбора арбузов, а также узнать, как работают сельскохозяйственные машины.

- Узнать где в Краснодарском крае выращивают арбузы.

- Провести эксперименты с подъемом и перемещением тяжелых предметов для понимания сложности ручного труда.

- Сходить на экскурсию и узнать подробнее про сбор и транспортировку урожая в Краснодарском крае.

- Сформулировать проблему и разработать несколько идей для её решения.

- Сконструировать модели для демонстрации своего решения, используя простые и сложные механические передачи, мотор и детали образовательных наборов LEGO «Первые механизмы» и «Аврора Robotics "Первые механизмы 2.0"».

- Продемонстрировать созданные модели и провести презентацию проекта, объяснить, как выбранное решение помогает людям при сборе урожая.

Глава 1 Урожай арбузов в Краснодарском крае

1. 1. Арбуз – что это и чем полезен.

Мы с ребятами вместе решили узнать интересные факты про арбуз! Изображения с арбузом мы представили на Рисунке 1.1.1 Приложения.

Древний путешественник

Арбузу уже больше 5000 лет! Его выращивали ещё в Древнем Египте, клали в гробницы фараонов как угощение для загробного мира. Представляешь — фараон в пирамиде тоже мог полакомиться арбузиком!

Ягода-гигант

Хотя арбуз такой огромный, с точки зрения науки он — ягода. Но не простая, а особенная — тыквина. Это значит, что у него твёрдая кожура, а внутри — сочная мякоть с косточками. У него «родственники» — огурец, кабачок и тыква.

Великий путешественник

Сначала арбуз рос только в Африке. Потом люди взяли его с собой и понесли по миру: в Египет, Индию, Китай, Европу, а потом и в Америку. Сегодня его любят везде — от пустыни до Севера!

Цветные сюрпризы

Мы привыкли к красному арбузу, но он бывает ещё жёлтый, оранжевый и даже белый внутри. Есть круглые и длинные сорта, а ещё арбузы без косточек.

Водяная бомба

Арбуз — настоящий супергерой лета! Он состоит на 92% из воды. Это как съесть сладкую и холодную бутылку с водой. В жару — идеальное спасение!

Полезный друг

В арбузе много витамина C и вещества ликопина, которое делает его красным. Это помогает нам быть здоровыми и сильными.

1. 2. Где растёт Арбуз.

В России арбузы выращивают преимущественно на юге страны. Основными регионами промышленного производства являются Астраханская, Волгоградская, Ростовская области, Краснодарский и Ставропольский края, а также Республика Калмыкия и другие территории Северного Кавказа. Значительные объемы также поступают из Саратовской области. В меньших масштабах арбузы культивируют в Крыму (в частности, в Красногвардейском, Красноперекопском, Джанкойском, Симферопольском и Сакском районах) и Воронежской области (Петропавловский район).

Астраханская область исторически считается родиной арбузов в России и сегодня является одним из ключевых поставщиков. Для успешного созревания этих бахчевых культур необходимы долгое жаркое лето и мягкая зима, которые идеально подходят для южных регионов России, включая Поволжье, Южный Урал и Кавказ.

Мы живём в Краснодарском крае, который по праву считается одним из крупных производителей бахчевых культур, к которым относится и арбуз. Множество арбузных полей располагается вблизи самого Краснодара, а Таманский район, включая поселки Веселовка и Темрюк, традиционно славится своими богатыми урожаями.

1. 3. Как собирают арбузы

Когда краснодарское солнце хорошенько прогреет землю, и арбузы на полях вырастают большими, круглыми и наливаются соком, наступает время самой ответственной работы — уборки урожая (Приложение, Рисунок 1.3.1)! Это очень важный и непростой момент, ведь нужно собрать арбузы быстро, пока они не перезрели, и очень аккуратно, чтобы ни один не повредился.

1. Поиск спелых "гигантов". Первым делом, по полю выходят опытные сборщики – это настоящие "арбузные детективы". Они не просто смотрят, а тщательно проверяют каждый арбуз на спелость.

Стучат по корке: они легонько постукивают по арбузу. Если слышен глухой, звонкий звук – значит, арбуз спелый! Как будто он поёт: "Я готов!" А если звук глухой и мягкий, значит, арбуз ещё зелёный или перезрел.

Смотрят на хвостик и пятно: у спелого арбуза хвостик (усик, который растет рядом с плодоножкой) обычно сухой и пожелтевший, а не зелёный. А пятно, на котором арбуз лежал на земле, становится ярко-жёлтым или оранжевым, а не белым.

2. Аккуратный "отрыв" от куста. Когда спелый арбуз найден, его нужно бережно отделить от стебля. Рабочие используют специальные острые ножи или садовые секаторы, чтобы аккуратно срезать плодоножку. Отрывать арбузы руками очень тяжело, да и можно повредить нежный стебель или сам арбуз. К тому же, если хвостик будет слишком коротким или оторванным "с мясом", арбуз быстро испортится при хранении.

3. Первые ряды на земле. Срезанные арбузы не сразу кидают в машины. Чтобы не таскать каждый арбуз через всё поле, их аккуратно складывают в длинные ровные ряды прямо на земле. Эти ряды обычно выкладывают вдоль поля или поперёк, чтобы потом было удобно подъехать технике. Представьте, сколько сил нужно, чтобы поднять и уложить столько тяжёлых арбузов!

4. "Транспорт" на поле. Далее на поле выезжают специальные транспортировочные машины или тракторы с большими прицепами. Иногда это могут быть грузовики, оборудованные для сбора урожая. Рабочие, которые находятся рядом с этими машинами, очень осторожно перекладывают арбузы из наземных рядов в кузов. Важно не бросать арбузы, чтобы они не треснули и не побились.

5. Путь к потребителю. Как только кузов машины наполняется доверху, она везёт собранный урожай на склад, в специальное хранилище или сразу на рынок. Там арбузы ждет дальнейшая сортировка и продажа. А опустевшее поле отдыхает до следующего лета, набираясь сил для нового, сочного урожая.

Вот такая непростая, но очень важная работа – сбор арбузов! Она требует внимания, сил и слаженной работы людей и техники. Именно поэтому учёные и инженеры придумывают роботов, которые могли бы помочь людям в этом тяжёлом труде.

Глава 2 Эксперимент по поднятию тяжести.

Мы поставили перед собой исследовательскую задачу: выяснить, насколько тяжело собирать и переносить арбузы вручную. Уже на этапе обсуждения мы определили проблему: собирать и грузить арбузы руками – долго и тяжело, особенно если урожай большой или нужно перевозить его на дальние расстояния.

Чтобы подтвердить гипотезу, что ручной труд при сборе арбузов требует значительных физических усилий, каждый из нас дома поднял арбуз или ёмкость с водой весом около 5 литров (аналогичная масса среднему небольшому арбузу, Приложение, Рисунок 2.1). Этот простой тест позволил на практике ощутить, что тяжёлые объекты неудобно держать, а многократное их перемещение утомительно.

Фиксировались наши ощущения (усталость, необходимость сделать паузу, желание использовать что-то для облегчения труда). Отмечалось, что вес арбуза или 5-литровой бутылки – вполне ощутим даже для взрослого, а для ребёнка это особенно наглядно.

Таким образом, эксперимент подтвердил исходную гипотезу: ручной сбор арбузов – трудоёмкий тяжелый и утомительный процесс.

Глава 3 Экскурсия в сады Фрателли п.Вардане, г.Сочи.

В рамках нашего проекта, мы совершили увлекательную экскурсию в "Сады Фрателли" в посёлке Вардане, Сочи (Приложение, Рисунок 3.1). Главной целью было посмотреть, как устроен современный сад и ферма в условиях субтропического климата Краснодарского края, а также, узнать, как фермеры собирают урожай.

Во время экскурсии мы:

- Прогулялись по саду. Увидели, как растут персики, хурма, фейхоа, голубика и другие фрукты. Узнали, как климат Сочи помогает растениям и зачем нужно большое водохранилище для полива.

- Познакомились с животными. Нам показали домашних кур, живущих на ферме. Дети с интересом наблюдали за ними и задавали вопросы об уходе.

- Изучили технику. Увидели настоящие тракторы и современные системы капельного орошения. Экскурсовод объяснила, для чего нужны эти машины и как они работают.

- Узнали, что на этой ферме весь урожай собирают люди руками, тракторы используют для транспортировки урожая от места сбора до места хранения.

Эта поездка позволила нам своими глазами увидеть, как выращивают фрукты и ухаживают за животными. Мы узнали много нового о садоводстве, важности человеческого труда и даже новые слова, такие как "фейхоа" и "орошение". Экскурсия помогла нам лучше понять сельское хозяйство и вдохновила на создание нашего "Арбузного Экспресса" в помощь фермерам.

Глава 4 Создание моделей проекта «Арбузный экспресс – машина для сбора урожая в Краснодарском крае»

4.1 Анализ проблемы и поиск решений

Изучив особенности сбора и транспортировки арбузов, побывав на экскурсии и проведя эксперимент по поднятию тяжести мы сделали выводы:

- Эксперимент наглядно показал, что даже один арбуз по весу ощутим для ребёнка, а многократный перенос — тяжёлый труд.

- Сбор и погрузка арбузов вручную требуют значительных усилий и занимают много времени.

Мы вместе придумывали идеи, как сделать процесс сбора и транспортировки арбузов удобнее и быстрее:

1. Конвейер. Идея – собирать арбузы с помощью движущейся ленты. Минус – слишком громоздкая и неподвижная конструкция, которую придётся постоянно перемещать по полю.

2. Высокая и широкая машина с подъёмным механизмом. Идея – сразу грузить арбузы на платформу, поднимать их и быстро отвозить. Такой транспорт мог бы даже доставлять продукцию прямо в аэропорты или города.

3. Наше инновационное решение — «Арбузный экспресс». Мы придумали специальную машину-помощника, которая сочетает подъёмный механизм, широкую платформу для арбузов и быстрый транспорт, экономя время и силы работников.

4.2 Конструкция моделей проекта

В нашем проекте мы сконструировали 2 основные модели – Домик фермера и машину Арбузный экспресс. Процесс создания моделей представлен на Рисунок 4.2.1 Приложения.

Модель Домик фермера

Конструкция домика включает 2 этажа: на первом этаже гараж, на втором этаже жилая комната с большим окном. На окне установлены механические ставни. Механизм ставней: понижающая угловая зубчатая передача, равнозначная зубчатая передача с промежуточными шестернями и рычаги. Когда фермер просыпается утром, ставни открываются, на ночь ставни закрываются. Со второго этажа фермер спускается вниз на лифте с помощью механизма лебедка. Все механизмы модели представлены на Рисунке 4.2.2 Приложения.

Модель машины Арбузный экспресс.

Арбузный экспресс – это сильная и быстрая машина для сбора арбузов. Двигатель, установленный в основании колесной базы арбузного экспресса, обеспечивает полный привод посредством двух понижающих зубчатых передач, распределяя крутящий момент на все 4 колеса. Конструкция включает в себя просторный кузов и механизм для сбора и подъема арбузов с бахчи в кузов. Все механизмы модели представлены на Рисунке 4.2.3 Приложения.

Также, в проекте мы представили бахчу с арбузами, трактор с прицепом для сбора арбузов стандартным способом, взлетно-посадочную полосу и самолет для транспортировки арбузов во все города нашей страны.

Итоговый вид проекта представлен на Рисунке 4.2.4 Приложения.

4.3 Демонстрация проекта

Представляем 1 день из жизни счастливого фермера Стёпы в Краснодарском крае:

Фермер Стёпа просыпается утром в своем доме, открывает ставни своего дома и смотрит погоду. Солнечно! Значит пора собирать урожай самых вкусных арбузов! Механизмы ставень: угловая зубчатая передача и прямая зубчатая передача с промежуточными шестернями

Фермер Стёпа спускается на лифте вниз. Механизм лебедка.

Садится в легкий трактор и едет на бахчу. Трактор – первая базовая модель, вторая базовая модель- прицеп, он остался в гараже, потому что у фермера теперь есть Арбузный экспресс!

Вот он большой и мощный! Мотор вращает многоступенчатую понижающую зубчатую передачу. Арбузный экспресс заезжает медленно на бахчу.

Фермер Стёпа со своим помощником начинает сбор урожая с помощью механизмов: Червячная передача, рычаг, угловая зубчатая передача

Фермер собрал большой урожай арбузов и Арбузный экспресс отправляется в аэропорт, где вкусные ягоды на самолете полетят во все города нашей страны России! У нашего самолета шасси- это колесная база.

Наше решение поможет всем счастливым фермерам Краснодарского края собрать вкусные арбузы быстро!

Мы представили наш проект родителям, друзьям и ученикам ГАОУ «Многопрофильная гимназия федеральной территории «Сириус», а также на Региональном Чемпионате по робототехнике в направлении Лига Открытий (Рисунок 4.3.1 Приложения).

Заключение

Во время работы с проектом мы узнали много нового об арбузах — где они растут, чем полезны, и как их собирают в Краснодарском крае.

Используя конструктор LEGO, мы не только изучили различные механизмы, но и применили их на практике, спроектировав и собрав колесную базу нашей машине и уникальный механизм для сбора арбузов.

Мы успешно продемонстрировали результат! Наш "Арбузный Экспресс" был представлен и успешно показал свои возможности по "сбору" урожая на импровизированном поле.

Этот проект дал нам ценные знания о сельском хозяйстве и инженерии и научил работать в команде, творчески мыслить и решать поставленные задачи. Мы гордимся проделанной работой и верим, что наш "Арбузный Экспресс" — это первый шаг к созданию настоящих машин будущего, которые помогут людям в их труде.

Такой подход демонстрирует основы научного исследования: постановка проблемы → проведение эксперимента → анализ результатов → поиск решения. Работа также научила нас наблюдать, сравнивать, делать выводы и применять творческое мышление для решения реальной задачи.

Проект демонстрирует эффективное применение простых механизмов и механических передач, что делает её ценным учебным пособием для занятий по робототехнике.

Список литературы и интернет-источников

Список литературы

1. Исогава, Й. Большая книга идей LEGO Technic. Техника и изобретения: Йошихито Исогава. / Й. Исогава // Эксмо. – 2021.

2. Филиппов, С.А. Уроки робототехники. Конструкция. Движение. Управление. / С.А. Филиппов // Лаборатория знаний. – 2017.

Интернет-источники

3. Https://agrorom.ru/news-and-articles/post/gde-segodnya-vyrashhivayut-arbuzy-v-rossii/#:~:text=Россия%20по%20объемам%20производства%20арбузов,Волгоградская%2C%20Астраханская%20область%20и%20Калмыкия.

4. Https://www.agroxxi.ru/analiz-rynka-selskohozjaistvennyh-tovarov/gde-v-rossii-samaja-arbuznaja-oblast.html

5. https://temryuk.ru/presscenter/news/samyy-luchshiy-tamanskiy-arbuz/

6. https://kubnews.ru/obshchestvo/2023/08/21/esli-est-arbuznyy-ray-to-eto-krasnodarskiy-kray/?utm_source=chatgpt.com

7. https://mogilev-region.gov.by/news/reportazh-kak-v-kirovskom-rayone-sobirayut-ekologicheski-chistye-i-aromatnye-arbuzy

8. https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-tehnologiy-i-sposobov-uborki-bahchevyh-kultur?utm_source=chatgpt.com

Приложение