Uszkodzenia mechaniczne bulw ziemniaka

Uszkodzenia mechaniczne bulw ziemniaka
Celem podjętych badań było dokładniejsze poznanie mechanizmu deformacji komórek
bulw podczas ich swobodnego spadku oraz opracowanie relacji między energią zderzenia a
objętością obicia, a także relacji między wskaźnikiem uszkodzeń bulw a przyspieszeniem
szczytowym i zmianą prędkości podczas zderzenia dla wybranych odmian ziemniaków oraz
podłoży stosowanych na liniach technologicznych w łańcuchu logistycznym zbioru,
transportu, sortowania i przechowywania ziemniaków.
Zaprojektowano, opracowano i wykonano stanowiska laboratoryjne na potrzeby badań.
Obiektami badań były odmiany bulw Lord, Irga, Saturna i Hermes, podłoża zderzeń ze stali,
betonu, gumy i bulw ziemniaków w pryzmie oraz trzy maszyny do zbioru ziemniaków
różniące się konfiguracją zespołów roboczych. Eksperymenty przeprowadzono w warunkach
laboratoryjnych, stacjonarnych i polowych przy zmiennych decyzyjnych według
zaplanowanego programu badań.
Przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych i opracowano modele matematyczne do
wyznaczenia objętości deformacji oraz wskaźnika uszkodzeń bulw wraz z oszacowanymi
współczynnikami doświadczalnymi. Przeprowadzono logiczną i doświadczalną weryfikację
tych modeli, która wykazała ich poprawność.
Z teoretycznych rozważań zjawiska i przeprowadzonych eksperymentów spadku
swobodnego bulwy na powierzchnię płaską płyty wyposażonej w czujnik piezoelektryczny
wynika, że energia odbicia stabilizowała się po piątym rzucie bulwy i wówczas można
wyznaczyć energię odkształceń lepkich. Dla tych warunków suma energii związanej z
deformacjami plastycznymi w relacji do objętości obicia jest odpornością bulwy na obicie,
która zmniejsza się wraz ze zwiększaniem energii zderzenia. Zanik generowania niszczenia
tkanek w bulwie odpowiada naprężeniom maksymalnym, które są cechą charakterystyczną
odmiany ziemniaka.
Stwierdzono, że charakterystyki otarcia i ciemnienie pouderzeniowego bulw od
wysokości spadku mają kształt paraboli odwróconej i po przekroczeniu wysokości spadku
0,40 m tego rodzaju uszkodzenia zmniejszają się, gdyż zaczynają dominować inne, głównie
pęknięcia i zmiażdżenia miąższu, które są bardziej niebezpieczne dla bulw ziemniaka.
Opracowano charakterystyki zderzeń przyrządu imitującego bulwę dla elementów i
zespołów maszyn do zbioru ziemniaków, wykorzystując w tym celu analizę statystyczną i
stwierdzono, że wykazują one cechy stacjonarnych procesów stochastycznych.
Eksperymentalnie wykazano dużą różnorodność między odmianami bulw ziemniaka,
odnoszącą się do wskaźnika wytrzymałości, modułu sprężystości Younga, współczynnika
Poissona, które są konsekwencją podatności bulw na rozmiar i rodzaje uszkodzeń. Podłoża
zderzeniowe ze stali, gumy, betonu i bulw w pryzmie w istotny sposób zmieniają zasięg
uszkodzeń bulw ziemniaków, ale kąt nachylenia płaszczyzny zderzenia wpływa jedynie na
zróżnicowanie otarcia perydermy bulwy. Wysokość spadku swobodnego bulw dobrze
koreluje z parametrami zderzenia – przyspieszeniem szczytowym i zmianą prędkości podczas
zderzenia, a parametry te pozostają w dobrej relacji ze wskaźnikiem uszkodzeń bulw.
Wnioskowanie to pozwala na predykcję uszkodzeń bulw na elementach i zespołach
roboczych maszyn stosowanych do zbioru i pozbiorowej obróbki ziemniaków.
Mechanical damage in potato tubers
The aim of this study was to investigate more accurately the deformation mechanism
of tuber cells during their free fall and to describe the relationship between the impact energy
and the bruise volume as well as the relationship between the index of tuber damage and peak
acceleration and velocity change during impact for selected varieties of potatoes and the
surfaces applied on processing lines in the logistic chain of harvesting, transporting, sorting
and storage of potatoes.
Laboratory stands for tests were designed, developed and prepared. The objects of
research were tuber varieties such as Lord, Irga, Saturna and Hermes while impact bases were
made of steel, concrete, rubber and potatoes in the pile and three potato harvesting machines
with differing configurations of the working units. The experiments were performed in
laboratory, stationary and field conditions at decision variables according to the scheduled
research program.
The results of laboratory tests were presented and mathematical models were
developed to determine the deformation volume and tuber damage index together with
estimated experimental coefficients. A logical and experimental verification of these models
was carried out, which showed that they are correct.
Theoretical considerations of the phenomenon and the conducted experiments of tuber
free fall on a flat plate surface equipped with a piezoelectric sensor seem to prove that the
rebound energy became stabilized after the fifth tuber throw repetition and then the energy of
viscous deformation can be determined. For these conditions, the sum of the energy
associated with plastic deformation in relation to the bruise volume is the bruise resistance of
tubers which decreases with increasing the impact energy. Disappearance of generating tissue
damage in the tuber corresponds to the maximum stress which is characteristic of each potato
variety.
It was found that the abrasion and blackspot bruise characteristics of tubers from a
drop height have the shape of an inverted parabola and after exceeding 0.40 m height of drop
this kind of damage decreases, since other types, mainly cracks and crush parenchyma, more
dangerous for potato tubers, begin to dominate.
Impact characteristics of a device imitating the tuber for elements and units of potato
harvesting machine were developed with the use of statistical analysis and it was found that
they are characterized by stationary stochastic processes.
A wide variety between potato varieties has been shown experimentally, relating to the
elasticity index, Young's modulus, Poisson's ratio, which are the consequence of the
susceptibility of tubers on the size and type of damage. Impact surfaces of steel, rubber,
concrete and tubers in the pile significantly change the extent of tuber damage, but the plane
inclination angle affects the diversity of tuber periderm abrasions only. The free drop height
of tubers correlates well with the impact parameters - peak acceleration and velocity change
during the impact and these parameters are in a good relation to the index of tuber damage.
This reasoning allows the prediction of tuber damage on the elements and working units of
machines used for harvesting and postharvest processing of potatoes.
Wykaz recenzentów:
Prof. dr hab. Krzysztof Gołacki, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
Prof. dr hab. Norbert Marks, Uniwersytet Przyrodniczy w Krakowie
Prof. dr hab. Kazimierz Jabłoński, Politechnika Koszalińska
Dr hab. inż. Marek Gaworski, prof. nadzw. SGGW Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
w Warszawie
Adres autora:
dr inż. Michał Sypuła
SGGW w Warszawie
Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych
ul. Nowoursynowska 164
02-787 Warszawa