CC BY
17ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО
ХОЗЯЙСТВА
УДК 635.21+632.1/2]:631.356:658.786.1:001.895
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И НАПРАВЛЕНИЯ НИР ПО СНИЖЕНИЮ ПОВРЕЖДЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ И ОВОЩЕЙ В
МАШИННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ИХ ПРОИЗВОДСТВА
В.Н. Зернов, С.Н. Петухов, А.Г. Аксенов, А.В. Сибирёв
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
Аннотация. Получившие широкое развитие за последние годы машинные технологии производства картофеля и овощей, технологические операции по выделению стандартной продукции из полевого вороха от комбайнов, закладке ее на хранение, последующей выгрузке из хранилищ и подготовке продукции после хранения к реализации приводят к значительным потерям выращенного урожая, доходящие в отдельных случаях до 40 %. На основе анализа научных трудов известных ученых-картофелеводов, протоколов испытаний МИС и других источников, посвященных оценки повреждаемости картофеля и овощей на рабочих органах уборочных машин, сделан вывод о том, что до 95 % повреждений происходит на перепадах с одного рабочего органа на другой и при перемещении клубней по сепарирующим рабочим органам машин. Предложен ряд мер по развитию работ в направлении снижения повреждений картофеля и овощей в машинных технологиях их производства, сформулированы задачи и направления НИР, нацеленные на повышение качества продукции.
Ключевые слова: машинные технологии, картофель и овощи, уборка, транспортировка, послеуборочная подготовка, реализация, механические повреждения, рабочие органы, перепады, имитация.
Введение. В производстве картофеля и овощей все шире применяются машинные технологии и, как показывает передовой отечественный и зарубежный опыт, это экономически наиболее эффективно. Но во многих случаях во время использования техники, а также из-за сложных условий работ и технологических недоработок при уборке, послеуборочной обработке и хранении клубням и корнеплодам наносятся значительные повреждения, что снижает их
качество и увеличивает потери.
В настоящее время применяются различные способы и устройства для снижения повреждений картофеля и овощей при их уборке, послеуборочной обработке и хранении. Проводятся исследования по влиянию различных факторов на повреждаемость, а как следствие, и на сохранность клубней картофеля и овощей, по совершенствованию способов и устройств максимально устраняющих упомянутые факторы.
Целью исследований являлись машинные технологии производства картофеля и овощей, получившие широкое развитие за последние годы, предусматривающие сбор в поле всего биологического урожая. Операции по выделению стандартной продукции из полевого вороха от комбайнов, закладке ее на хранение, последующей выгрузке из хранилищ и подготовке продукции после хранения к реализации (в том числе по разделению на фракции) являются составной и неотъемлемой частью комплекса технологических операций по машинному производству картофеля и овощей. При этом имеют место значительные потери этой продукции, доходящие в отдельных случаях до 40 %.
Следует отметить, что современные машинные технологии производства картофеля и овощей с полным правом могут быть отнесены к высоким технологиям. Основанием для этого являются сложные и изменчивые условия их применения, большое разнообразие технологических операций, различных машин, устройств и приспособлений использующих в осуществлении своих функциональных задач опыт и новейшие достижения многих отраслей науки и техники. Важным фактором является то, что все машины для картофелеводства и овощеводства во время работы взаимодействуют с продуктами живой природой, уникальные свойства которых в результате применения машинной технологии должны быть донесены до потребителя, а свойства почвы, как живой среды, должны быть сохранены.
Необходимо отметить, что технологические операции машинного производства картофеля и овощей тесно взаимосвязаны между собой.
Способы проведения обработки и подготовки почвы для посадки влияют на этапы выращивания и хранения продукции. Влияют они и на урожайность. Засоренность почвы камнями и наличие почвенных комков определяет методы и условия уборки и ее результаты. При снижении уровня повреждений клубней и корнеплодов повышается их сохранность при длительном хранении, увеличивается выход массы товарной продукции.
Существенная роль в машинной технологии производства
картофеля и овощей принадлежит транспорту. Наибольший грузопоток имеет место во время уборки. Через грузопотоки проявляется взаимосвязь между отдельными технологическими блоками и операциями современной машинной технологии производства картофеля и овощей, в частности, между блоками уборки, послеуборочной обработки и хранения. Практика показывает, что при транспортировке выращенной продукции ее повреждения доходят до 12-18 %.
Приведенные данные подтверждают целесообразность расположения хранилищ непосредственно в местах производства картофеля и овощей и необходимость принятия эффективных мер для максимального предохранения полученного урожая от повреждений.
Механические повреждения имеют наиболее важное значение из всего многообразия повреждений, поскольку такие организмы, как бактерии и грибы получают доступ к тканям корне-клубнеплодов только при механических повреждениях. Поражение клубней инфекционными заболеваниями во многом зависит от наличия механических повреждений, а устойчивость к последним обеспечивает защиту корне-клубнеплодов от болезней. Кроме того, механические повреждения приводят к дополнительным потерям продукции в виде повышенных отходов при использовании в пищевых целях. К тому же картофель и овощи с механическими повреждениями очень быстро теряют в весе за счет усиленного испарения с поврежденной поверхности (картофель теряет до 20 % своей массы).
Одной из основных мер направленных на снижение повреждений картофеля и овощей в машинных технологиях их производства является получение качественных семян, удовлетворяющих требованиям региона выращивания и обеспечивающих генетическую устойчивость получаемых корнеклубнеплодов к механическим воздействиям. К основной составляющей этого производства относится селекция, создающая генетическую основу семян. Различные сорта, кроме продолжительности вегетационного периода и урожайности, обладают такими наследственными признаками, как устойчивость к болезням и вредителям, неблагоприятным факторам среды и многим другим. В связи с комплексным внедрением машинных технологий по возделыванию картофеля и овощей, длительностью их хранения до реализации или посадки, к растениям предъявляются дополнительные наследственные требования (генетические признаки). Доказано [1] -[3], что генотип устойчивости растений к механическим воздействиям имеет большее значение, чем факторы окружающей среды. Возрастающий удельный вес механических воздействий на
корнеклубнеплоды при их возделывании, уборке и закладке на хранение - определил необходимость вести селекцию на повышенную выносливость картофеля и овощей к механическим нагрузкам.
Проблемам улучшения качества картофеля и овощной продукции за счет повышения выносливости корнеклубнеплодов к механическим нагрузкам, а, следовательно, за счет снижения их повреждаемости уделяется большое внимание как у нас в стране, так и за рубежом. Разрабатываются методики и средства для определения пригодности сортов к механизированному возделыванию. Оценку истинной устойчивости клубней к механическим повреждениям лучше всего проводить при обычной уборке с использованием стандартных уборочных машин. Но такой метод невозможно применить на начальных этапах выведения новых сортов, он возможен только на последней стадии селекционного процесса -перед передачей будущего сорта на государственные испытания, когда будет наработан достаточный объем посадочного материала. Поэтому требуется методика и технические средства, позволяющие в ходе селекционного процесса, на небольшом количестве из наработанного селекционером материала, оценивать устойчивость будущего сорта к механическим повреждениям. Все разнообразие существующих методов оценки небольших партий клубней направлено в основном на выявление отдельных факторов устойчивости, к тому же, реакция сортов и гибридов меняется в зависимости от метода испытания их на устойчивость к механическому воздействию. А это означает, что испытания необходимо проводить по отработанной методике с применением устройств наиболее близко воспроизводящих механические нагрузки, имеющие место при обычной комбайновой уборке.
Разработка методики и устройств, удовлетворяющих выше перечисленным условиям, позволит вести направленную селекцию сортов, пригодных к механизированной уборке, оценивать их устойчивость к механическим нагрузкам на ранних этапах селекционно-семеноводческих работ, а в товарном производстве определять сроки комбайновой уборки исключающие массовые потери полученной продукции при хранении.
Для выявления истинной устойчивости гибридов и сортов к механическим нагрузкам при механизированной уборке необходимо чтобы характер и параметры нагрузок на корне-клубнеплоды воспроизводились тех видов, которые имеют место при прохождении их по рабочим органам уборочных машин.
Надо отметить что, в многочисленных каталогах отечественных и зарубежных сортов картофеля и овощей, приводящих их многие свойства и характеристики, не содержится показателей или оценок
стойкости этих сортов к механическим воздействиям при машинном их производстве.
Механические повреждения обычно разделяют на две группы: внешние (поверхностные) и внутренние. К внешним повреждениям относятся повреждения, которые можно определить внешним осмотром: обдир кожуры, царапины, трещины, вмятины, вырывы мякоти, порезы, раздавленные клубни и т.д. Внутренние повреждения: потемнения мякоти, внутренние трещины [4, 5].
Отдельные виды повреждений по-разному влияют на величину потерь при хранении. На рисунке 1 представлены соотношения потерь урожая картофеля при хранении клубней в зависимости от вида повреждений. Приведенные данные показывают, что наибольшие потери (73,4 %) имели раздавленные клубни, наименьшие (10,5 %) - с содранной кожурой до 1/2 поверхности клубней. В процессе механизированной уборки картофеля и перемещения его от борозды до места складирования клубни получают по нескольку видов механических повреждений [6]. При оценке рабочих органов машин или комплекса машин в целом нельзя пренебрегать ни одним видом механических повреждений.
раздавленные - ",<. I'1-.
I трещины - 58,6%
III 1-.11И ГЮЛГС5 мм -4^,5%
| ]>езанъ|е - Ч;
^ рырыоы ..и ^ "-32.1%
солрана кожу1>н бал ее 1. тюверчжкп* ' ■он ■ ;; .л * пшепшенне млкап| -14,7%
I. СОДрВННОН ,11'!| ДО 1/2 I ПК-,1,1' III'. I' Кг ЕуС?НЯ - 10,5%
с содранной кожурой до 1/4 поверхности ►-.'Ом- - 9. прпшедгЕше -:-1:ч-1 весь комплекс оовреященн 1 - и I' И МП йННЫС ...........-
Рисунок 1- Потери урожая картофеля при хранении клубней с различными видами механических повреждений Разновидность повреждений клубней, их величину и причины возникновений рассмотрим на примере уборки картофеля.
Разнообразие видов повреждения клубней вызывается разнообразием факторов и причин их возникновения. Порезы клубней, например, связаны с работой подкапывающих рабочих органов (лемехов) из-за неправильных регулировок, нарушения ширины междурядий, сползания агрегата в сторону при работе на поперечных склонах, из-за конструктивных недоработок и т.п. Раздавленные
клубни - результат развала грядки, попадания клубней в зазоры при перегрузке и проезда по ним колесами агрегатов, защемления между элементами рабочих органов машин. Остальные виды механических повреждений вызываются в результате динамического взаимодействия клубней с рабочими органами машин, с камнями и комками почвы, а также между собой.
Изучение повреждений клубней картофеля на отдельных рабочих органах картофелеуборочных машин, выявление причин их возникновения и поиск путей устранения или снижения влияния этих причин на повреждаемость клубней является задачей весьма актуальной.
Изучению повреждаемости клубней картофеля как в целом на комбайне, так и на отдельных его рабочих органах посвящено достаточное количество научных публикаций таких известных ученых-картофелеводов, как Е.А. Глухих, Г.Д. Петров, Н.Н. Колчин, С.А. Герасимов, О.А. Сафразбекян, Н.И. Верещагин, К.А. Пшеченков, B.C. Заводнов, А.В. Кузьмин и других исследователей. К этому можно добавить многочисленные протоколы испытаний
картофелеуборочных комбайнов на машинно-испытательных станций (МИС).
Изучение и анализ вышеуказанных источников позволил оценить значимость (весомость) отдельных рабочих органов комбайна в повреждаемости клубней картофеля и их структуру по видам повреждений и представить их в виде круговых диаграмм (рисунки 2, 3) [7, 8]. Из построенных диаграмм видно, что наибольшее количество повреждений клубни картофеля получают на сепарирующих рабочих органах, причем более 69 % из общего числа повреждений приходится на внутренние повреждения (потемнение мякоти), возникающие при ударных нагрузках.
Перепад I) бункер - 33%
Подъемный барабан, переборочный стол и загрузочный транспортер - 9%
Перепаде грохотя к подъемным барабан - и%
1'рохог-Комкодавитель и перепад на |рохот -
Элеайтор 11
Лемех - 3%
О 5 К) 15 20 25 3(1
Рисунок 2 - Удельный вес влияния рабочих органов и перепадов высот в уборочной машине на повреждаемость клубней
картофеля
(в процентах от общего количества повреждений по массе) Наглядно повреждаемость клубней картофеля на рабочих органах и перепадах картофелеуборочных комбайнов представлена в виде ступенчатого графика (рисунок 4). На графике видно, что при переходе с одного рабочего органа на другой кривая повреждаемости клубней имеет скачкообразный характер, т. е. в местах перепадов
клубней повреждения резко возрастают.
Потемнение мякоти клубней более 5 мм -16,3%
Потемнение мякоти клубней от 3 до 5 Раздавленные клубни -1,5% мм - 52,9%
| Разрезанные клубни -1,1%
_ Трещины длиной более го мм - 13,3%
Вырывы мякоти глубиной более 5 мм - 6 ,3%
Обдир кожуры более 1,2 поверхности клубня - 4,1%
Обдир кожуры от 1/4 до 1/2 поверхности клубня - 4,3%
О 10 20 30 40 50 60
Рисунок 3 - Структура повреждений клубней при комбайновой уборке картофеля в процентах от общего числа повреждений
Н7=6.0
Лемех Элеватор Iй грохот 2й грохот Подъёмн. Перебор. Зэгрузоч. Бункер
б^э^а^ стол транспортёр .........*
♦ »♦
Рисунок 4 - Повреждаемость клубней картофеля на рабочих органах комбайна
«анспортер
-1
Следовательно, для снижения повреждаемости клубней картофеля рабочими органами комбайнов их модернизация должна
быть направлена на совершенствование сепарирующих рабочих органов и, прежде всего, надо стремиться к уменьшению в конструкции комбайна величин и количества перепадов клубней с одного рабочего органа на другой. Устройство, оценивающее устойчивость клубней к механическим нагрузкам, должно, прежде всего, имитировать перепады с одного рабочего органа на другой и перемещение клубней по сепарирующим рабочим органам.
Картофель от поля до потребителя проходит сложный путь. В полевом цикле протекает его развитие и формируется качество. На качество клубней, как показывает практика осенних заготовок картофеля, существенно влияет конфигурация пути от поля до потребителя. По данным ВНИИКХ качество картофеля и, соответственно, выход товарных клубней при многочисленных перевалках и перегрузках (перепадах) из-за возрастающего количества механических повреждений резко снижается, особенно когда хранилище располагается в отрыве от места производства клубней.
Уровень повреждений клубней картофеля во время транспортировки, послеуборочной доработки, хранения и подготовки к реализации либо посадке так же, как и во время уборки зависит от многих факторов, наиболее важными из которых являются количество перегрузок, величина перепадов, качество сепарирующих и калибрующих устройств.
Поднятые проблемы снижения повреждений клубней при машинных технологиях производства картофеля в равной степени относятся и к производству овощей.
Заключение
Проведенный анализ позволяет сформулировать следующие выводы и обозначить основные направления по снижению механических повреждений клубней картофеля и овощей при машинном их производстве.
1. Проблема снижения повреждений клубней имеет высокую актуальность и носит комплексный характер. Меры по снижению уровня повреждений необходимо принимать на всех этапах машинного производства картофеля и овощей, начиная от основной обработки почвы и завершая реализацией выращенной продукции.
2. Возрастающий удельный вес механических воздействий на корнеклубнеплоды при их возделывании, уборке и закладке на хранение определил необходимость вести селекцию на повышенную выносливость картофеля и овощей к механическим нагрузкам.
3. Разработка устройства в максимальной степени воспроизводящего механические нагрузки на единичные корнеклубнеплоды, имеющие место при обычной комбайновой
уборке, позволит вести направленную селекцию сортов, пригодных к механизированной уборке, оценивать их устойчивость на ранних этапах селекционно-семеноводческих работ, а в товарном производстве определять сроки комбайновой уборки исключающие массовые потери полученной продукции при хранении.
4. Оценку истинной устойчивости клубней к механическим повреждениям лучше всего проводить при обычной уборке с использованием стандартных уборочных машин, но это возможно только на завершающем этапе селекционных работ, перед получением статуса сорта.
5. Весьма актуальной задачей является изучение повреждений клубней картофеля на отдельных рабочих органах картофелеуборочных машин, выявление причин их возникновения и поиск путей устранения или снижения влияния этих причин на повреждаемость клубней.
6. Для снижения повреждаемости корнеклубнеплодов рабочими органами комбайнов их модернизация должна быть направлена на совершенствование сепарирующих рабочих органов и, главным образом, надо стремиться к уменьшению в конструкциях уборочных машин величин и количества перепадов клубней с одного рабочего органа на другой.
7. Устройства, оценивающие устойчивость клубней к механическим нагрузкам, должны, прежде всего, имитировать перепады с одного рабочего органа на другой и перемещение клубней по сепарирующим рабочим органам.
8. В инструкциях по эксплуатации машин для картофелеводства и овощеводства необходимо предусматривать специальный раздел по мерам и способам обеспечения эффективного снижения повреждений картофеля и корнеплодов при работе машин.
9. В каталогах сортов картофеля и овощей, рекомендуемых для производства на основе машинных технологий, необходимо иметь показатели, оценивающие их пригодность и эффективность использования в таких технологиях, а также показатели стойкости к типовым механическим воздействиям, которые могут иметь место в применяемых технических средствах.
Список использованных источников
1. Мишхожев А.А. О влиянии сортовых особенностей на повреждаемость клубней картофеля // Novainfo. Ru. 2016. Т. 2. № 40. -
2. Морозова Н.Н. и др. Наследование устойчивости к механическим повреждениям клубней картофеля в потомстве от разных типов скрещивания // Сб. тр. НИИКХ. Селекция и
С. 21-23.
биотехнология. Москва, 1990. - С. 43-49.
3. Габаев А.Х., Мишхожев А.А. Сортовые особенности и их влияние на устойчивость клубней к механическим повреждениям // В сборнике: Актуальные вопросы развития аграрной науки в современных экономических условиях. Материалы IV Международной научно-практической конференции молодых ученых. 2015. - С. 215-216.
4. Пазова Т.Х., Мишхожев А.А. Виды повреждений клубней картофеля // В сборнике: Актуальные вопросы развития аграрной науки в современных экономических условиях. Научный редактор: Зволинский В.П. 2015. - С. 45-46.
5. Кузьмин А.В. Механические повреждения корнеклубнеплодов при современных технологиях возделывания // Развитие села и социальная политика в условиях рыночной экономики: Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию МГАУ. Часть 2. - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000. - С. 118-120.
6. Сорокин А.А., Пономарев А.Г. Конструктивные схемы картофелеуборочных комбайнов в аграрном секторе России. // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2013. - № 6. - С. 2225.
7. Колчин Н.Н., Бышов Н.В., Пономарев А.Г. Машинная уборка картофеля: от швырялки до комбайна. // Картофель и овощи. -2015. - № 6. - С. 28-33.
8. Сибирёв, А.В. Результаты экспериментальных исследований сепарации вороха лука-севка на прутковом элеваторе с асимметрично установленными встряхивателями / А.В. Сибирёв, А.Г. Аксенов, М.А. Мосяков // Engineering Technologies and Systems. - 2019. - № 1. - С. 91 - 108.
Зернов Виталий Николаевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, techagromash@yandex.ru, +79067235763,
Петухов Сергей Николаевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник,
Аксенов Александр Георгиевич, кандидат технических наук, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник,
Сибирёв Алексей Викторович, кандидат технических наук, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник.
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 109428, Российская Федерация, г. Москва, 1-й Институтский проезд, дом 5
THE MAIN OBJECTIVES AND DIRECTIONS OF RESEARCH TO REDUCE DAMAGE TO POTATOES AND VEGETABLES IN MACHINE TECHNOLOGIES OF THEIR PRODUCTION
Abstract. Machine technologies of production of potatoes and vegetables, technological operations on allocation of standard production from a field heap from combines which have received wide development in recent years, its laying on storage, the subsequent unloading from storages and preparation of production after storage to realization lead to considerable losses of the grown crop reaching in separate cases to 40 %. On the basis of the analysis of scientific works of well-known scientists-potato growers, test reports of MTS and other sources devoted to the assessment of damage of potatoes and vegetables on the working bodies of harvesting machines, it is concluded that up to 95 % of damage occurs at differences from one working body to another and when moving tubers on separating working bodies of machines. Proposed a number of measures for the development works to reduce damage to potatoes and vegetables in engine technologies, formulated the objectives and directions of research aimed to improving product quality.
Key words: machine technologies, potatoes and vegetables, cleaning, transportation, post-harvest preparation, realization, mechanical damages, working bodies, differences, imitation.
Zernov Vitaly Nikolayevich, candidate of technical Sciences, Leading Researcher, techagromash@yandex.ru, +79067235763
Petukhov Sergey Nikolayevich, candidate of agricultural Sciences, Leading Researcher,
Aksenov Alexander Gennadievich, candidate of technical Sciences, Leading Researcher,
Siberjev Alexey Viktorovich, candidate of technical Sciences, Leading Researcher.
Federal scientific Agroengineering center VIM, 109428, Russian Federation, Moscow, 1st Institutsky proezd, 5.
