CC BY
12
УДК 631.332.7
Г.И. Аббасов
ИССЛЕДОВАНИЕ СОХРАННОСТИ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ ПРИ ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫХ РАБОТАХ
АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ, Г. ГЯНДЖА, АЗЕРБАЙДЖАН
G.I. Abbasov
THE STUDY OF THE PRESERVATION OF POTATO TUBERS IN LOADING AND
UNLOADING OPERATIONS AZERBAIJAN STATE AGRARIAN UNIVERSITY, GANJA, AZERBAIJAN
Гияс Имран оглы Аббасов
Giyas Imran Abbasov
доктор философии по технике, доцент
E-mail: tagiyev.asau@gmail.com
Аннотация. Установлено, что большая часть повреледений клубней картофеля происходит на погрузочно-разгрузочных операциях в период уборки и послеуборочных мероприятиях. Указывается на актуальность исследование сохранности клубней картофеля при погрузочно-разгрузочных работах. Рассматривается в теоретическом плане вопрос кучеобразования и механического повреледения при падении клубней, взаимодействие их с днищем бункера и между собой. На основе расчетных и экспериментальных данных установлена зависимость высоты падения от расстояния откатывания клубней. Экспериментальным путем были определены стойкость оболочки и мякоти картофеля к проколу тупым предметом, а также высота падения картофеля, при которой клубни подвергаются механическим повреледениям. Для определения вероятностей суммы появления событий повреледения клубней до загрузки в бункер использована теорема суммы вероятностей независимых и совместных событий. Дается расчетная формула для определения суммы повреждений картофеля. Результат проводимых теоретических и экспериментальных работ позволяет выявить основные элементы усовершенствования рабочих органов погрузочно-разгрузочных машин.
Ключевые слова: повреждаемость картофеля, погрузочно-разгру-зочные работы, падения клубней, отскакивание, оболочка картофеля, мякоть картофеля, сумма вероятностей.
Abstrct. It has been established that most of the damage to potato tubers occurs during loading and unloading operations during harvesting and post-harvest operations. Indicates the relevance of the study of the safety of potato tubers during loading and unloading. Considered in theoretical terms, the question of hemorrhage and mechanical damage in the fall of tubers, their interaction with the bottom of the bunker and among themselves. Based on the calculated and experimental data, the height of the fall is determined as a function of the tubers rolling distance. The resistance of the shell and the pulp of potatoes to a puncture with a blunt object, as well as the height of the fall of the potato, at which the tubers are subjected to mechanical damage, were determined experimentally. To determine the probabilities of the sum of occurrence of events of damage to tubers before loading into the bunker, the theorem of the sum of probabilities of independent and joint events is used. A calculation formula is given to determine the amount of damage to the potato. The result of the conducted theoretical and experimental work allows to identify the main elements of the improvement of working bodies of loading and unloading machines.
Keywords: damage to potatoes, loading and unloading, falling tubers, rebounding, potato shells, potato pulp, sum of probabilities.
Введение. Анализ технологических операций показал, что вероятность механических повреждений клубней картофеля в основном зависит от их высоты падения и геометрических размеров приемного устройства [1]. Ввиду этого исследование сохранности клубней при погрузоч-но-разгрузочных работах является актуальным.
Методика. Рассмотрим образование скопления (кучки) картофеля для определения количества механических повреждений при падении клубней картофеля во время погрузки в приемное устройство.
При скоплении картофеля клубни по-разному взаимодействуют с днищем бункера и между собой. Следовательно, схема формирования скопления (кучки) картофеля позволяет ответить на многие вопросы о проблеме повреждения картофеля при ее транспортировке [4].
При падении клубней картофеля с высоты (Н) (рисунок!) они скатываются по плоскому днищу приемного устройства и образуют слой клубней. Затем в месте их падения образуется кучка в форме конуса. К образовавшейся кучке постоянно добавляется слой картофеля.
Принимаем следующие приближения:
- толщина слоя картофеля равна среднему диаметру клубня;
- все клубни слоя картофеля падают с точки, расположенной на высоте «/-/».
Для расчета были определены следующие выражения:
- доля клубней картофеля в п-ом слое картофельной кучки
W
" М
Рисунок 1 - Схема образования картофельной кучки: /7пва- высота падения клубней; Н - начальная высота падения клубней; а - угол естественного наклона; Ь - высота конуса скопления картофеля; с!ог- средний диаметр клубней.
- доля клубней картофеля в п-ом слое картофельной кучки относительно картофельной массы в накопительном бункере картофелеуборочного комбайна и кузове транспортного средства:
W„ =
М
7ttll_
■ сГ-Вп2
(2)
где М - масса клубней картофеля в накопительном бункере картофелеуборочного комбайна и кузове транспортного средства, кг;
р - плотность массы картофеля, кг/м3; В - ширина подачи картофеля (ленты транспортера), м; с1ог - средний диаметр клубней картофеля, м; п - количество слоев в картофельной массе (куче), шт.
Определена последовательность расчета доли картофеля в общей падающей массе с допустимой высоты [5].
Во время формования картофельной кучи сначала клубни падают на горизонтальную поверхность, скатываются и образуют слой картофеля.
Считается, что шарообразное тело при падении с некоторой высоты (Н) без начальной скорости падает вертикально на горизонтальную поверхность.
Начальная энергия тела выглядит следующим образом:
Э = т^Н.
(3)
Скорость тела при столкновении с горизонтальной поверхностью следующая:
,9 = ^2^77
Импульс силы:
т ,9 = Т7/.
(4)
(5)
mgH
тЗ*
(6)
где О = - скорость отскакивания, м/сек. Если а ? 0 тогда
тЗ2
= mgH - А
(7)
3 = 3 =
2(т%Н - А)
т
(8)
Скорость горизонтального отскакивания тела:
&х = С05(90 - а),. (9)
Скорость вертикального отскакивания тела:
Эу = 3, 5111(90 - а), - ^
Высота отскакивания тела:
у = Зл5 8ш(90 - а)-
(10)
(11)
В верхней точке г?г= 0. Отсюда находим время отскакивания:
Сила «Р» расходуется на ускорение отскакивания тела и на работу смятия.
Если поверхность абсолютно плоская, а клубень картофеля идеально упругий, то отскакивание происходит вертикально. Если во время падения плоскость касания клубня с поверхностью не горизонтальная (рисунок 2), тогда отскакивание происходит под углом (90 - а) [6].
_ Зя 5111(90 - а) К ~
ё
Длина отскакивания тела:
1л=х = Зх/Я соб(90 - а).
(12)
(13)
Изменение длины отскакивания при различных значениях работы, затраченной на смятие, дана на рисунке 3 [7].
со —
(14)
К
Рисунок 2 - Схема падения клубней картофеля на плоскую поверхность
Если мы примем клубень как идеальное упругое тело, то работа на смятие будет равна нулю Л=0.
Вся энергия исходного состояния переходит в кинетическую энергию:
1м
1,2
0,8
0,4
2 1 /Чч
Отсюда
0 0,02 0,04 0,06 0,08 А, J
Рисунок 3 - График зависимости изменения длины отскачивания от силы, затраченной на смятие:
1 - при угле отскока 45°; 2 - при угле отскока 75°.
Анализ графика показывает, что если вся энергия удара будет израсходована на смятие, то длина отскакивания будет равна нулю. По мере снижения расхода работы на смятие длина отскакивания увеличивается.
Клубень картофеля с радиусом «Я?» при встрече с горизонтальной поверхностью имеет скорость центра массы [8]. Это равно горизонтальной сумме скорости отскакивания (г?т). Соответственно происходит катание по
горизонтальном поверхности с угловой скоростью ш :
Расстояние, преодолеваемое отточки падения до полной остановки, имеет следующий вид:
к =R<P,
(15)
где ср - угол поворота тела до полной остановки от воздействия силы трения в горизонтальной плоскости, рад:
Fsur = mdf>
(16)
где сила трения, Л/;
коэффициент трения при откатывании. Торможение (работа остановки (стопорения)):
Ат = mgfl2 = mgfRcp.
(17)
При остановке кинетическая энергия переходит в работу торможения:
2
здесь
(Р
= mg fR ср,
з:
2gfR
(18)
(19)
Расстояние которое может пройти тело, катясь от места падения при отскакивании, имеет вид:
l = /1 + /2.
(20)
0,6
0,3
о
О у' J
от места падения до места остановки; Ь - ширина ленты транспортера подающего картофель) [2, 3, 7, 11, 12, 13].
Многочисленными экспериментами установлено, что количество клубней картофеля подвергающихся воздействию удара, остается неизменным независимо от температуры окружающей среды во время падения. Однако количество клубней, получивших наружные и внутренние повреждения при низких температурах относительно высоки.
Экспериментальным путем были определены стойкость оболочки и мякоти картофеля к проколу тупым предметом, а также высота падения картофеля, при которой клубень подвергается механическим повреждениям [14].
В результате лабораторных исследований было установлено, что сопротивление оболочки и мякоти картофеля при проколе тупым предметом неодинаково. При падении картофель может получить видимые и невидимые повреждения. На рисунке 5 даны кривые, построенные на основе эмпирических формул, отражающих зависимость количества поврежденных клубней картофеля от высоты падения при различных температурах окружающей среды [10].
После определения статистической вероятности [9] появлений события повреждения рабочими органами картофелеуборочного комбайна клубней картофеля для определения вероятностей суммы появления событий повреждения клубней до загрузки в накопительный бункер воспользуемся теоремой суммы вероятностей независимых и совместных событий (Кг К2 ... Кн) (рисунок 6). Определив вероятности суммы совместных и независимых событий повреждений клубней до загрузки в накопительный бункер картофелеуборочного комбайна, находим сумму повреждений картофеля, которая имеет следующий вид:
Р(К,) = Р(К1)+Р(К2)+Р(К}) - Р(К1К2) - Р(К,К})+Р^КЛ,), (21)
%
Результаты. На основе расчетных и экспериментальных значений на рисунке 4 дана графическая зависимость высоты падения от расстояния откатывания клубней картофеля с точки падения. Данные, полученные во время эксперимента, следующие: высота падения клубней h - 0,30; 0,60 и 0,85 м; радиус R - 0,025 м, масса т - 0,06 кг, коэффициент трения при откатывании 5 = 0,005 м (/ = —) [12].
R
I м
0,9
80
70
60
50
40
30
/
53-0,316 x+0,007j с2 1
у=4 3-0,25.*:+ 0,006л:2 2у/
Ч
3 /
V=42-0,583.YI0,008.V2 1 1 1
" 0,02 0,04 0,06 0,08 Я, м
Рисунок 4 - Зависимость расстояния откатывания клубней от высоты падения клубней картофеля на горизонтальную поверхность
Площадь, занимаемая падающим на горизонтальную поверхность слоем картофеля, равна площади прямоугольника единой, равной 2/_ог + Ь и шириной 21. (I. - расстояние
20 30 40 50 60 70 80 90 Я, см Рисунок 5 - Процент повреждения клубней картофеля в зависимости от высоты падения: 1 = 12 °С; 2-Г = 18 °С; З-Г = 22 °С.
В общем виде вероятность повреждения картофеля выражается в виде суммы независимых и совместных событий (опытов):
i,j,k
-... + (-1 y-lP(K1K2...KJ
(22)
где суммы/; /',_/'; /, у, /(охватывают разные значения индексов.
В процессе заполнения накопительного бункера вероятность начала события повреждения клубней картофеля К4 определяется как расчетный процент падения клубней с
допустимой высоты. Аналогичным образом определяются начала событий К5, Ке, К7 и Ке. [15]
Рисунок 6 - Интерпретация события для определения
вероятности повреждения картофеля до загрузки в накопительный бункер картофелеуборочного комбайна
Выводы. При взаимодействии картофеля при выгрузке на поверхность платформы вероятность начала события повреждения картофеля Кв определяется в процентах относительно всей массы. При хранении вероятность начала события повреждения Кэ равна нулю. При сортировке статистическая вероятность повреждения клубней на роликовых сортировочных рабочих органах составляет 10...23 %.
Список литературы
1 Аббасов Г.И. Исследование процесса механических повреждений клубней картофеля (на азербайджанском языке) // Сборник известий. Гянджа: Гянджинское отделение НАНА. 2016. № 2 (64). С. 71-76.
2 Аббасов Г.И. Обоснование режима работы погрузчика применительно к картофелехранилищам // Аграрная наука. 2018. № 3. С. 70-72.
3 Болохоев B.C. Обоснование параметров рабочих органов картофелеуборочных машин для снижения повреждений клубней: Автореф. дисс... канд. техн. наук. Улан -Уде, 2013. 24 с.
4 Рембалович ГК. и др. Взаимосвязь характеристик повреждаемости клубней с параметрами технического состояния сельскохозяйственной техники в процессе производства картофеля // Политематический сетевой электронный научный журнал. Краснодар: Куб. ГАУ 2011. № 74. С. 596-606.
5 Гордеев О.В. Повреждение клубней картофеля при подении // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 9. С. 13-14.
6 Верещагин Н.И. Динамические характеристики клубней картофеля // Вестник МГАУ. 2007. № 3. С. 69-76.
7 Жилкин В.А., Латыпов P.M., Подолько П.М. Исследование напряженно-деформированного состояния упругой полуплоскости, взаимодействующей со стержнем круглого поперечного сечения // Вестник кокшетауского университета. Кокшетау, 2006. С. 118-130.
8 Кузьмин A.B. Методы снижения повреждаемости клубней картофеля и совершенствование картофелеуборочных машин: Автореф. дисс... докт. техн. наук. М., 2005. 40 с.
9 Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 2003. 480 с.
10Гмурман В.Е. Руководства по решению задач по теории вероятностей и математической статистике. М.: Выс-
шая школа, 2004. 407 с.
11 Сапожников П., Макаров А., Радионова М. Теория вероятностей, математическая статистика в примерах, задачах и тестах. М.: Инфра -М, 2017. 496 с.
12 Машинные технологии и техника для производства картофеля/Туболев [и др.]. М.: Агроспас, 2010. 316 с. URL: http: /kartofel.org/knigi/technology. Pdf.
13Калинин А.Б., Ружьев В.А., Теплинский И.З. Мировые тенденции и современные технические системы для возделывания картофеля: учебное пособие. Спб.: Проспект Науки, 2016. 160 с.
14 3айдель АН. Ошибки измерений физических величин: учеб. пособие. Изд. 3-е, стер. Санкт-Петербург: Лань, 2009.108 с.
15Сапожников П.Н., Макаров А.А., Радионова М.В. Теория вероятностей, математическая статистика в примерах, задачах и тестах. М.: КУРС: ИНФРА-М, 2016. 496 с. URL: http: //znanium. com/ bookread2. php? Book = 548242.
16Литвинов C.C. Методика полевого опыта в овощеводстве. М.: Россельхозакадемия, 2011. 648 с.
List of references
1 Abbasov G.I. Investigation of the process of mechanical damage to potato tubers (in Azerbaijani) // News Bulletin. Gan-ja: Ganja branch of ANAS. 2016. №. 2 (64). Pp. 71-76.
2 . Abbasov G.I. The rationale for the operation of the loader in relation to potato storages //Agrarian science. 2018. № 3. Pp. 70-72.
3. Bolokhoev V.S. Justification of the parameters of the working bodies of potato harvesters to reduce damage to tubers: Abstract, diss... Cand. tech. sciences. Ulan - Ude, 2013. 24 p.
4. Rembalovich G.K. and others. The relationship of the characteristics of damage to tubers with the parameters of the technical condition of agricultural machinery in the process of potato production // Political Mathematical Electronic Scientific Journal. Krasnodar: Cube GAU. 2011. № 74. Pp. 596-606.
5. Gordeev OV Damage to potato tubers during milking // Mechanization and Electrification of Agriculture. 2007. № 9. Pp. 13-14.
6. Vereshchagin N.I. Dynamic characteristics of potato tubers // Vestnik MGAU. 2007. № 3. Pp. 69-76.
7. Zhilkin V.A., Latypov R.M., Podolko P.M. Investigation of the stress-strain state of an elastic half-plane interacting with a rod of circular cross section // Bulletin of Kokshetau University. Kokshetau, 2006. Pp. 118-130.
8. Kuzmin A.V. Methods for reducing the damage to potato tubers and improving potato harvesters: Abstract, diss ... doctor. tech. sciences. M., 2005. 40 p.
9. Gmurman V.E. Theory of Probability and Mathematical Statistics. M.: Higher school, 2003. 480 p.
10. Gmurman V.E. Guides on solving problems in probability theory and mathematical statistics. M.: Higher School, 2004. 407 p.
11. Sapozhnikov P., Makarov A., Radionova M. Probability theory, mathematical statistics in examples, problems and tests. M.: Infra-M, 2017. 496 p.
12. Machine technologies and equipment for the production of potatoes / Tubolev [and others], M.: Agrospas, 2010.316 p. URL: http: /kartofel.org/ knigi/technology. Pdf.
13. Kalinin A.B., Ruzhev V.A., Teplinsky I.Z. World trends and modern technical systems for potato cultivation: a training manual. St. Petersburg: Prospect of Science, 2016. 160 p.
14. Seidel AN. Errors of measurement of physical quantities: textbook, allowance. Ed. 3rd erased St. Petersburg: Doe, 2009.108 p.
15. Sapozhnikov P.N., Makarov A.A., Radionova M.V. Probability theory, mathematical statistics in examples, problems and tests. M.: COURSE: INFRA-M, 2016.496 p. URL: http: // znanium. com / bookread2. php? Book = 548242.
16. Litvinov S.S. Methods of field experience in vegetable growing. M.: Russian Agricultural Academy, 2011. 648 p.
