Проблемы снижения повреждаемости клубней картофеля при уборке

УДК 631.356.4:658.562 А.В. Кузьмин, Э.Б. Вамбуева, В.С. Болохоев

ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ ПРИ УБОРКЕ

Исследованы вопросы повреждаемости клубней картофеля при механизированной уборке. Представлен расчет некоторых параметров технических средств для определения повреждаемости клубней. Приведены выводы о путях снижения повреждаемости картофеля.

Ключевые слова: уборка картофеля, повреждаемость клубней, технические средства, расчет параметров, оценка устойчивости клубней.

A.V. Kuzmin, E.B. Vambueva, V.S. Bolohoev PROBLEMS OF POTATO TUBERS DAMAGEABILITY DECREASE IN THE PROCESS OF GATHERING

The problems of potato tubers damageability in the process of mechanised gathering are researched in the article. Calculation of some technical means parametres for the tubers damageability determination is given. The conclusions about the ways of potato damageability decrease are drawn.

Key words: potato gathering, tubers damageability, technical means, parametres calculation, tubers stability estimation.

Эффективность картофелеводства в значительной степени зависит от производства семенного картофеля. К составляющим этого производства относится селекция, создающая генетическую основу семеноводства, - сорт и связанное с ней размножение семенного материала. Сорт во многом определяет урожай. Как правило, новые сорта превосходят старые по урожайности. Исследованиями и практикой установлена высокая эффективность сортосмены: прибавка урожая составляет 10-30 % по сравнению со старыми сортами. Среди других культурных растений картофель выделяется наличием богатейших генетических ресурсов и лёгкостью передачи наследуемых признаков сорта. Различные сорта картофеля, кроме урожайности, в разной степени обладают такими наследуемыми признаками, как выход крахмала, продолжительность вегетации, устойчивость к болезням, вредителям, неблагоприятным факторам среды и т.д. А в связи с совершенствующимися приёмами и способами возделывания и уборки, а также длительного хранения картофеля, к новым сортам предъявляются дополнительные требования. Так, возрастающий удельный вес механических повреждений клубней при уборке, закладке на хранение и транспортировке определил необходимость вести селекцию на повышенную устойчивость картофеля к механическим нагрузкам [1].

В связи с этим в последние годы у нас в стране и за рубежом изучаются и разрабатываются методики и средства для определения пригодности сортов к механизированной уборке. Несмотря на наличие и разнообразие существующих методов оценки небольших партий клубней, все они направлены в основном на выявление отдельных факторов устойчивости. К тому же, как отмечают исследователи [2], реакция сорта меняется в зависимости от метода испытания их устойчивости.

Механические характеристики мякоти клубней тесно связаны с её внутренним строением и состоянием, поэтому они оказывают непосредственное влияние на устойчивость клубней к механическим повреждениям. Таким образом, для оценки селекционного материала на устойчивость к механическим повреждениям, особенно на ранних этапах селекционного процесса (при наличии ограниченного количества клубней), имеют огромное значение лабораторные методы определения механических (упруго-прочностных) свойств мякоти клубней.

Как показывают опыты, за время взаимодействия тел при ударе (в среднем t= 0,013 с) и скорости распространения волны в клубне 63,93 м/с [3] волна успевает пройти сквозь клубень и отразиться 6-9 раз (в зависимости от размеров клубня). Из этого следует вывод о том, что можно использовать при расчетах формулы статического сжатия.

Анализируя эти результаты, мы пришли к выводу, что мякоть клубня обладает, как упругими, так и упругопластическими свойствами. Таким образом, в качестве модели мякоти клубня картофеля можно выбрать модель твердого тела Зинера или обобщенную модель, состоящую из абсолютно упругой и упругопластической частей, соединенных последовательно.

В настоящее время на первый план выдвигается пригодность сорта картофеля к запланированной цели использования. Выбор сорта без учета условий его реализации на рынке сбыта и метода переработки

не оправдан. В этой связи большое значение придается государственному сортоиспытанию. При этом сортоиспытание все больше заменяют многофакторными экспериментами, при которых подвергают проверке не только сорт, но и комплекс агротехнических мероприятий. Благодаря этому, удается получить ценные рекомендации по агротехническим мероприятиям, связанным с возделыванием определенного сорта, то есть разработать сортовую агротехнику [2]. Сейчас возникла необходимость вести направленную селекцию на повышенную устойчивость картофеля к механическим повреждениям. Однако для этого необходима методика оценки устойчивости клубней картофеля к механическим повреждениям. Существующая в настоящее время методика оценки имеет ряд недостатков. Главным является невозможность сделать достоверную оценку устойчивости в процессе селекции по причинам, неоднократно упоминавшимся выше.

Таким образом, нами был разработан ряд технических средств [4-6], предназначенных для использования в процессе выведения новых сортов картофеля. При вращении барабана клубни перекатываются по прутковой поверхности до тех пор, пока не подхватываются лопастью и поднимаются на определенную высоту, откуда они падают на наклонную поверхность площадки, по которой скатываются и вновь падают на прутковую поверхность. Так цикл повторяется до остановки барабана.

Рассмотрим начало скатывания клубня по лопасти перед падением на наклонную поверхность площадки (рис. 1). В этом случае на клубень, находящийся на лопасти барабана, действуют сила тяжести mg ,

нормальная составляющая N и сила трения F :

та= ng+ V+ ?тр\ т^пер + 1т» + Кор = ПЯ + ^ + 7тр , 0)

где а - ускорение переносного движения; аот н- ускорение относительного движения; в кор - кориолисово ускорение.

Движение клубня возможно только по направлению оси X и начнется с того момента, когда сумма проекций всех сил на ось OX будет равна нулю. Проецируя на ось OX, получим:

"К*сп« = - тпер+ ngsmcp fingeos

где

апер = Сер =  (R- 0.

так как аТ =е#-х = ) (е - ) - вращение равномерное); f- коэффициент сопротивления движению; а = I со ’ .

кор отн

Движение начинается с момента

-со R + g^sacp /eosср = ).

Из (3) можно определить угол ср, при котором начинается движение клубня вдоль лопасти и для которого справедливо выражение:

\^отн = - ¿У2 С“ 'J^+ \gSÍnCp Ít~

1 < i

- \fgcoscp it + \2co vdt.

Г- 7

Если dt = —, то получаем: со

<t> +i

\^оп,п С J^ +

<p +1

<p_ q> +i

<p +i

+ ^ [sin cp ¡cp---------\zoscplcp + 2f J\’omHd(p

СО J СО J J

<p <p (p

Проинтегрировав (5) и пользуясь методом конечных разностей (методом Эйлера), получим следующее выражение:

Vn+ = '- »í- -'Л

OS (р + + os ср

— {/// (р

СО

™Ф..+ \fv„A

где А ' = о ,, + ? ; х — У”+ +

Заменив в (6) через B выражение

В - >п - о Л + - *— os ср + + os ср -со "

— (¡¡П ср со

™<р..+ [КЛ

получаем

Тогда окончательно будет g

гДех„+1*^; D= о-А .

О Л

— = 3+ ')А dt

_ ,ln/B+11',,/+^

D

Рис. 1. Движение клубня вдоль лопасти барабана

Таким образом, можно определить скорость клубня в момент отрыва от лопасти барабана и угол подъема лопасти в этот момент.

Далее рассмотрим полет клубня в момент падения его с лопасти барабана до удара (рис. 2). В момент отрыва от лопасти клубень будет иметь скорость v, равную сумме скорости относительно лопасти уОЯ!н

и скорости вращения барабана у = о .

Рис. 2. Полет клубня от лопасти до площадки Тогда уравнение траектории полета клубня будет следующим:

1 со í coscp - ’отн sin ср ( coscp - : ^

У =

vo„mCOS(P+ oísincp

2

smcp

2 К ,ои,нсо^+ ч^тср)

Отсюда, зная, что уравнение линии наклонной площадки равно

У= -

определим точку пересечения траектории полета клубня с линией площадки, что дает возможность определить параметры площадки:

2 Г VomH cos^ i-coisin^ viga coicosq -vomH sin cp +

x = i coscp - -| I------------------------------------- |.

gl+ J «су i cosp-vomH sin ^ 2 + 2g i sin cp j

При ударе об наклонную площадку клубень отскакивает, делая прыжок, а затем скатывается по данной площадке. Рассмотрим эту фазу движения (рис.3).

Вектор скорости клубня в точке удара будет направлен по отношению к оси ОХ под углом, равным выражению

(у

0 = arccosi —

Угол падения клубня на площадку будет тогда равен выражению

у = (а - 5)-90°. Следовательно, тангенс угла отражения будет равен

где k - коэффициент восстановления при ударе.

Для исследования отскока клубня обратимся к рис. 4, из которого видно, что проекции скоростей равны:

vx, - jt sin а + ’’ iin Р Vj, = - t cos a + }' :os (5 где V - скорость клубня после удара.

Параметрические уравнения движения клубня выражаются в виде:

t2 X

t • f • п О

х = j—sina+ ’ sin р + —-— 2 cosa

''í2

у'= - !—cosa+ ’’ cos В 2

Исключая из этих уравнений время t и делая соответствующие замены

'у

а = - sin а, Ь= ’’ sin Д d - —----------------

2 cosa

получим уравнение траектории движения клубня:

g

х = - -cosa 2

f-b+ Ib2-4ad) | Vcozp ~b+ Ib2 +4ad)

y 2a j y 2a j

Решив уравнение (16), получим:

, '/ sin 2В eos2 fí sin a xn

x = -----------— + ----------Ч-------+

4g-cosa 8gcos2«’ cosa

Таким образом, можно определить параметры определителя, исходя из известных значений скоростей соударения клубня с рабочими органами комбайна.

Однако в ходе исследований было выявлено, что определитель не моделирует воздействие встряхи-вателей на элеваторе картофелеуборочного комбайна и других динамических нагрузок (например, воздействие колеблющегося лемеха). С этой целью были разработаны конструкции [4-5] (рис. 5).

На рис. 5 показана конструкция определителя, которая имитирует воздействие активных встряхивате-лей на картофелеуборочном комбайне.

С этой целью барабан определителя выполнен из нескольких секторов, причем концы прутков каждого сектора закреплены жестко, а концы прутков, расположенных между ними, закреплены посредством гибкого прорезиненного ремня.

На рис. 5 также видно, что клубни встряхиваются на гибком прутковом полотне, когда находятся в нижней точке сектора барабана 1. Далее лопасть 4 захватывает клубни и поднимает их на высоту, при которой клубни свободно скатываются с лопасти 4 и падают на наклонную площадку 8. Затем клубни, скатываясь с площадки 8, падают на внутреннюю поверхность барабана 1.

Рис. 5. Усовершенствованная конструкция определителя

Итак, данные экспериментальных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Результаты исследования процессов пластической деформации и релаксации образцов, вырезанных из мякоти клубней, подтверждают, что в качестве модели мякоти клубня картофеля необходимо выбрать обобщенную модель твердого тела, состоящую из абсолютно упругой и упругопластической частей, соединенных последовательно.

2. Применение разработанных нами специальных технических средств позволяет ускорить и упростить метод оценки устойчивости клубней к механическим повреждениям в селекции картофеля.

3. Одним из путей снижения повреждений клубней является дальнейшая селекция сортов, пригодных для механизированной уборки.

Литература

1. Литун, Б.П. Картофелеводство зарубежных стран / Б.П. Литун, А.И. Замотаев, Н.А. Андрюшина. -М.: Агропромиздат, 1988. - 167 с.

2. Росс, Х. Селекция картофеля. Проблемы и перспективы / Х. Росс; под ред. И.М. Яшиной; пер. с англ.

В.А. Лебедева. - М.: Агропромиздат, 1989. - 183 с.

3. Гагулина, В.Г. Исследование причин повреждения клубней картофеля при посадке вычерпывающим аппаратом и изыскание способов их снижения: дис. ... канд. техн. наук / В.Г. Гагулина. - Л., 1980.

4. Пат. 2073228. Российская Федерация, МПК G 01 N 3/32. Устройство для определения повреждаемости корнеплодов / А.В. Кузьмин, Д.Б. Лабаров; заявитель и патентообладатель Бурятская государственная сельскохозяйственная академия. - № 93038831/15; заявл. 27.07.93; опубл. 10.02.97, Бюл. №4. - 3 с.

5. Пат. 2110057 Российская Федерация, МПК G 01 N 3/32. Имитатор повреждения клубней / А.В. Кузьмин, Д.Б. Лабаров; заявитель и патентообладатель Бурятская государственная сельскохозяйственная академия. - № 95121255/13; заявл. 05.12.95; опубл. 27.04.98, Бюл. №12. - 3 с.

6. Пат. 2321851 Российская Федерация, МПК G 01 N 33/02. Определитель повреждаемости клубней / А.В. Кузьмин, Ч.Е. Арданов, Э.Б. Вамбуева, Г.А. Хагдыров, В.В. Никишин, В.С. Болохоев; заявитель и патентообладатель Бурятская государственная сельскохозяйственная академия. - № 2005121808/11; заявл. 11.07.2005; опубл. 10.04.2008, Бюл. №10. - 4 с.