автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Исследование и разработка устройств электронно-ионной технологии для обработки картофеля с целью снижения потерь при хранении



4-

'Ж

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЗАХАРОВ Владимир Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОННО-ИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КАРТОФЕЛЯ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ

ПОТЕРЬ ПРИ ХРАНЕНИИ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного

производства.

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЁНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор [БАСОВ А.М.|, кандидат технических на; доцент БЫКОВ В.Г.

ЧЕЛЯБИНСК-1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................5

Глава 1.Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Анализ существующих способов хранения картофеля.... 6

1.2. Объект хранения,основные причины потерь ...........17

1.3. Анализ существующих способов, снижающих потери при хранении картофеля .....................................23

1.4. Выводы и задачи исследования.......................2 9

Глава 2.Теоретические предпосылки расчета облучательных установок.

2.1. Анализ существующих теорий расчета облучательных установок...............................................31

2.2. Оптимизация расположения источников оптического излучения клубнеобрабатывающих машин ...................37

2.3. Основные выводы и результаты.......................51

Глава 3.Методики экспериментальных исследований.

3.1. Подготовка клубней картофеля к эксперименту .......53

3.2. ВАХ униполярного коронного разряда в зависимости от

диаметра клубней картофеля .............................53

3.3 Исследование неравномерности поля ................. 57

3.4. Определение заряда клубней картофеля ..............58

3.5. Исследование неравномерности УФ - излучения по поверхности 62

3.6. Влияние поля коронного разряда и УФ излучения на процесс образования раневой перидермы ..................64

3.7. Статистическая обработка опытных данных 7 0 3.8'. Выводы ............................................ 7 3

• Глава 4.Результаты экспериментальных исследований.

4.1. ВАХ униполярного коронного разряда в зависимости от диаметра клубней ....................................... 7 4

4.2. Неравномерность тока короны по поверхности в зависимости от размеров клубней картофеля .............. 7 8

4.3. Исследование заряда корнеклубнеплодов.............. 8 3

4.4. Исследование неравномерности УФ излучения по поверхности ............................................ 8 6

4.5. Исследование влияния поля коронного разряда и УФС излучения на процесс образования раневой перидермы ..... 91

4.6. Основные результаты и выводы ......................101

Глава 5.Промышленные исследования влияния ЭПКР и УФС излучения на сохранность картофеля.Экономическая эффективность.

5.1. Лабораторно-полевой опыт ........................ 102

5.2. Производственный эксперимент .................... 111

5.3. Основные результаты и выводы ..................... 122

5.4. . Экономическая эффективность использования ЭИТ при хранении картофеля 123

Общие результаты и выводы .......................... 128

Литература............................................ 12 9

Приложение............................................ 135

ВВЕДЕНИЕ

Улучшение снабжения страны продуктами питания и в частности картофелем, только путем дальнейшего

увеличения объема производства, вряд ли удастся. Увеличению производства должно сопутствовать улучшение хранения семенного и продовольственного картофеля.

Главное в технологии хранения клубней - это поддержание необходимого температурно-влажностно"л?сз режима в хранилище. Создать и поддержать оптимальный режим хранения можно при условии выполнения ряда мероприятий по подготовке хранилищ -и картофеля [5,11,12,] . Данная работа направлена на подготовку клубней картофеля к длительному хранению. Ранее проводились целый ряд исследований в- НИИКХ, ЧГАУ и др. В них отмечалось, что применение промышленных технологий и машин неизбежно приводит к повреждению клубней и нанесению травм, вследствие чего к увеличению потерь при хранении. Ряд исследований был направлен на быстрое и качественное заживление нанесенных

механических повреждений. Особое место в исследовании занимают работы кафедры применения электрической энергии в сельском хозяйстве и бывшей проблемной лаборатории ЭИТ, а также ряда других вузов и научно-исследовательских институтов. В этих организациях рассматриваются вопросы теории и практики применения электрических полей с целью увеличения урожайности картофеля и улучшению качества посевного материала. Одним из главных преимуществ электрических способов обработки семенного материала

является относительно небольшие капитальные и текущие затраты и их высокая технологичность. Повышение качества зависит от того, как быстро и эффективно протекали раневые реакции. Основную роль в этом процессе играет

температурно-влажностнбй режим. Но не менее важную роль в заживлении ран играет и активизация жизненных процессов самих поврежденных клеток клубней.

Исследованию влияния электрических полей и УФС-излучения на процесс заживления ран картофеля при хранении и направлена настоящая работа.

ГЛАВА 1.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Картофелеводство - одна из важнейших отраслей сельско -хозяйственного производства. Картофель занимает не более 3% посевных площадей, а дает 14% валовой продукции растениеводства и почти 8% валовой продукции сельского хозяйства [1].

Индустриальную технологию производства картофеля

можно подразделить на три основные части: выращивание, хранение, переработка [2] . Применение даже самых современных машин на стадии уборки и послеуборочной обработки картофеля приводит к нанесению травм

клубням. Известно, что бактерии и грибы, вызывающие порчу картофеля, попадают в клубни через нанесенные раны. Из всего сказанного можно сделать вывод, что быстрое и качественное заживление нанесенных травм улучшает сохранность, а. следовательно, и выход товарной продукции [6,12,13] .

1.1.АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ХРАНЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ.

Применение той или иной технологии хранения обуславливается назначением картофеля: семенного,

продовольственного или технического. Кроме того, выбор технологии обуславливается типом хранилищ и природно-климатическими условиями [3,4].В настоящее время применяют самые разнообразные способы хранения, отличающиеся по многим признакам: отводу теплоты, системами

воздухораспределения, размещения продукции, видом тары, предварительной обработке, воздействию физико-химических средств при закладке и хранении, составу газовой среды и т.д.[3,4,5,6].Общая классификация представлена на рис. 1.1. Простейшими временными хранилищами является бурты и траншеи. Они больше всего применяются в областях Нечерноземной зоны. Бурты и траншеи оборудуются приточно-вытяжной вентиляцией и приборами для определения температуры внутри массы картофеля. Данный вид хранилищ

закладывают на ровных возвышенных площадках с хорошим стоком дождевых и талых вод, в местах, где грунтовые воды

КЛАССИФИКАЦИЯ ХРАНИЛИЩ.

Рис 1.1.

находятся на достаточной глубине, не менее 1 м от подошвы бурта или траншеи. Размеры буртов и траншей, характер и толщина укрытия зависят от климатических условий, вида и назначения продукции, а также от продолжительности хранения.

Недостатком простейших хранилищ является существенная зависимость качества хранения от погодных условий в момент закладки картофеля, а также от технологии его сооружения; выемка части картофеля сопряжена с вероятностью

промерзания оставшегося; большие потери при хранении,

достигающие иногда 100%; большой расход материалов.

В последнее время получили распространение постоянные буртовые площадки для хранения картофеля и овощей с применением активной вентиляции. Этот тип хранилищ можно считать переходным от временных к стационарным.

Стационарные хранилища, навального или тарного типа, рекомендуется сооружать по секционному принципу, предусматривая отдельные камеры (секции) для каждого вида овощей, так как для качественного сохранения требуются различные способы их размещения и параметры воздушной среды. В хранилищах тарного типа с искусственной

механической вентиляцией обеспечивается сохранность овощей с минимальными потерями около 10...15 %.

В последние годы институт Гипрониисельпром совместно с институтом НИИКХ разработал ряд индивидуальных и типовых проектов агрокомплексов для приемки послеуборочной и предреализационной обработки и хранения картофеля и овощей [7.8.9].

Агрокомплекс имеет набор зданий и сооружений,

связанных между собой единой технологической схемой на основе применения поточных линий по механизации трудоемких процессов, а основой являются стационарные хранилища различных типов.

Технологические линии на комплексах по хранению и обработке картофеля и овощей должны обеспечивать: быструю загрузку продукции на хранение с минимальными промежуточными накоплениями, перегрузками и перемещениями; полное соответствие мощности комплексов по приемке и

закладке на хранение продукции на хранение интенсивности сбора урожая; рациональную загрузку обслуживающего персонала в течении всего года; высокую степень готовности выдаваемой продукции к реализации; утилизацию не пригодной

части продукции [10].

Общий технологический процесс можно разделить на следующие части и операции:

1.Уборка;

2.Приемка продукции;

3.Послеуборочная обработка;

4.Закладка продукции в хранилище;

5.Процесс хранения; 5.1.Лечебный период; 5.2.Охлаждение; 5.3.Зимнее хранение;

6. Выгрузка продукции из помещения хранения;

7.Подготовка к реализации;

8.Переработкач нестандартной и непригодной для транспортирования продукции;

9.Реализация.

Набор технологических операций определяется в каждом конкретном случае и зависит от вида и состояния хранящей; продукции, ее назначения требований потребителя и местных условий [10].

Обобщенные технологические схемы приемки, обработки, хранения и реализации семенного и продовольственного картофеля приведены на рис 1.2. и 1.3. Данные схемы были получены при анализе литературы по обработке и

хранению картофеля [2,6,8,9,10,11]. Приведенная на рис.1.3. технологическая схема хранения продовольственного картофеля отличается от аналогичной схемы хранения семенного картофеля рис 1.2., наличием линии предпосадочной обработки клубней.

Все данные технологические операции выполняются с помощью серийно выпускаемых механизмов и машин.Исследования по комплексной механизации картофелеводства, проведенные в ВИСХОМ показывают, что наиболее эффективные результаты можно получить когда высокопроизводительные механизмы, работающие в хранилищах, являются завершающим звеном поточной механизированной уборки [2,3,11] .

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ СЕМЕННОГО

КАРТОФЕЛЯ

Транспортировка в поле Рис.1.2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОГО КАРТОФЕЛЯ

Рис.1.3.

В основу классификации машин для загрузки и выгрузки хранилищ положены их назначение, возможность использовать при том или ином способе хранения или типе хранилищ,

типовые отличия и конструктивные особенности. Все машины и устройства можно разделить на две большие группы: специальные и общего назначения.

К машинам общего назначения можно отнести:

- навесные и аккумуляционные погрузчики,

- краны различных типов,

- тельферы и транспортные средства.

Группа специальных машин и устройств объединяет

четыре основных разновидности:

- устройства для предварительного отделения почвенных и других примесей;

- устройства для закрытия буртов;

- транспортеры различных типов и систем;

- специальные загрузочные машины.

Последние две разновидности машин включают средства механизации, предназначенные для работ в постоянных хранилищах закромного и навального типов. В закромных хранилищах транспортеры могут быть стационарными и передвижными, их можно использовать также в навальных хранилищах и на буртах. Стационарные транспортерные системы используют, как правило, в хранилищах

сравнительно небольшой вместительности.

В хранилищах до 1000 тонн получила распространение передвижная система транспортеров СТХ - 30, состоящая из приемного бурта ПБ-15, лопастного транспортера ТП - 30 и почти горизонтальных ленточных транспортеров. Основным недостатком данной системы транспортеров является

небольшая производительность и относительно большое количество обслуживающего персонала: до 8 человек.

В навальных хранилищах вместимостью более 1000 тонн в основном применяют автономные и консольные загрузчики,

такие как ТЗК-ЗО, СФ-18 и СФ-24. Загрузчик ТЗК-ЗО включает в себя комплекс механизмов, соединенных в один агрегат. В него входят приемный бункер, оборудованный подвижным ленточным дном, наклонный планчатый транспортер и транспортер-стрела. Эти типы транспортеров более

производительны и маневренны, но и они не лишены недостатков, одним из которых является применение только в хранилищах навального типа.

Для выгрузки клубней из хранилищ используют транспортерный, машинный и гидравлический способы.

Наибольшее распространение имеют машины с роторными, носковыми и дисковыми питателями. В ряде случаев используют ковшовые питатели, агрегатируемые с тракторами или аккумуляторными погрузчиками. В нашей стране выпускается транспортер-подборщик ТПК-30 и самоходный

подборщик ТХБ-20 с системой транспортеров.

Для осуществления погрузочно-разгрузочных работ в хранилищах при размещении продукции в таре широко применяют электропогрузчики 400ЧА, ЭП-103, электроштаблеры ЭШ-181 и другие.

Одна из наиболее трудоемких операций на комплексах приемка продукции. После взятия проб для анализа с целью определения качества продукции, засоренности землей и растительными остатками, транспортерные средства разгружают в приемные бункера различных типов. Обычно бункера делают стационарными. Применяют бункера корытообразные с подвижным днищем, пирамидальные с подвижными стенками.

Серийно выпускают бункера с подвижным днищем типа ПБ-2, ПБ-15. Первый тип бункера имеет один существенный недостаток - малая вместительность, а второй - большая высота падения продукции при загрузке.

Послеуборочную и товарную обработку всех видов картофеля производят перед или после хранения, перед реализацией. Это трудоемкие операции, на их выполнение уходит от 30 до 7 0 % всех трудозатрат, связанных с уборкой, хранением и реализацией урожая. В зависимости от условий и назначении картофеля, следует применять соответствующую технологию обработки. В связи с этим хозяйства должны иметь наборы машин, работающих как самостоятельно, так и в технологических линиях. Особенно это необходимо при уборке картофеля в тяжелых условиях, когда вместе с клубнями может поступать значительное количество почвенных примесей [2,10,11,14].

В настоящее время основными машинами, применяемыми для послеуборочной обработки картофеля, являются картофелесортировальные пункты КСП-15Б, КСП-25 и другие. Они состоят из приемного бункера ПБ2 и роликовой картофелесортировки КСЭ-15.

Заключительным этапом в индустриальной технологии производства картофеля является хранение. Качественное

хранение во многом зависит от травмированности клубней. Неповрежденность клубней - основное условие снижения потерь продукции в процессе хранения.

На рис 1.4. приведены данные о повреждении клубней, полученных институтом НИИКХ, при анализе различных технологических схем по уборке, транспортировке и послеуборочной обработке картофеля. Как видно из рис.1.4., при закладке картофеля на хранение в местах производства, повреждаемость клубней составляет около 30%, а при закладке в городские хранилища она увеличивается до 8 0%. Исследования показывают, что после 4-5 месячного хранения картофеля 5%-ным повреждением поверхности клубней увеличивается в 2 раза. Увеличение количества поврежденного картофеля на 5%, увеличивает на 10% затраты труда при его очистке [14] .

Для успешного хранения продукции необходимо и в помещении, и в самой массе продукции обеспечить

поддержание требуемых температуры, влажности, подвижности и состава газовой среды. В состав инженерного

оборудования входят вентиляционно-отопительные и

холодильные установки, силовое и осветительное электрооборудование, средства автоматического управления режимами хранения.

При помощи системы вентиляции в помещение хранения и в массу продукции подается воздух требуемой температуры и влажности. Системы принудительной вентиляции, используемые в помещении хранения картофеля, подразделяются на два типа. К первому типу относятся системы общеобменной вентиляции, при помощи которых обеспечивают воздухообмен и циркуляцию воздуха в объеме помещения. Такие

системы применяют при хранении картофеля в таре, с верхней сосредоточенной и рассредоточенной раздачей воздуха. При сосредоточенной подаче он поступает в пространство

между штабелями в виде настилающейся струи. Вытяжку воздуха производят снизу, система работает по схеме "сверху - вниз". При рассредоточенной раздаче воздуха, когда используют возд�