Przechowalnictwo i przetwórstwo

Transkrypt

1 Ziemniak Polski 2012 nr 2 1 Przechowalnictwo i przetwórstwo URZĄDZENIA OGRANICZAJĄCE USZKODZENIA BULW PODCZAS PRZEŁADUNKU STOSOWANE W MASZYNACH DO PRODUKCJI ZIEMNIAKÓW dr hab. Zbigniew Czerko, prof. nadzw. IHAR IHAR PIB, Zakład Przechowalnictwa i Przetwórstwa Ziemniaka w Jadwisinie Serock, z.czerko@ihar.edu.pl W zrost stopnia mechanizacji na wszystkich etapach produkcji ziemniaków z jednej strony zwiększył efektywność produkcji, ale z drugiej użycie wielu maszyn spowodowało wzrost uszkodzeń bulw. Już samo wprowadzenie w latach 70. ubiegłego wieku na szerszą skalę kombajnów w miejsce kopaczki przenośnikowej zaowocowało spostrzeżeniem wśród rolników, że ziemniaki zebrane kombajnem gorzej się przechowują. Nowoczesne technologie zbioru i przechowywania ziemniaków wykorzystują wiele specjalistycznych maszyn, które zabezpieczają bulwy przed uszkodzeniami. Jednak wielość maszyn i połączeń między maszynami zestawionymi w linii technologicznej generuje w różnym stopniu czynniki wpływające na powstawanie uszkodzeń. Typowa linia technologiczna do załadunku i rozładunku przechowalni o składowaniu luzem wraz z sortowaniem składa się z następujących maszyn: przyczepa wywrotka, zasobnik przyjęciowy, odsiewacz zanieczyszczeń, przenośniki płaskie (2-5 sztuk), pryzmownik, podbieracz podłogowy, stół selekcyjny, sortownik, przenośnik, wagopaczkowarka, worek (siatka, torba). Maszyny składają się często z kilku aktywnych elementów, więc ziemniaki po przejściu przez całą linię są narażone na kilkadziesiąt uderzeń. Na większości maszyn uszkodzenia powstają w wyniku spadku bulw z jednej maszyny na drugą, zaś na sortowniku bulwy są poddane sile kilkakrotnego dynamicznego uderzenia. W wyniku przemieszczania się bulw na gładkich taśmociągach najczęściej dochodzi do przesuwania się ich i otarcia skórki. Na wielkość uszkodzeń mają wpływ czynniki związane z bulwą i aktywnym oddziaływaniem niektórych elementów maszyny. Czynniki wpływające na uszkodzenia mechaniczne związane z bulwą: budowa anatomiczna skórki (grubość perydermy, kształt komórek, budowa ścian komórkowych); kształt i masa bulwy (zniekształcenie, wydłużenie, wielkość, masa właściwa); stopień dojrzałości (korkowacenie); turgor (uwodnienie, temperatura); skład chemiczny (zawartość suchej masy, związki fenolowe); temperatura bulwy. Czynniki te są kształtowane przez cechy odmianowe ziemniaków oraz przez warunki agrotechniczne. Dlatego odporność zbieranych ziemniaków w określonym czasie jest dosyć zmienna i trzeba brać to pod uwagę, przystępując do zbioru, sortowania i przechowywania. Czynniki związane z maszynami to siła uderzenia bulwy przez element aktywny oraz wysokość spadku bulwy i różne podłoża, na

2 2 Ziemniak Polski 2012 nr 2 które ona spada. Czynniki te są determinowane dodatkowo temperaturą ziemniaków (rys. 1). Rys.1. Czynniki wpływające na uszkodzenia mechaniczne związane z maszynami Konstruktorzy maszyn rolniczych, szczególnie od lat 80. XX w., uwzględniają w procesie projektowania i budowy nowoczesnych maszyn właściwości biologiczne materiału Fot. 1. Pas ograniczający wysokość spadku z przenośnika na przenośnik Newralgicznym etapem podczas zbioru ziemniaków jest ich przeładunek ze zbiornika kombajnu na przyczepę. Kiedy stosowano przyczepy o małej pojemności, skrzynia była niska i spadki bulw, chociaż nadmierne, były jeszcze tolerowane. Kiedy jednak wprowadzono do rolnictwa przyczepy o dużej ładowności (wysokie skrzynie) oraz duże palety skrzyniowe (1 t), trzeba było ograniczyć energię uderzenia przy spadku ziemniaków na podłogę. Także w innych punktach łączących maszyny, gdzie wysokość roślinnego, w tym również ziemniaków. Tak wykonane maszyny, zestawione w linie technologiczne, umożliwiały ciągły potok bulw z małymi spadkami i istotnie ograniczały uszkodzenia. Większe problemy powstają, kiedy linia technologiczna składa się z maszyn pochodzących od różnych producentów. Niedostosowanie do siebie maszyn, o różnych wymiarach, zmusza do używania różnego rodzaju łączników, które trudno tak zestawić, aby nie przekroczyć zalecanych spadków (fot. 1). Na takich liniach uszkodzenia bulw są większe. przekracza 30 cm, trzeba stosować różnego rodzaju stabilizatory i materiały tłumiące. W przeprowadzonym doświadczeniu, którego celem była ocena siły uderzenia bulwy na materiały najczęściej stosowane w produkcji wykładzin twardych i miękkich na elementy maszyn, wykorzystano elektroniczną bulwę MPS-60. Bulwa składa się z powłoki gumowej wypełnionej olejem i umieszczonych wewnątrz czujników tensometrycznych, które rejestrują siły uderzenia. Wcześniejsze badania porównawcze między siłą powstającą na bulwie elektronicznej i faktycznymi uszkodzeniami wykazały, że siła o wartości do N nie powoduje uszkodzeń bulw, natomiast wzrost siły do 50 N już może przyczyniać się do powstawania uszkodzeń, a duże uszkodzenia powstają przy sile uderzenia powyżej 50 N. Podczas przeładunku ziemniaków najczęściej spadają one na siebie, ale najwięcej zagrożeń występuje, kiedy bulwy spadają do pustej przyczepy lub palety skrzyniowej. Na rysunku 2 przedstawiono wartość siły uderzenia powstającej podczas spadku bulw z przenośnika z różnej wysokości. Siła o wartości 30 N powstaje przy spadku z wysokości 60 cm, natomiast siła powyżej 50 N z wysokości powyżej 90 cm. Z tych pomiarów można wyciągnąć wniosek, że podczas zbioru ziemniaków i ich przeładunku z kombajnu

3 Ziemniak Polski 2012 nr 2 3 na przyczepę lub do palet skrzyniowych ustawionych na przyczepie, gdzie wysokość spadku wynosi powyżej 100 cm, powinno się stosować stabilizatory opadania bulw. Ziemniaki podczas przemieszczania się na linii technologicznej i podczas przeładunku spadają także na inne podłoża, wykonane z różnych materiałów. W tabeli 1 podano wyniki pomiarów spadku bulwy MPS-60 na różne materiały, przy czym siła uderzenia jest przedstawiona jako siła maksymalna powstająca najczęściej przy pierwszym uderzeniu. Odbijanie się bulwy o podłoże następuje już z mniejszą siłą. Rys. 2. Zależność między wysokością spadku a siłą powstającą przy spadku bulwy elektronicznej z przenośnika na ziemniaki (Czerko 2010) Tabela 1 Wartości sił i energii powstających na bulwie PMS-60 przy spadku na różne materiały leżące na podłożu betonowym Nr Rodzaj podłoża Wysokość (cm) Siła (N) Energia (N. s/1000) 20 23,4 52,0 Poliuretan ,4 147,0 gr. 10 mm 60 58,6 156,2 Średnio 40,1 118, ,2 87,2 Guma gąbczasta ,8 131,6 gr. 5 mm 60 87,6 252,2 Średnio 58,9 157, ,6 126,4 Włóknina ,6 178,4 gr. 5 mm 60 85,0 189,2 Średnio 71,7 165, ,8 114,0 Guma miękka ,2 186,0 gr. 3 mm 60 92,2 218,8 Średnio 72,4 172, ,8 138,4 Guma twarda ,6 228,0 gr. 5 mm ,6 303,4 Średnio 81,0 223, ,4 163,8 Drewno ,8 258,4 gr. 25 mm 60 98,8 300,2 Średnio 83,2 240, ,4 127,2 PCV miękkie ,0 208,6 gr. 3 mm ,8 327,2 Średnio 86,1 221,0

4 4 Ziemniak Polski 2012 nr 2 Nr Rodzaj podłoża Wysokość (cm) Siła (N) Energia (N. s/1000) 20 70,8 157,2 PCV twarde ,6 264,6 gr. 3 mm ,8 307,2 Średnio 92,4 243,0 Do badań wykorzystano poliuretan, gumę i PCV o różnej twardości oraz drewno. Największym tłumieniem siły uderzenia charakteryzował się poliuretan, który nawet przy spadku bulwy z wysokości 60 cm reagował siłą uderzenia 58,6 N, czyli niewiele przekraczającą granicę, po której powstają zauważalne uszkodzenia. Dobrym materiałem amortyzującym jest guma, ale ważna jest jej struktura. Spadek bulwy z wysokości 40 cm na wykładzinę z gumy o strukturze porowatej (gąbczastej) dawał efekt uderzenia 51,8 N, na gumę o strukturze średnio miękkiej 76,2 N, a na gumę twardą już 83,6 N. Podobnie struktura materiału z PCV decydowała o właściwościach amortyzujących. Materiał z PCV o miękkiej strukturze przy spadku bulwy z wysokości 20 cm dawał efekt uderzenia 51,4 N, a spadek na podłoże z twardego PCV 70,0 N. Ciekawe jest spostrzeżenie, że siła uderzenia bulwy przy spadku na drewniane podłoże jest mniejsza niż na twarde PCV. Te pomiary pokazują, że w pracach modernizacyjnych, których celem jest ograniczenie uszkodzeń na aktywnych lub biernych elementach maszyn, należy zastosować właściwy materiał. Przedmiotem drugiego doświadczenia była ocena sił powstających podczas spadku ziemniaków z przenośnika kombajnu na podłogę przyczepy. Bulwa elektroniczna była opuszczana z wysokości 60, 100 i 140 cm, czyli w zakresie najczęściej występującym przy stosowaniu dużych przyczep. Spadek bulwy bezpośrednio na blaszaną podłogę powodował powstanie dużych sił (tab. 2), odpowiednio: 116,8 N, 194,2 N oraz ponad 250 N (powyżej zakresu pomiarowego 140 cm). Amortyzacja przez wyłożenie podłogi włókniną o grubości 0,5 cm nieznacznie ograniczyła siły uderzenia: do 104,4 N z wysokości 60 cm, do 129,8 N ze 100 cm i do 159,0 N ze 140 cm. Dopiero zastosowanie materaca grubości 20 mm znacznie ograniczyło siły uderzenia: odpowiednio do 43,6 N, do 54,2 N i do 77,6 N. Dobre efekty uzyskano na amortyzatorze wykonanym z pasów gumowych lub z PCV. Siły powstające przy spadku bulwy z wysokości 100 cm na pasy gumowe wynosiły 23,0 N, a na pasy z PCV 31,0 N. Amortyzatory takie podwiesza się pod przenośnik kombajnu lub umieszcza na skrzyni przyczepy (fot. 2 i 3). Siły powstające na bulwie elektronicznej PMS-60 przy spadku do skrzyni przyczepy na różne materiały amortyzacyjne Nr Rodzaj materiału Wysokość spadku Energia Siła (N) na pasach (cm) (N. s/1000) ,8 331,8 Podłoga ,2 538,6 metalowa ,0 700,0 Średnio 187,0 523, ,4 312,8 Włóknina ,8 382,6 gr. 0,5 cm ,0 453,4 Tabela 2

5 Ziemniak Polski 2012 nr 2 5 Średnio 129,7 382, ,6 242,8 Materac ,2 230,4 gr. 20 mm ,6 383,0 Średnio 58,5 285, ,2 100,8 Szelki z pasów ,0 139,0 PCV ,0 197,2 Średnio 31,7 145, ,8 95,0 Szelki z pasów ,0 155,8 gumowych ,2 281,0 Średnio 23,7 177,3 Fot. 3. Amortyzator spadku zamontowany na przyczepie w formie zawieszonych pasów gumowych lub parcianych Fot. 2. Amortyzator spadku ziemniaków podwieszany pod przenośnik kombajnu Grimme podczas napełniania palet skrzyniowych Przedstawione dane liczbowe dotyczą spadku pojedynczej bulwy. Siły rzeczywiste powstające w strumieniu spadających ziemniaków na jakiś element maszyny mogą różnić się od zmierzonych ze względu na obijania się bulw o siebie. Uszkodzenia mechaniczne można ograniczyć albo przez obniżenie spadku ziemniaków, albo przez zastosowanie amortyzatorów opadania. Tam, gdzie jest to konstrukcyjnie możliwe, ogranicza się wysokość spadków dzięki mniejszej średnicy bębnów na przenośnikach i szerszym przenośnikom, zmniejszając ich prędkość oraz konstruując odpowiednie łączniki i urządzenia pozwalające unieść paletę skrzyniową do załadunku lub obniżyć do minimum pryzmownik usypujący ziemniaki. Tam, gdzie nie da się konstrukcyjnie obniżyć wysokości spadku, stosuje się różne wykładziny i amortyzatory spadania bulw. W 2-rzędowych kopaczkach ładujących najczęściej jest stosowany zagięty przenośnik opuszczany nisko nad podłogę przyczepy lub podwieszony amortyzator opadania pod przenośnik. Podobnie zabezpiecza się przed uszkodzeniem bulw załadunek do przyczep, szczególnie o wysokich skrzyniach wykorzystywanych do transportu ziemniaków od kombajnu. Na podłodze przyczepy mogą być stosowane różne wykładziny, ale jak pokazały pomiary, istotne efekty amortyzujące dają wykładziny miękkie i grube (fot. 4).

6 6 Ziemniak Polski 2012 nr 2 Fot. 4. Amortyzator spadku ziemniaków miękki materiał na podłodze przyczepy Profesjonalnym rozwiązaniem jest zawieszana w tylnej części przyczepy plandeka na sprężynach, która pod wpływem ciężaru zasypywanych ziemniaków opuszcza się na dno przyczepy (fot. 5). Jak pokazały przedstawione pomiary, dobre efekty daje amortyzator składający się z pasów gumowych podwieszany na skrzyni przyczepy lub na przenośniku kombajnu. Newralgicznym ogniwem podczas przeładunku ziemniaków jest zasypywanie palet skrzyniowych. Palety stosowane w przechowalniach mają najczęściej pojemność 1000 kg i wysokość cm. Podczas bezpośredniego zasypywania przenośnikiem taśmowym umieszczonym nad paletą powstaje zbyt duży spadek, który powoduje uszkodzenia bulw, szczególnie kiedy ziemniaki wpadają do pustej palety. Skonstruowano wiele urządzeń w celu ograniczenia uszkodzeń mechanicznych z wykorzystaniem minimalnych spadków ziemniaków. Ze względu na sposób zmniejszania wysokości spadku bulw podczas napełniania palety można je podzielić na 4 grupy: przenośnik z zakrzywioną końcówką opuszczany do palety skrzyniowej, urządzenie równomiernie opuszczające zasypywaną paletę skrzyniową, pionowy przenośnik kubełkowy opuszczany do palety skrzyniowej, kaskadowy stabilizator opadania ( harmonijkowy ). Fot. 5. Amortyzator spadku ziemniaków zastosowany w przyczepie w formie plandeki zawieszonej na sprężynach (Bijlsma Herkules) Sposoby zasypywania palet i big bagów Zakrzywiony przenośnik zasypnicy przed napełnianiem palety jest opuszczany na jej dno, a podczas napełniania unosi się, utrzymując stały spadek ok. 30 cm. Inne rozwiązanie to zasypnica posiadająca po dwóch stronach przenośnika poziomego kosze do umieszczenia pustych palet skrzyniowych. Przed zasypywaniem paleta jest podniesiona jednym bokiem, a w czasie napełniania jest opuszczana (fot. 6). Do napełniania wysokich palet skrzyniowych, a także dużych worków (big bagów) jest stosowana zasypnica, która po dwóch stronach przenośnika ma pionowo umieszczone przenośniki kaskadowe, które znoszą ziemniaki na dno palety i w miarę napełniania są automatycznie podnoszone (fot. 7). We wszystkich zasypnicach palet jest utrzymywana automatycznie stała wysokość spadku ziemniaków. Fot. 6. Zasypnica palet z unoszonymi paletami do ograniczenia spadku ziemniaków (Tong)

7 Ziemniak Polski 2012 nr 2 7 Wnioski 1. Zestawianie maszyn w linię technologiczną do załadunku i rozładunku przechowalni powinno mieć na celu ograniczenie do minimum uszkodzeń bulw. 2. Spadki między maszynami powinny być zredukowane do 30 cm, a miejsca uderzeń bulw na maszynie otulone miękkim materiałem, najlepiej gumą. 3. Przeładunek ziemniaków z kombajnu na przyczepy oraz podczas napełniania przechowalni (do palety skrzyniowej lub podczas pryzmowania) wymaga zastosowania urządzeń amortyzujących opadanie bulw lub użycia miękkich materiałów ograniczających ich uszkodzenia. 4. Najlepsze efekty amortyzujące uderzenia bulw dają materiały z poliuretanu i miękkiej gumy. Fot. 7. Zasypnica z pionowym przenośnikiem do delikatnego znoszenia ziemniaków do palety skrzyniowej Literatura 1. Czerko Z., Nowacki W Monitorowanie maszyn do obróbki ziemniaków za pomocą bulwy elektronicznej PMS-60. Inż. Rol. 1: 49-55; 2. Czerko Z Uszkodzenia powstałe podczas przechowywania ziemniaków w wysokich pryzmach. Ziemn. Pol. 2: 49-52; 3. Czerko Z Zasady budowy i eksploatacji przechowalni ziemniaków. IHAR-PIB Jadwisin: 67 s.; 4. Czerko Z Wpływ mechanizacji prac przechowalniczych na uszkodzenia mechaniczne bulw ziemniaka. Ziemn. Pol. 1: 43-47; 5. Herold B., Truppel I., Siering G., Geyer M. B Pressure measuring sphere PMS-60 to evaluate damage sources for potatoes during harvest and handling. EAPR (KTBL), Soltau, Section Engineering: Instrumental spheres and storage in pallet boxes