XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Картошечные мечты. Хранение картофеля навалом

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Чупров Б.П. 1Юрков Н.А. 1Катаева Е.П. 1Евдокимов М.И. 1

---

1Школы интеллектуального развития «Мистер Брейн»

Филинова А.В. 1

---

1Школы интеллектуального развития «Мистер Брейн»

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Картофель является одной из важнейших сельскохозяйственных культур, играющей ключевую роль в обеспечении продовольственной безопасности. Однако, значительные потери урожая происходят на этапе послеуборочной обработки, в частности, при выгрузке картофеля, хранящегося навалом. Механические повреждения клубней, возникающие в процессе неравномерной выгрузки, приводят к снижению товарного качества, увеличению потерь при хранении и, как следствие, к уменьшению прибыли сельхозпроизводителей.

Актуальность данной работы обусловлена возрастающими требованиями к качеству картофеля, поступающего на рынок, а также необходимостью снижения потерь при его хранении и транспортировке. Существующие способы и оборудование для выгрузки картофеля навалом зачастую не обеспечивают равномерность потока и приводят к травмированию клубней, что особенно критично для сортов, предназначенных для длительного хранения.

В связи с этим, разработка и создание демонстрационной установки для равномерной выгрузки картофеля навалом является актуальной и востребованной задачей, направленной на повышение эффективности производства и улучшение качества конечной продукции. Решение этой проблемы позволит снизить механические повреждения клубней, увеличить срок их хранения, а также повысить экономическую эффективность картофелеводческих хозяйств.

Цель: создания демонстрационной остановки для равномерной выгрузки картофеля навалом

В рамках данной работы были поставлены следующие задачи:

1. Выделили основные проблемы хранения картофеля навалом

2. Изучили условия хранения картофеля

3. Рассмотрели оборудование для выгрузки картофеля навалом

4. Спроектировать и создать систему для выгрузки картофеля навалом

5. Запрограммировать систему с помощью ПО Mindstorms

Результаты проведенного исследования послужат основой для разработки и создания демонстрационной установки, обеспечивающей равномерную и бережную выгрузку картофеля навалом, что позволит повысить качество продукции и снизить потери на этапе послеуборочной обработки.

Глава 1. Проблемы хранения картофеля навалом.

Хранение картофеля навалом происходит в специальных хранилищах (Рисунок 1.1, Приложения).

Проблемы хранения картофеля навалом:

1.Болезнь картофеля - Болезни картофеля увеличивают потери и ухудшают его качества. Существующее решение - обработка картофеля.

2.Проблема плохо вентилируемых хранилищ- картофель портится из-за необорудованного хранилища. Существующее решение-установка специальных систем вентиляции.

3. Отделение ботвы и остатков почвы от картофеля перед загрузкой в хранилище сортируются вручную - при загрузке в хранилище продукцию тщательно осматривают, сортируют, чтобы не закладывать на длительное хранение нележкоспособные партии. Делается это с помощью человеческого труда. Существующее решение- передвижной сортировочный пункт КСП-15.

4. Проблема выгрузки картофеля в хранилище - При выгрузке картофеля навалом или в контейнеры, картофель бьется, из-за чего быстро портится. Существующее решение-автоматизация.[1]

Глава 2. Условия хранения картофеля навалом

Вторая глава посвящена условиям хранения картофеля навалом. Основные моменты включают:

• Картофель укладывается по периметру хранилища в сплошной слой, что позволяет создать оптимальный микроклимат благодаря вентиляции. Воздух проходит через овощи, поддерживая их свежесть.

• Важно обеспечить хорошую циркуляцию воздуха, чтобы избежать недостатка кислорода, который может привести к порче клубней. Вентиляционные каналы и датчики температуры размещаются под навалом.

• Оптимальная температура хранения составляет 2–3 °С, а влажность — 85–95%. В последние две недели хранения температуру можно повысить до 10–14 °С.

• Необходимо избегать попадания света, так как он способствует образованию ядовитого соланина.

• Высота навала не должна превышать 1,5 м, а картофель следует накрывать мешковиной или одеялом для уменьшения промерзания и обеспечения воздухообмена.

• Хранение картофеля регулируется ГОСТом 28372-93, что подчеркивает важность соблюдения стандартов для сохранения качества продукции.

Эти условия помогают сохранить картофель в состоянии, близком к свежему, и предотвращают его порчу.[2]

Картошку ссыпают по периметру хранилища одним сплошным слоем. Навальный метод чаще всего используют для картофеля одного сорта. [6]

Принцип навального хранения заключается в вентиляции, создающей в овощехранилище необходимый микроклимат. Воздух, температура которого предварительного корректируется, проходит через толщу овощей, обдувая каждый плод. Это позволяет сохранить продукт в состоянии «сразу после уборки». Высоту навала можно варьировать в зависимости от типа продукции и срока хранения. Под навалом размещаются вентиляционные каналы и датчики температуры. Сверху и по сторонам навала сооружается перфорация для обеспечения оптимального распространения воздуха в толще овощной продукции. Благодаря округлой форме верхней части секции канала продукция не повреждается. Угол открытия и закрытия определяется автоматически, предусмотрено аварийное закрытие заслонок. Для плотного прилегания заслонки по контуру имеет резиновый 120-миллиметровый уплотнитель. [3]

Температура хранение урожай

Для обеспечения качественного хранения картофеля должны поддерживаться оптимальные параметры температуры воздуха и влажности.
В основной период температура воздуха в помещении не должна превышать 2–3 °С. Оптимальные параметры влажности составляют 85–95%.
Отдельно отмечают такой важный момент в хранении картофеля, как вентиляция. Отсутствие кислорода приводит к тому, что мякоть клубней чернеет, теряет вкусовые и полезные свойства[4]

При хранении картофеля навалом важно соблюдать следующие условия:

Избегать попадания света. Свет способствует выработке ядовитого соланина в клубнях картофеля.  

Поддерживать температуру воздуха в пределах 3–6 °С. В последние 2 недели её следует повысить до 10–14 °С.

Обеспечить оптимальную влажность — 85–95%.  

Обеспечить хорошую циркуляцию воздуха. Это способствует поддержанию равномерной температуры в помещении.  

Проводить вентилирование. Оно позволяет утилизировать образовавшиеся в процессе дыхания картофеля тепло и углекислый газ.

Не допускать образования в насыпи почвенных столбов. Клубни в них легко загнивают и быстро прорастают.

Высота насыпи не должна превышать 1,5 м.

Сверху картофель нужно накрыть мешковиной или старым одеялом, пледом. Это уменьшит промерзание и сохранит возможность свободного воздухообмена.  

Хранение картофеля регламентируется ГОСТом 28372-93. 

Глава 3. Оборудование для выгрузки картофеля навалом

Одним из оборудований для выгрузки картофеля является: Телескопический транспортер.

Телескопический транспортёр- устройство, в котором можно регулировать длину, угол наклона и скорость работы конвейерной линии. Название связано с устройством механизма: секции, по принципу телескопической трубы, входят друг в друга. (Рисунок 3.1, Приложения)

Различают телескопические конвейеры спирального, сортировочного и подвесного типов. Первые используются для перемещения грузов между уровнями, вторые — для их распределения и сортировки, а третьи — для перемещения грузов на высоте: от одной точки к другой.

Некоторые виды оборудования для выгрузки картофеля при хранении навалом:

Транспортер-подборщик ТПК-30. Предназначен для выгрузки картофеля из хранилищ при хранении «навалом». Состоит из роторного питателя, ведомого вала, полотна, рамы, системы навески, привода, трансмиссии на ротор. (Рисунок 3.2, Приложения)

Подборщик выдвижной ПВ-40. Используется для выемки овощей из буртов в овощных хранилищах с навальным типом хранения. (Рисунок 3.3, Приложения)

Бункер приёмно-погрузочный ППК 12-40. Предназначен для приёма картофеля, лука репчатого и столовых корнеплодов от самосвальных транспортных средств с задней выгрузкой, частичного отделения почвенных примесей и загрузки клубней в бурт шириной до 12 метров. (Рисунок 3.4, Приложения)

Глава 4. Практическая часть

4.1. Создание системы для выгрузки картофеля на базе конструктора Lego Mindstorms

Каркас проекта

Каркас нашего проекта представляет собой прочную и надежную конструкцию, выполненную из деревянных балок, фанеры и крепежных элементов. Эти материалы обеспечивают необходимую устойчивость и долговечность, что особенно важно для функционирования всего механизма. (Рисунок 4.1.1, Приложения)

Внешняя часть каркаса была оформлена в стиле картофелехранилища. Мы использовали картон, который был аккуратно покрашен в серый цвет, что придает конструкции эстетичный и завершенный вид.

Для имитации картофеля мы приклеили к картонной основе керамзит, который выполняет роль «картофельного наполнителя», добавляя реалистичности нашему проекту.

В качестве соединительных элементов мы использовали мебельные гайки и болты, которые обеспечивают надежное скрепление всех частей конструкции.

Механизм

Механизм нашего проекта обладает возможностью движения по двум осям — X и Y. Он оснащён воронкой, выполненной из мягкого материала, которая может выдвигаться и задвигаться. Благодаря конструкции воронки картофель плавно спускается вниз, избегая повреждений и равномерно укладываясь в навал.

В нашем механизме мы применили несколько ключевых элементов:

Червячная передача. Эта передача обеспечивает перемещение воронки с одной стороны на другую, благодаря своей силе и надежности. Мотор, через ось, передает движение на червяк, который, в свою очередь, вращает шестерёнку. (Рисунок 4.1.2, Приложения)

Зубчатая передача. Мы использовали зубчатую передачу для перемещения по оси X. Она передает вращение от мотора на одну шестерёнку, затем на следующую, и так далее, до колёс, обеспечивая плавное движение. (Рисунок 4.1.3, Приложения)

Ременная передача. Для подъема и опускания воронки мы использовали нитки, которые наматываются на лебёдку. Мотор, наматывая нитку, поднимает воронку, позволяя ей адаптироваться к различным условиям работы.

Мы выбрали мощные моторы для перемещения механизма вперёд и назад, так как они обеспечивают большую силу и позволяют удобно установить конструкцию с воронкой. Средние моторы были задействованы для подъема и опускания воронки с помощью ременной передачи.

Воронка с гасителями для выгрузки картофеля

Идея воронки была вдохновлена устройством укладчика картофеля, который аккуратно распределяет картофель по контейнерам. Воронка поднимается и опускается при помощи тросика, что обеспечивает её гибкость и функциональность. (Рисунок 4.1.4, Приложения)

Для смягчения удара картофеля мы использовали фоамиран — материал, который отличается мягкостью, легкой плотностью и тонкостью. Это позволяет воронке эффективно защищать картофель от повреждений во время укладки, обеспечивая высокое качество работы нашего механизма.

4.2. Описание программы

Мы создали программу "Картошечные мечты", которая управляет воронкой и кран-балкой с использованием циклов и многоуровневой системы. Состоит программа из двух частей:

• Управление воронкой.

• Перемещение кран-балки

Воронка с гасителями падения для выгрузки картофеля

Программа используется цикл для постоянной работы. Для выполнения разных действий при разных условиях мы используем многоуровневую систему. В блоке переключателе настроенного на сравнение ультразвукового датчика, при условии, если меньше 15 сантиметров, но больше 4, то воронка опускается, если больше 4 см, то поднимается с помощью среднего мотора на скорости +10 вверх, если меньше 4 см – мотор выключен, воронка не движется.

Перемещение кран-балки

Для перемещения кран-балки мы создали два блока forward и back. Блок forward отвечает за перемещение вперёд, а блок back за перемещение назад.

Блок forward.

Программа в цикле и повторяется 2 раза. Средний мотор двигается по направляющей со скоростью -100 8 секунд. Затем большие моторы едут со скоростью -40 1 секунду. В следующем блоке средний мотор движется со скоростью 100 9 секунд. Потом большие моторы со скорость -40 едут 1.

Блок back

Программа в цикле и повторяется 2 раза. Блок среднего мотора работает 8 секунд на мощности -100. Блок рулевого управления большие моторы движутся 1 секунду на мощности 40. Блок среднего мотора работает 9 секунд на мощности 100. Блок рулевого управления движется 1 секунду га мощности 40. (Рисунок 4.2.1,4.2.2, Приложения)

Заключение

В ходе проведённого исследования была подтверждена актуальность задачи обеспечения равномерной и бережной выгрузки картофеля навалом. Потери урожая на этапе послеуборочной обработки, обусловленные механическими повреждениями клубней при неравномерной выгрузке, по-прежнему остаются одной из основных проблем картофелеводства, существенно влияя на качество продукции и экономическую эффективность хозяйств.

Анализ существующих способов хранения и транспортировки картофеля, рассмотрение разнообразных типов оборудования, а также изучение условий хранения, позволили выявить ключевые направления для совершенствования технологических процессов. В результате проведённых проектных работ была разработана и создана демонстрационная установка, позволяющая моделировать процессы равномерной выгрузки картофеля навалом. Программирование системы с использованием ПО Mindstorms обеспечило автоматизацию управления и повысило точность выполнения технологических операций.

Внедрение подобной установки позволяет существенно снизить механические повреждения клубней, сохранить их потребительские качества и увеличить срок хранения. Созданная система может быть использована в качестве основы для дальнейшей разработки промышленного оборудования, способствующего уменьшению потерь, улучшению товарного вида картофеля и повышению рентабельности сельскохозяйственного производства. Реализация такого подхода отвечает современным требованиям к качеству продукции и способствует развитию инноваций в агропромышленном комплексе.

Список используемых источников

1. Закладка картофеля на хранение | Картофельные технологии

2. https://direct.farm/post/klubnevoy-analiz-prodovolstvennogo-kartofelya-26899

3. https://gostassistent.ru/doc/8a8a57cc-5cd4-4424-807b-0b2c8c27290b

4. https://www.botanichka.ru/article/kak-pravilno-hranit-kartofel/

5. https://holvent.com/o-kompanii/poleznaya-informacziya/hranenie-kartofelya/

6. https://southp.ru/storage_potato.php

7. https://sitmag.ru/article/10018-osnovnye-tipy-sortirovochnyh-konveyerov

Приложения