Оценка эффективности применения вальцево-щеточного очистителя клубней картофеля

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2018. Вып. 96_

УДК 631.362.3 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10063

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВАЛЬЦЕВО-ЩЕТОЧНОГО ОЧИСТИТЕЛЯ

КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ

A.M. Захаров, канд. техн. наук

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

В статье представлено устройство с вальцево-щеточными рабочими органами, которое предназначено для отделения почвенных примесей сухим способом в процессе предреализационной доработки клубней картофеля. Обоснована необходимость такого процесса. Приведены результаты экспериментальных исследований и рациональные значения регулируемых параметров устройства. Установлено, что наилучшие показатели по отделению прилипшей почвы от клубней картофеля достигаются при производительности установки от 1,0 до 1,5 т/ч, частоте вращения валов с щеточно-нейлоновым покрытием от 80 до 100 мин"1 и угле наклона рабочей поверхности от 12 до 15 град. Приведены расчеты технико-экономической эффективности применения разработанного устройства. Получены значения годового экономического эффекта, а также рассчитан срок окупаемости капиталовложений.

Ключевые слова: вальцево-щеточный очиститель; регулируемый параметр; клубень; почвенные примеси; эффективность отделения; экономическая эффективность.

Для цитирования: Захаров A.M. Оценка эффективности применения вальцево-щеточного очистителя клубней картофеля // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 3 (96). С. 104-111.

ASSESSMENT OF FEASIBILITY OF BRUSH ROLLER CLEANER FOR POTATO TUBERS

A.M. Zakharov, Cand. Sc.

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

The article describes a device with the brush roller, which is designed for the dry separation of soil foreign matter during the pre-sales treatment of potato tubers. The argument for such a process is made. The results of experimental studies and the rational values of adjustable parameters of the device are presented. The best indicators for the separation of adhering soil from potato tubers were registered under the installation throughput from 1.0 to 1.5 t / h, the rotational speed of the rollers with a brush and nylon coating from 80 to 100 min-1 and the working surface angle from 12 to 15 degrees. The calculations of technical and economic efficiency of the developed device are shown; the values of the annual economic effect and the payback period of capital investments were calculated.

Key words: brush roller cleaner; controlled parameter; tuber; soil foreign matter; separation efficiency; economic efficiency.

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

растениеводства_

For citation: Zakharov A.M. Assessment of feasibility of brush roller cleaner for potato tubers.

Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. 3

Введение

На сегодняшний день все большее внимания занимают вопросы

конкурентоспособности производства

отечественной продукции аграрного сектора, в частности направления растениеводства, а именно картофель и свежая плодоовощная продукция. Ставя перед собой задачу получения высоких показателей реализации продукции первостепенное значение приобретают такие вопросы, как степень подготовленности почв [1], качество семенного материала [2], своевременные посадка, обработка, сбор урожая, условия хранения и способ ее послеуборочной доработки или переработки [3-6]. Любой из этих факторов, а тем более в совокупности, влияют на ценообразование продукта, так как затраты на каждую из технологических операции включаются в конечную её стоимость. Соотношение цен на картофель в торговой розничной сети зависит во многом от его предреализационной доработки, соответственно от его внешней привлекательности и способа и материала упаковки [7]. Ориентировочное отношение цен картофеля при его реализации выглядят так: картофель, поступающий в торговые розничные сети из хранилища без дополнительной предпродажной доработки -1,0; картофель очищенный без воды, сухим способом и упакованный в сетки - 1,4; картофель мытый и упакованный в пакеты -2,0. Это мотивирует сельхозпроизводителей повышать уровень подготовленности своей продукции [8].

В цепи технологических операций

предреализационной обработки является одним из важнейших, но и он, в свою очередь, включает в себя ряд процессов,

куда необходимо включить первоначальную очистку вороха, разделение на фракции и затаривание в тару, мешки, сетки или вакуумирование [9]. Техника отечественных производителей, которая может быть максимально адаптирована к работе в условиях наших сельхозпроизводителей не имеет большого распространения на рынке. Технику иностранных производителей, например Польша, Германия, Голландия или США приобрести легко, располагая

возможностями. Так же техника иностранных производителей обладает множеством достоинств: она технологична, качественно собрана, надежна, имеет высокую производительность и так далее. Однако, не смотря на все достоинства она имеет и ряд существенных недостатков. К ним можно отнести стоимость, цены на запасные части и обслуживание, высокую производительность, что не всегда актуально в небольших фермерских хозяйствах [10], высокое потребление электроэнергии и т.д. Техника для очистки корнеклубнеплодов сухим способом, которую выпускали в нашей стране исчерпала свой производственный ресурс, технически устарела. Возможность эффективного функционирования, ремонта и обслуживания этой техники отсутствует. В связи с этим возникает необходимость разработки современного, адаптированного к работе в отечественных хозяйствах и лишенного вышеперечисленных недостатков

устройства, стоимость и затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию которого будут соизмеримы с финансовыми возможностями сельхозпроизводителей, а качество обработки материала будет

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2018. Вып. 96_'

соответствовать требованиям ГОСТ Р51808-2013 «Картофель продовольственный».

Материалы и методы

Проведя анализ существующих способов и средств механизации процесса предпродажной доработки, отделения почвенных остатков и примесей сухим способом, наиболее рациональным следует считать вальцево-роторный очиститель с щеточно-нейлоновым покрытием

поверхности рабочих органов, так как материал, обрабатываемый таким способом наименее подвержен травмированию и вместе с тем, показывает высокую степень отделения примесей.

Для проведения исследований процесса очистки клубней картофеля сухим способом, без использования воды в Институте агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ был изготовлен экспериментальный образец

корнеклубнеплодов, предназначенный для использования в крестьянских и фермерских хозяйства с не большими объемами производства продукции, рис. 1.

Рис. 1. Устройство для отделения почвенных примесей сухим способом

На процесс отделения от клубней картофеля примесей и растительных остатков влияет большое количество технологических, конструктивных и технических параметров. В ходе предварительных экспериментов были установлены три основных фактора, к ним относятся: угол наклона рабочей поверхности, образованной валами с щеточно-нейлоновым покрытием, частота вращения этих валов и производительность установки [7].

Исследовали устройство для отделения почвенных примесей сухим способом при следующих значениях параметров: нагрузка установки рабочим материалом от 1 - 3 т/ч, с шагом 1 т.; частота вращения валов с щеточно-нейлоновым покрытием от 60-140 об/мин с шагом 40 мин"1; угол наклона рабочей поверхности, образованной валами с щеточно-нейлоновым покрытием от 7 - 15 град.

Результаты и обсуждение

экспериментальных исследований данным были построены поверхностей откликов и контуры их сечений зависимости качества очистки клубней картофеля устройством для отделения почвенных примесей сухим способом от нагрузки установки рабочим материалом, частоты вращения валов с

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства_

И

угла

при -1

щеточно-неилоновым покрытием наклона рабочей поверхности.

Анализ полученных данных и графиков, построенных в ходе обработки информации показали, что наилучшие показатели по отделению прилипшей почвы от клубней картофеля достигаются при нагрузке установки рабочим материалом от 1,0 - 1,5 т/ч, частоте вращения валов с щеточно-нейлоновым покрытием от 80 - 100 мин"1 и угле наклона рабочей поверхности от 12 - 15 град. Целевая функция эффективности очистки клубней картофеля имеет максимальное значение, равное 93% частоте вращения щеточных валов 79 мин угле наклона 15° и подаче 1 т/ч [8].

Годовой экономический эффект является одним из ключевых показателей разработки технических средств, его принято определять по разности затрат нового варианта и уже существующего.

Для определения экономического эффекта от применения устройства для отделения почвенных примесей сухим способом его использовали в составе линии с ПКСП 6-10. Машина МСОК-5 производства республики Беларусь была взята за базовый вариант, так как она больше других соответствует по технико-технологическим показателям. Сравниваемые изделия отличает друг от друга конструкция рабочих органов, в МСОК-5 используются щеточные валы фигурной формы, производительность у сравниваемых образцов отличается на 0,5 т/ч, у МСОК-5 она составляет 3,5 т/ч., а

экспериментального образца 3 т/ч и остаточное загрязнение, у МСОК-5 до 2%, а у экспериментальной установки до 1%. Что в полной мере соответствует требованию ГОСТ Р51808-2013, в котором указано, что наличие земли, прилипшей к клубням не должно превышать 1% от массы.

Годовой экономический эффект от использования устройства для отделения почвенных примесей сухим способом образуется за счёт меньшей балансовой стоимости и более высокого качества обработки в сравнении с машиной МСОК-5. Стоимость устройства для отделения почвенных примесей сухим способом при изготовления его на экспериментально производственном участке в институте агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ составляет 315 тыс. руб. Цена выпускаемой машины МСОК-5 - 395 тыс. руб.

Предварительные расчеты показали, что годовая экономическая эффективность применения устройства для отделения почвенных примесей сухим способом в сравнении с машиной МСОК-5, при одинаковой производительности - 3 т/час составит 1000 руб/т обрабатываемого материала. Необходимые данные для проведения расчета экономического эффекта использования устройства для отделения почвенных примесей сухим способом приведены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные для определения экономического эффекта

Наименование показателя Обозначение Базовая Новая

Объем работы за год, т А 875 750

Производительность за час, т \¥см 3,5 3

Энергозатраты, кВт ч/т Яэ 0,3 0,3

Обслуживающий персонала, чел. П 2 2

Коэффициент сложности работ. ксл 1,0 1,0

Балансовая стоимость, руб. Бм 395000 315000

Годовая загрузка, нормативная, ч. Т 250 250

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал.

_ИАЭП. 2018. Вып. 96_

Стоимость электроэнергии, руб/кВт ч Цэ 3,8 3,8

Часовая ставка обе л. перс., руб. г ^тар 125,0 125,0

Нормативы отчислений, %:

на реновацию н, 12,5 12,5

на ТО и ТР Н-Т.О 13,5 13,5

Коэффициент эффективности капитальных вложений Е„ 0,15 0,15

Остаточная загрязненность клубней, % до 2 до 1

Цена продукта с высокой степенью очистки, руб./т ц. - 11000

Цена очищенного продукта, руб./т Цо 10000 -

Так как поступающий с поля, после комбайна или из хранилища для обработки картофель имеет примеси, прилипшую почву, то вес продукта поступившего на доработку и его вес после доработки обязательно будет отличаться. Поступающие на доработку перед реализацией клубни могут содержать примеси до 5% от массы.

Из наших условий МСОК-5 будет обрабатывать 875 тонн картофеля, с начальной загрязненностью 5%, остаток почвы 2%, следовательно, вес обработанного материала составит 849 тонн. Устройства для

Расчетные данные эко

отделения почвенных примесей сухим способом будет обрабатывать 750 тонн картофеля, с начальной загрязненностью 5%, остаток почвы 1%, следовательно, вес обработанного материала составит 720 тонн.

экономической эффективности применения устройства для отделения почвенных примесей сухим способом получены следующие значения экономических показателей, для большей наглядности они скомпонованы и представлены в виде таблицы 2.

Таблица 2

мических показателей

№ Экономические показатель Базовый вариант Новый вариант

1 Амортизационные отчисления на годовой объем работ, За, руб. 49375 39375

2 Затраты на ремонт и ТО, Зто , руб. 53325 42525

3 Затраты на хранение, Зхр , руб. 350 300

4 Затраты на электроэнергию, Зэ, руб. 1330 1140

5 Прямая оплата труда, 30П , руб. 62500 62500

6 Отчисления на социальные нужды, 3Соц , руб. 23750 23750

7 Оплата труда с учетом отчислений на соц. нужды, 3опс , руб. 86250 86250

8 Выручка от продажи картофеля, Вр , руб. 9703 10560

9 Всего затрат, 3, руб. 190630 169590

10 Удельные капиталовложения, Куд, руб./т. 494 420

11 Приведенные затраты, II ,, руб./т. 201 209

12 Снижение всех затрат от использования новой машины, С3, %. 11

13 Снижение приведенных затрат, Сп , %. 4

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

14 Снижение удельных капиталовложений, С^ , %. 15

15 Прибыль, Д руб./т. 857

16 Годовой экономический эффект, ЭГ , руб. 636750

17 Срок окупаемости капиталовложений, Ток , год. 0,5

Выводы

Расчеты показывают, что экономический эффект от применения устройства для отделения почвенных примесей сухим способом с вальцево-щеточными рабочими органами составляет 636750 рублей, по сравнению с базовой машиной МСОК-5 (производства Республика Беларусь). Это достигнуто за счет более низкой цены новой установки для очистки клубней и более

низкого значения остаточной загрязненности обработанного материала, менее 1%, по сравнению с базовым вариантом, это в полной мере соответствует требованиям ГОСТ Р51808-2013. Срок окупаемости устройства для отделения почвенных примесей сухим способом с вальцево-щеточными рабочими органами по технико-экономическим расчетам составил 0,5 года или 6 месяцев.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Liu, Y.X., Langemeier, M.R., Small, I.M., Joseph, L., Fry, W.E. Risk Management Strategies using Precision Agriculture Technology to Manage Potato Late Blight. Agronomy Journal. 2017. Vol. 109. N 2: 562575. DOI: 10.2134/agronj2016.07.0418.

2.Hameed, A; Zaidi, SSEA; Shakir, S; Mansoor, S. Applications of New Breeding Technologies for Potato Improvement. Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. N 925. DOI: 10.3389/fpls.2018.00925.

3.Mu, T.H., Sun, H.N. Progress in Research and Development of Potato Staple Food Processing Technology. J of Appl. Glycoscience. 2017. Vol. 64. N 3: 51-64. DOI: 10.5458/jag.jag.JAG-2016_017.

4.Grudzinski, J., Krzywicka, M., Bolibok, L. Computer-aided environmental risk assessment of potato cultivation technology using OpenLCA software. J of Eco Eng. 2016. Vol. 17. N 5:198-202. DOI: 10.12911/22998993/6509.

5.Chumak, V.A., Sartakov, M.P. Resource Saving Basics in Potato Cultivation Technology within Far North Conditions. Research Journal

of Pharmaceutical Biological and Chemical Sciences. 2016. Vol. 7. N 4: 2667-2674.

6.X. Shen, H. Qu, G. Huang, R. Hu, H. Wang. Analysis of the Extension Chain of Year-Round Production Technology of Potato Industry. Proc. 9th Int. Conf. on Management Science and Engineering Management. 2015. Vol. 362: 1287-1298. DOI: 10.1007/978-3-662-47241-5_108.

7. Фомин И.М., Орешин E.E., Захаров A.M., Логинов Г. А. Механизированная технология производства экологически чистого

сельскохозяйственные технологии:

агроинженерные решения», материалы 7-ой международной научно-практической

конференции. 2011. С. 141 - 146.

8. Фомин И.М., Логинов Г.А., Захаров A.M. Технико-технологическая модернизация картофелеводства в товаропроизводящих хозяйствах Северо-Запада РФ //Сборник научных докладов ВИМ. 2011. том 1. с. 95103.

9.Oke M. O., Workneh T. S.. A review on sweet potato postharvest processing and preservation

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2018. Вып. 96_

technology. African J Agr Res. 2013. 8(40): farmers in adoption of potato technology. Potato

4990-5003. DOI: 10.5897/AJAR2013.6841. J. 2011. 38 (1): 73-77. 10.B. Lal, T.K. Sinha1, Anil Kumar, A. Pandit, , N.K.Pandey. Constraints perceived by the

REFERENCES

1.Liu, Y.X., Langemeier, M.R., Small, I.M., Joseph, L., Fry, W.E. Risk Management Strategies using Precision Agriculture Technology to Manage Potato Late Blight. Agronomy Journal. 2017. Vol. 109. N 2: 562575. DOI: 10.2134/agronj2016.07.0418.

2.Hameed, A; Zaidi, SSEA; Shakir, S; Mansoor, S. Applications of New Breeding Technologies for Potato Improvement. Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. N 925. DOI: 10.3389/fpls.2018.00925.

3.Mu, T.H., Sun, H.N. Progress in Research and Development of Potato Staple Food Processing Technology. J of Appl. Glycoscience. 2017. Vol. 64. N 3: 51-64. DOI: 10.5458/jag.jagJAG-2016_017.

4.Grudzinski, J., Krzywicka, M., Bolibok, L. Computer-aided environmental risk assessment of potato cultivation technology using OpenLCA software. J of Eco Eng. 2016. Vol. 17. N 5:198-202. DOI: 10.12911/22998993/6509.

5.Chumak, V.A., Sartakov, M.P. Resource Saving Basics in Potato Cultivation Technology within Far North Conditions. Research Journal of Pharmaceutical Biological and Chemical Sciences. 2016. Vol. 7. N 4: 2667-2674.

6.X. Shen, H. Qu, G. Huang, R. Hu, H. Wang. Analysis of the Extension Chain of Year-Round Production Technology of Potato Industry.

Proc. 9th Int. Conf. on Management Science and Engineering Management. 2015. Vol. 362: 1287-1298. DOI: 10.1007/978-3-662-47241-5_108.

7.Fomin I.M., Oreshin E.E., Zakharov A.M., Loginov G.A. Mekhanizirovannaya tekhnologiya proizvodstva ekologicheski chistogo kartofelya [Mechanised technology of environmentally clean potato production].

tekhnologii: agroinzhenernye resheniya" [ Ecology and agricultural machinery: agroengineering solutions". Proc. 7th Int. Sci. Prac. Conf.]. 2011. Vol. 2:141 - 146.

8.Fomin I.M., Loginov G.A., Zakharov A.M. Technical and technological modernisation of potato growing in commodity producing farms of the North-West of the Russian Federation. Sbornik nauchnyh dokladov VIM [Collection of scientific reports of VIM]. 2011; vol. 1: 95-103.

9.Oke M. O., Workneh T. S.. A review on sweet potato postharvest processing and preservation technology. African J Agr Res. 2013. 8(40): 4990-5003. DOI: 10.5897/AJAR2013.6841. 10.B. Lal, T.K. Sinha1, Anil Kumar, A. Pandit, , N.K.Pandey. Constraints perceived by the farmers in adoption of potato technology. Potato J. 2011. 38 (1): 73-77.