Сельское хозяйство/ 2 Механизация сельского хозяйства

Степанова Е.И.

Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины

ОЦЕНКА УДАРНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПЛОДОВ ТОМАТОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ УБОРКИ И ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ДОРАБОТКИ

Известно, что в современной схеме производства и переработки томатов имеют место значительные потери в процессе уборки и послеуборочной обработки. Главная причина этих потерь – механические повреждения (бой). Эти повреждения могут произойти в результате вибраций, деформаций или падений плодов с определенной высоты на поверхности уборочных и транспортных агрегатов. В последнее время осуществлен ряд исследований по оценке механических свойств и восприимчивости к бою плодов различных видов овощей [3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12]. Ударная чувствительность плодов фруктов и овощей была определена в виде оценок таких параметров, как: ударный порог и ударное сопротивление [2]. В [1] показано, что бой плодов овощей происходит в результате взаимодействия друг с другом, об упаковочные материалы, а по большей мере о части оборудования для обработки.

Очень важно оценить уровень повреждений плодов томатов, которые происходят при определенных условиях на протяжении технологического процесса обработки. В частности, оценить степень повреждаемости на различных поверхностях при падении.

Здесь рассмотрены эффекты, возникающие при падении на различные контактные поверхности при различной высоте падения, а также оценка по образующимся при этом областям вмятин удельной энергии деформации. Это дает определенную информацию относительно исходных данных, используемым при проектировании транспортных устройств и технологическим режимам обработки продукции с целью минимизации механических повреждений.

Материалы и оборудование, которое было использовано для этих экспериментов: рулетка, электронный весы, штангельциркуль, сушилка, оборудование для испытаний на удар, ударные поверхности (металл, древесина, пластик, картон и пенопласт).

Свежие плоды томатов (сорта: Рио Фуэго, и Лагидный. см. рис. 1.) каждый двух стадий зрелости (полузрелые и полностью зрелые) были отсортированы по двум группам по массе: M1: 100-110 г; M2: 70-90 г.

а) б)

Рис. 1. – Сорта томатов: Рио Фуэго а) и Лагидный б)

Для испытаний свежих плодов томатов при падении на ударные поверхности с определенной высоты использовалось оборудование для испытаний на удар с пятью образцами: картон-А; дерево-B; металл-C; пластик-D и пенопласт-E. На пяти образцах, от каждой из массовых групп и стадий зрелости произведены испытания при четырех различных высотах: H1-130 см; H2-100 см; H3-85 см и H4-50 см. Для того, чтобы получить точные измерения области вмятины, поверхности пудрились мелом. Плоды томатов были закодированы и для каждого экземпляра фиксировались измерения по диаметрам и глубине вмятин. Удельная работа деформации определялась из соотношений, полученных в [7]:

, (1)

где энергия разрушения, масса плода, ускорение свободного падения, высота падения. Коэффициент восстановления определяется по формуле:

, (2)

где скорости до и после удара; и высоты падения и отскока соответственно.

Таким образом, были получены следующие результаты для площади области контакта для всех пяти видов поверхностей.

Область удара.

Рис. 2. – Влияние ударных поверхностей, в зависимости от степени зрелости и массы на величину области контакта

Рис. 2. показывает эффекты влияния ударных поверхностей на размеры области контакта при первом ударе в зависимости от степени зрелости и размеров плодов. Один из наиболее важных параметров, который использовался в определении ударных повреждений на плодах – диаметр вмятины.

Полученные средние диаметры вмятины были в пределах 1,45 см и 2,3 см по которым области вмятин были вычислены. Результаты разместили по рангу относительно степени ударного повреждения в зависимости от среднего диаметра вмятины как указано ниже [12]: при диаметре менее чем 1,4 см – повреждение классифицировано, как отсутствующее; 1,45-1,6 см – повреждение слабое; 1,6-1,9 см – легкое повреждение; 1,9-2,1 см – среднее повреждение и больше, чем 2,1 см – сильное повреждение. Очевидно из результатов, что на металлических, деревянных и пластиковых поверхностях – плоды получили сильные повреждения. Металлическая поверхность наносит самое большое ударное повреждение на свежих томатных плодах, чем любая другая поверхность, слабее – поверхность из деревянного материала. Эти материалы, в общем, более грубые, чем остальные. Пенопласт нанес наименьшие ударные повреждения.

Зрелые и большие плоды наиболее восприимчивы к ударному повреждению, чем малые и полузрелые плоды. Эти результаты согласуются с другими исследованиями, например выполненными в [1], где выявлено, что с сильными ударными повреждениями для плодов, прежде всего, связан тип ударной поверхности и размеры самих плодов в дополнение к их физико-механическим свойствам. В то время, как пенопластовая поверхность нанесла наименьшее ударные повреждения, этот материал может быть использован только как амортизационный материал, например при упаковке томатов.

Рис. 3. – Влияние высоты падения, степени зрелости плодов и типа ударных поверхностей на области вмятин

Рис. 3. показывает эффекты высоты падения, степени зрелости и типа ударной поверхности на области вмятины. Результаты показывают, что образцы плодов, упавшие с высоты H1 (130 см) на металлическую поверхность имеют самое большое ударное повреждение. Было отмечено, что повреждения, нанесенные образцам плодов связаны с энергией, необходимой для таких повреждений продукции, которая, в свою очередь, связана с вкладом энергии системы, и является существенной характеристикой транспортного механизма и свойств упаковочных материалов [12].

Энергия удара.

Рис. 4. показывает эффекты высоты падения, степени зрелости плодов и типа ударных поверхностей совместно с удельной энергией деформации, необходимой для соответствующих повреждений.

Рис. 4. – Эффекты высоты падения, ударных поверхностей и удельной энергии разрушения на свежих плодах томатов

Поскольку, очевидно из результатов, образцы плодов, упавшие с высоты H1 (130 см) самые большие энергетические воздействия. Эти результаты согласуются с другими исследованиями [5], которые выявили, что с ростом высоты падения вид повреждения плода изменяется от черного пятна к комбинациям с разрывами ткани. Величина энергии разрушения и высота падения связаны линейно (см. уравнение (1)).

Удельная энергия разрушения свежих плодов томатов, определяет их качество в течение обработки и хранения. Следовательно, если качество должно быть гарантированным, то это ударное взаимодействие должно быть минимизировано.

Эффекты размеров и зрелости свежих плодов на удельную энергию механического разрушения можно увидеть на рис. 5. Большие и зрелые плоды (M1) в целом испытали воздействия большей энергии, чем (M2).

Рис. 5. – Эффекты массовых параметров и ударных поверхностей на удельную энергию, поглощаемую свежими томатными плодами

Выводы.

Оценка ударных повреждения на свежих плодах томатов позволяет разрабатывать меры по снижению повреждаемости плодов от падений с различных высот на различные ударные поверхности, что дает возможность видеть эффекты на геометрии области вмятин и оценить энергию ударных явлений. По результатам экспериментов: область вмятины очень связана с поверхностью, с которой свежие плоды томатов входят в контакт при падениях. Металлический материал наносит самые большие повреждения.

Ударная энергия, с другой стороны, очень связана с высотой падения и массой плодов. Полученные данные могут быть полезны при проектировании упаковочных контейнеров, обрабатывающего оборудования и технологий обработки продукции на различных стадиях с целью снижения степени механических повреждений, источником которых в первую очередь являются воздействия ударного типа.

Литература

1. Altisent, M.R. 1991. Damage mechanisms in the handling of fruits: Progress in agricultural physics and engineering. John Matthew (Ed.), Commonwealth Agricultural Bureaux (CAB) International, Willingford, UK, pp. 231-255.

2. Bajema, R.H.; and Hyde, G.M. 1998. Instrumented pendulum for impact characteization of whole fruit and vegetable specimen. Transactions of the ASAE 41: 1399-405.

3. Berardinelli A; Donati, V.; Giunchi, A.; Guarnieri, A.; and Ragni, L. 2005. Damage to pears caused by simulated transport. J. Food Engin. 66: 219-26.

4. Holt, J.E.; and Schoorl, D. 1985. A theoretical and experimental analysis of effects of suspension and road profile on bruising in multilayered apple packs. J. Agric. Engin. Res. 31: 297-308.

5. Hyde, G.M.; Bajema, R.W.; and Zhang, W. 1993. Measurement of impact damage thresholds in fruits and vegetables. Proc. IV Int. Symp. Fruits, Nut and Vegetable Production Engineering, Valencia- Zaragoza, Spain, 22-26 March, pp. 1-9.

6. Jones, C.S.; Holt, J.E.; and Schoorl, D. 1991. A model to predict damage to horticultural produce during transport. J. Agric. Engin. Res. 50: 259-72.

7. Mohsenin, N.N. 1986. Physical properties of plant and animal materials, Vol. 1. Gordon and Breach Science Publ., New York, NY, USA.

8. Ogut, H.; Peker, A.; and Aydin, C. 1999. Simulated transit studies on peaches: Effects of containers, cushion materials and vibration on elasticity modulus. J. Agric. Mechan. in Asia, Africa and Latin America 30: 59-62.

9. Olorunda, A.O.; and Tung, M.A. 1985. Simulated transit studies on tomatoes: Effects of compressive load, container vibration and maturity on mechanical damage. J. Food Tech. 20:669-78.

10. Roudot, A.C.; Duprat, F.; and Wenian, C. 1991. Modeling the response of apples to loads. J. Agric. Engin. Res. 48: 249-59.

11. Singh, A.; and Singh, Y. 1992. Effect of vibration during transportation on the quality of tomatoes. J. Agric. Mechan. Asia, Africa and Latin America 23: 70-2.

12. Vursavus, K.; and Ozguven, F. 2004. Determining the effects of vibration and packaging method on mechanical damage in golden delicious apples. Turkish J. Agric. 28: 311-20.