Ziemniak Polski 2011 nr 1 1 Przechowalnictwo i przetwórstwo WPŁYW MECHANIZACJI PRAC PRZECHOWALNICZYCH NA USZKODZENIA MECHANICZNE BULW ZIEMNIAKA dr hab. Zbigniew Czerko, prof. nadzw. IHAR PIB, Zakład Przechowalnictwa i Przetwórstwa Ziemniaka w Jadwisinie 05-140 Serock, e-mail: z.czerko@ihar.edu.pl P odczas zbioru ziemniaków powstaje dużo uszkodzeń mechanicznych, których ilość może jeszcze bardziej wzrosnąć w czasie dalszej obróbki, tj. załadunku i rozładunku przechowalni, sortowania oraz pakowania. Na maszynach tworzących linie technologiczne, a szczególnie na połączeniach maszyn, występują duże siły, działające na bulwy i powodujące ich uszkodzenia. Na bulwach, które spadły z dużej wysokości czy zostały energicznie uderzone, uszkodzenia zewnętrzne często są niewidoczne, ale po kilku dniach mogą ujawnić się uszkodzenia wewnętrzne pod skórką w postaci ciemnych plam. Ponadto uszkodzone bulwy obniżają jakość towaru i przyczyniają się do zwiększenia strat przechowalniczych. Na powstawanie uszkodzeń wpływa wiele czynników, związanych z jednej strony z właściwością bulwy, a z drugiej z intensywnością mechanicznego oddziaływania na nią. Czynniki związane z bulwą to przede wszystkim jej budowa anatomiczna charakteryzująca się grubością perydermy, wielkością komórek i liczbą warstw perydermy, budowa ścian komórkowych oraz skład chemiczny (zawartość suchej masy, związki fenolowe). Innymi czynnikami wpływającymi na uszkodzenia związanymi z bulwą są: kształt, masa, turgor oraz temperatura bulwy. Peryderma stanowi główną tkankę, która zabezpiecza bulwy przed uderzeniem elementów maszyn. Czynnikiem uszkadzającym związanym z urządzeniem jest siła, z jaką bulwa uderza o element maszyny, która zależy od masy bulwy oraz od prędkości i wysokości jej spadku, a także od rodzaju materiału, na który spada. Najbardziej wrażliwe na uszkodzenia są ziemniaki podczas zbioru i wstępnego sortowania, gdyż w tym okresie nie są jeszcze w pełni dojrzałe, a skórka nie jest skorkowaciała. Z czasem bulwy w przechowalni stają się bardziej odporne na uszkodzenia. Po 3-4 tygodniach są dojrzałe i wtedy powinno się przystępować do obróbki. Uszkodzenia ziemniaków podczas załadunku i rozładunku przechowalni W przechowalnictwie są stosowane dwa sposoby składowania ziemniaków: luzem i w paletach skrzyniowych. Każdy wymaga użycia różnorodnych maszyn, na których mogą pojawić się miejsca, gdzie dochodzi do największych uszkodzeń. Załadunek. Zestaw maszyn do usypywania ziemniaków luzem składa się z zasobnika dozującego, z odsiewacza zanieczyszczeń, ów transportujących bulwy wewnątrz przechowalni oraz z pryzmownika usypującego je w pryzmę. Istotnym czynnikiem wpływającym na zmniejszenie uszkodzeń mechanicznych na linii przeładunkowej jest skrócenie tej linii oraz zminimalizowanie wysokości spadku. Każde skrócenie drogi transportu ziemniaków przez redukcję prze-
2 Ziemniak Polski 2011 nr 1 nośników zmniejsza uszkodzenia mechaniczne bulw, straty podczas przechowywania, a także awaryjność linii technologicznej. Wprawdzie sposób zestawienia maszyn w linię zależy od rozwiązania przestrzennego przechowalni, czyli decyduje się już na etapie projektu i wykonania przechowalni, ale pewna modyfikacja zawsze jest możliwa także podczas eksploatacji. Podczas usypywania pryzmy szczególnie ważne jest utrzymywanie stałej i małej wysokości spadku bulw z pryzmownika. Dużo uszkodzeń powstaje podczas staczania się bulw z usypywanej pryzmy, dlatego powinna być ona usypywana metodą tarasową składającą się z 4 warstw. W małych przechowalniach utrzymywanie stałej wysokości spadku ziemniaków z pryzmownika na pryzmę (30-50 cm) wymaga ciągłego śledzenia tej czynności przez obsługę i dokonywania korekt. W dużych przechowalniach używa się pryzmowników, w których taśmociąg usypujący jest sterowany automatycznie. Stałą wysokość i przesuwanie się taśmociągu nad ziemniakami zapewniają czujniki optyczne. Rozładunek. Podczas rozładunku w późniejszym okresie przechowywania ziemniaki są odporniejsze na uszkodzenia mechaniczne. Mimo to w celu dodatkowego ograniczenia uszkodzeń temperatura pryzmy przed rozładunkiem powinna zostać stopniowo podniesiona do 12 o C. Dużo uszkodzeń powstaje podczas pracy podbieracza. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem w dużych przechowalniach jest rozładunek za pomocą podbieraczy lemieszowych. Podbieracz jest maszyną samojezdną obsługiwaną przez operatora. W przechowalniach, które mają system wentylacyjny podpodłogowy, rozładunek pryzmy ziemniaków za pomocą podbieraczy jest bardzo efektywny, przy czym powstaje mniej uszkodzeń. W przechowalniach z kanałami wentylacyjnymi napodłogowymi rozładunek musi być przerywany na czas demontażu kanałów i często dochodzi do uszkodzeń bulw przez lemiesz odbierający ziemniaki przy kanale wentylacyjnym. W mniejszych przechowalniach ziemniaki na lub sortownik podawane są najczęściej ręcznie (widłami kulkowymi). W tym wypadku uniknięcie uszkodzeń zależy tylko od umiejętności pracownika. Załadunek przechowalni paletowej W przechowalni paletowej ziemniaki są zasypywane do palet skrzyniowych o pojemności 500-1500 kg i ustawiane w bloki. Palety można napełniać na polu lub w przechowalni. Napełnianie w przechowalni jest stosowane częściej ze względu na możliwość wstępnej selekcji bulw z podziałem na dwie frakcje. Bezpośredni spadek bulw z wysokości 100-120 cm na dno drewnianej palety prowadzi do dużych uszkodzeń. Dlatego stosowane są różne rozwiązania (stabilizatory spadku bulw), idące w kierunku zmniejszenia spadku do bezpiecznej wysokości 30 cm. Jest wiele maszyn do napełniania palet skrzyniowych, wykorzystujących różne rozwiązania techniczne, tj. opuszczanie zakrzywionego a do palety, równomierne unoszenie palety podczas zasypywania, pionowe opuszczanie a kubełkowego, użycie kaskadowego stabilizatora opadania ( harmonijkowy ). We wszystkich typach zasypnic palet stała wysokość spadku bulw jest utrzymywana dzięki automatycznemu sterowaniu (najczęściej jest to czujnik fotokomórki). Pomiar sił na maszynach za pomocą bulwy elektronicznej PMS-60 Do oceny maszyn pod względem sił, które powstają na poszczególnych zespołach mogących uszkadzać ziemniaki może być wykorzystany tzw. ziemniak elektroniczny PMS-60. Jest to kula wielkości bulwy o średnicy 55 mm, posiadająca wewnątrz czujnik siły z możliwością zapisu wartości. Po wykonaniu pomiarów, czyli przepuszczeniu bulwy przez maszynę, zebrane dane są przenoszone do komputera. Z badań metodycznych wynika, że siły o wartości powyżej 25- -30 N mają już wpływ na powstawanie uszkodzeń bulw. Uderzenia z siłą powyżej 50 N mogą zostawiać trwałe uszkodzenia na bulwach. Są to wartości orientacyjne, gdyż efekt ostateczny zależy od wielu innych czynników, chociażby reakcji danej odmiany na czynnik uszkadzający. Rozładunek przyczep i napełnianie palet skrzyniowych
Ziemniak Polski 2011 nr 1 3 W tabeli 1 pokazano pomiary wysokości cześniejsza jest wywrotnica palet połączona spadku oraz maksymalne siły zmierzone za z zasobnikiem dozującym. Podnośnik widłowy ustawia paletę na wywrotnicy, następnie pomocą bulwy elektronicznej MPS-60 podczas napełniania palet. Widać, że największa siła (100 N) występuje, kiedy bulwy spa- obrót kosza wywrotnicy, bulwy zsuwają się osoba obsługująca włącza silnik powodujący dają na dno palety z wysokości 120 cm, co do zasobnika, który równomiernie podaje je zdarza się często w małych przechowalniach, w których nie ma zasypnicy palet. sortownik. Często ze względów technicznych iem do dalszej obróbki, np. na Dobrym amortyzatorem będzie w takim wypadku położony na dno worek ze słomą, przechylaną paletą a zasobnikiem odbierają- występuje duża wysokość spadku między który po usypaniu 1/4 palety zostanie wyciągnięty; siły wywołujące uszkodzenia są wów- skrzynia zasobnika powinna być pokryta cym ziemniaki. W celu obniżenia uszkodzeń czas istotnie mniejsze. gumą. Różnica siły uderzenia bulw spadających do blaszanej skrzyni w porównaniu z Rozładunek przechowalni o składowaniu w paletach skrzyniowych wymaga użycia pokrytą gumą jest duża, odpowiednio: 72 i urządzenia do opróżniania palet. Najnowo- 40 N. Tabela 1 Wysokość spadku oraz wartość sił powstających na maszynach podczas rozładunku przyczepy i napełniania palet skrzyniowych Nr Urządzenia przechowalnicze Wysokość spadku (cm) Siła uderzenia (N) 1 Wywrotka z tylnym wychyłem 2 Zasobnik przyjęciowy - skrzynia blaszana 65 72 - skrzynia pokryta gumą 65 40 3 Przenośnik plastikowy 85 32 4 Odsiewacz zanieczyszczeń rolkowy 40 44 5 Przenośnik poprzeczny 35 46 6 Palety skrzyniowe - spadek na podłogę z desek 120 100 - spadek na ziemniaki 105 62 - spadek na amortyzator (worek ze słomą) 95 24 Źródło: badania własne Linia technologiczna do pakowania ziemniaków mytych Na rysunku 1 przedstawiono schemat 13 maszyn składających się na linię technologiczną do pakowania mytych ziemniaków. Występuje tu zasobnik rezerwowy do utrzymania ciągłości pracy linii. Zmierzone wartości sił (N), które wystąpiły na punktach łączących poszczególne maszyny, zestawiono w tabeli 2. Wyraźnie największe siły (93,8 N) odnotowano podczas spadania bulw na stabilizator opadania aż do dna zasobnika rezerwowego. Duża różnica między siłą maksymalną a minimalną świadczy o możliwej różnej drodze przemieszczania się i spadku bulwy. Podobnie duże siły działające na bulwę powstały przy spadaniu jej do paczkowarki (93,0 N). Przenośniki e i skośne służą do przemieszczenia ziemniaków między maszynami obróbczymi. Duże siły występowały podczas spadku ziemniaków do kosza zasobnika skośnego: 57,6 N (pkt. 2-3 na rysunku 1) i 68,0 N (pkt. 11-12). Zwykle ze względów konstrukcyjnych wysokość spadku na tych połączeniach jest duża (60-70 cm) i stąd siły uderzenia też są duże. Także połączenie między wyrzutnikiem a skośnego a iem odbierającym ziemniaki może powodować duże siły uszkadzające 57,8 N (pkt. 3-4). W tych miejscach można byłoby zamocować dodatkowe pasy na wieszakach na u m w połowie drogi spadku, w celu za-
4 Ziemniak Polski 2011 nr 1 mortyzowania energii bulwy. Warto zauważyć, że w procesie tym ziemniaki przemieszczają się w ciągłym potoku i spadają na warstwę ziemniaków, a nie na plastikową taśmę (jak w chwili rozpoczęcia pracy). W efekcie występują znacznie mniejsze siły, a tym samym mniejsze uszkodzenia. Dlatego tak ważna jest ciągłość pracy całej linii wypełnionej ziemniakami. Rys. 1. Schemat linii technologicznej do pakowania mytych ziemniaków: 1 myjka, 2 stół selekcyjny, 3, 4, 5, 6, 7 sortownik taśmowy, 8, 9 zasobnik rezerwowy, 10, 11 stół selekcyjny, 12, 13 paczkowarka Tabela 2 Siły (N) powstałe na linii technologicznej do pakowania mytych ziemniaków Urządzenie, na które spada bulwa Numer pomiaru siły (N) 1 2 3 4 5 Numer urządzenia Maksymalna siła (N) Minimalna siła (N) Średnia siła (N) 1 myjka - - - - - - - - 2 stół selekcyjny 18 23 18 57 51 57 18 33,4 3 48 84 64 40 43 84 43 57,6 4 25 64 55 60 85 85 25 57,8 5 58 37 18 18 18 58 18 29,8 6 22 18 18 18 20 22 18 19,2 7 sortownik taśmowy 38 43 23 24 33 43 23 32,2 8 32 18 62 38 37 62 18 37,4 9 zasobnik bunkier 79 167 76 52 95 167 52 93,8 10 30 39 32 34 35 39 30 34,0 11 stół selekcyjny 41 52 26 43 37 52 41 40,0 12 88 50 66 72 64 88 50 68,0 13 paczkowarka 99 79 101 90 96 101 79 93,0 Źródło: badania własne IHAR
Ziemniak Polski 2011 nr 1 5 Najmniejsze siły wystąpiły podczas spadania ziemniaków z a skośnego na (w pkt. 5-6 na rysunku 1). Przyczyną tego była mała wysokość spadku ziemniaków z małego a (pkt 5) do kosza a skośnego. Także małe siły wystąpiły na spadkach z ów ch na i e. Połączenie ów ch ze względów konstrukcyjnych może mieć małą wysokość spadku, co jest korzystne w transporcie ziemniaków wewnątrz przechowalni. Wnioski 1. Na liniach obróbczych znajduje się wiele miejsc, w których siły spadku przekraczają graniczną wartość 30 N. Na całej linii obróbczej, od palety skrzyniowej do paczkowarki, takich uderzeń z siłą przekraczającą 30 N może być kilkadziesiąt. 2. Obróbka ziemniaków (sortowanie, pakowanie) powinna być dokonywana po okresie gojenia, tj. po ok. 2-3 tygodniach od załadunku przechowalni. 3. Przy projektowaniu linii technologicznej należy mieć na uwadze ograniczenie do minimum liczby maszyn do załadunku i rozładunku przechowalni. 4. Spadki między maszynami powinny być zredukowane do 30 cm, a miejsca uderzeń bulw na maszynie otulone miękką gumą. Literatura 1. Czerko Z. 2003. Reakcje bulw ziemniaka na ściskanie podczas przechowywania przy składowaniu luzem. Biul. IHAR 228: 275-281; 2. Czerko Z., Nowacki W. 2005. Monitorowanie maszyn do obróbki ziemniaków za pomocą bulwy elektronicznej PMS-60. Inż. Rol. 1: 49-55; 3. Czerko Z. 2010. Uszkodzenia powstałe podczas przechowywania ziemniaków w wysokich pryzmach. Ziemn. Pol. 2: 49-52; 4. Czerko Z. 2010. Zasady budowy i eksploatacji przechowalni ziemniaków. IHAR-PIB Jadwisin: 67 s.; 5. Herold B., Truppel I., Siering G., Geyer M. B.1995. Pressure measuring sphere PMS-60 to evaluate damage sources for potatoes during harvest and handling EAPR. Section Engineering: 17-25