Результаты определения технологических свойств белокочанной капусты

Размещено на http://www.allbest.ru

Результаты определения технологических свойств белокочанной капусты

М. Н. Шапров

А. В. Цепляев

А. Н. Цепляев

С. И. Богданов

В.Е. Бердышев

Актуальность. Авторами представлены результаты экспериментальных исследований технологических свойств кочанов капусты, полученные на основе применения как типовых, так и оригинальных, разработанных авторами методик для определения этих свойств. Необходимость данных исследований обусловлена тем, что расчет основных конструктивных и кинематических параметров капустоуборочной машины невозможен без знания этих свойств [1, 5]. Объ- ект.Объектом исследований являласьбелокочанная капуста двух сортов, наиболее распространённых в хозяйствах Волгоградской области. Это среднеспелый сорт «Слава» и позднеспелый сорт «Флибустьер». Материалы и методы. При разработке капустоуборочной машины и определении ее основных конструктивных и кинематических параметров необходимо знать технологические параметры объекта, с которым взаимодействуют ее рабочие органы, то есть кочанов капусты [2, 9]. К ним следует отнести размерно-массовые характеристики, коэффициенты трения элементов объекта (листьев капусты, кочерыги и т.д.), сопротивление кочана динамическим и статическим нагрузкам, усилия среза кочерыги капусты. Результаты исследований были обработаны с использованием методов математической статистики и представлены в виде графиков [4]. Результаты и выводы. Проведенные экспериментальные исследования позволили определить основные технологические параметры кочанов капусты двухсортов, наиболее распространённых в хозяйствах Волгоградской области. Это среднеспелый сорт «Слава» и позднеспелый сорт «Флибустьер». Результаты исследований представлены как в табличном, так и в виде графиков. Полученные закономерности изменения этих параметров позволят рассчитать оптимальные кинематические и конструктивные параметры рабочих органов капустоуборочной машины.

Ключевые слова: белокочанная капуста, технологические свойства капусты, капустоуборочные машины, коэффициент трения, усилие среза, момент инерции.

Введение

Белокочанная капуста - одна из наиболее важных составляющих овощных культур в рационе питания человека. Она по праву претендует на ведущую роль среди овощной продукции. Площади под ней только в Волгоградской области составляют 1,6 тыс. га. Среди овощных культур белокочанная капуста составляет 6 % от общего валового сбора (томатов, огурца и т.д.). Наиболее трудоемким процессом, наряду с посадкой капусты, заслуженно считается уборка кочанов капусты, на которую приходится до 35 % от всех затрат при возделывании капусты [5, 7]. Из-за технологических особенностей развития кочана капусты, его достаточно больших параметров и при этом высокой чувствительности к механическим воздействиям механизация процесса уборки кочанов капусты затруднена [6]. Капустоуборочные машины весьма сложны и несовершенны. Поэтому для создания перспективных машин необходимо изучить технологические, в том числе физико-механические свойства различных частей растения капусты (кочана, кочерыги, листьев и т.д.) [10, 13]. Наиболее важными, на наш взгляд, с точки зрения механизации, могут быть: размерно-массовые характеристики, коэффициенты трения, усилия на срез и др. [8, 11, 13]. Рабочие органы капустоуборочной машины могут быть выполнены из различных материалов. Это может быть сталь, окрашенная и неокрашенная, прорезиненные ременные полосы и т.д. Рабочие органы могут оказывать как статическое, так и динамическое воздействие, могущее привести к разрушению кочана. Также важно знать и усилие на срез кочерыги в разных ее местах [4, 6]. Поэтому при проведенииэкспериментальных исследований применялись как стандартные, так и разработанные методики, приборы и оборудование, способные исследовать все вышеуказанные свойства [12].

Материалы и методы. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории механизации бахчеводства и овощеводства Волгоградского государственного аграрного университета. Объектом исследований является белокочанная капуста двух сортов, наиболее распространённых в хозяйствах Волгоградской области. Это среднеспелый сорт «Слава» и позднеспелый сорт «Флибустьер». Были проведены экспериментальные исследования по определению технологических свойств капусты, необходимых для расчета основных конструктивных и кинематических параметров капустоуборочной машины. Полученные результаты были обработаны с использованием методов математической статистики и представлены как в табличной, так и в графической формах.

Результаты и обсуждение. Данные размерно-массовых характеристик кочанов белокочанной капусты представлены в таблице 1 и на рисунке 1. Анализируя их, можем сделать вывод, что даже в пределах каждого сорта как размеры кочанов, так и их масса варьируются в достаточно больших пределах.

Статистическая обработка полученных данных с использованием критерия t- Стьюдента позволила выявить, что при 5 % уровне значимости (t05) размеры кочанов капусты изменяются по нормальному закону распределения и описываются кривой Г аусса. На рисунке 1 в качестве примера показаны экспериментальные значения и кривые нормального распределения высоты и диаметра кочанов капусты сорта «Слава». Для этого сорта интервалы варьирования диаметра d, высоты h и массы m кочана соответственно равны: d = 25,4 ± t052,6 = 25,4 ± 6,0; h = 19,6 ± t052,5 = 19,6±5,7; m = 2,9 ± t050,4 = 2,9 ± 0,9. Длина кочерыги варьируется в пределах h = 31,6 ± t053,6 = 31,6 ± 8,3. У сорта «Флибустьер эти параметры находятся в пределах: d = 27,2 ± t052,8 = 27,2 ± 6,4; h = 23,6 ± t052,9 = 23,6 ± 6,7; m = 2,7 ± t050,4 = 2,7 ± 0,9. Длина кочерыги варьируется в пределах h = 26,8 ± t052,7 = 26,8 ± 6,2.

Таблица 1 - Размерно-массовые характеристики кочанов капусты

Рисунок 1 - Экспериментальные данные и теоретические кривые

распределения размеров кочана сорта «Слава»

Таблица 2 - Коэффициенты трения покоя fn белокочанной капусты по различным материалам

Таблица 3 - Коэффициенты трения движения f белокочанной капусты по различным материалам

Результаты исследований трения покоя и движения приведены в таблицах 2 и 3. Из таблиц следует, что коэффициенты трения покоя зависят от фрикционных свойств той поверхности, по которой перемещаются те или иные части кочана. Например, коэффициент трения покоя поверхности кочана сорта «Флибустьер» по стали окрашенной - 0,54, а по стали неокрашенной - 0,46.

Уменьшение шероховатости трущихся поверхностей также приводит к уменьшению варьирования значений коэффициентов трения. Так, для кочана капусты интервал варьирования коэффициентов трения покоя по стали окрашенной составляют ± 0,11, а по стали неокрашенной - ± 0,06.Интервал варьирования коэффициентов трения движения для лицевой стороны листьев капусты по стали окрашенной ± 0,16, а по стали неокрашенной - ±0,03.

Рисунок 2 - Экспериментальные данные коэффициента трения покоя поверхности кочана капусты сорта «Флибустьер» по различным поверхностям

Рисунок 3 - Экспериментальные данные коэффициента трения движения поверхности кочана капусты сорта «Флибустьер» по различным поверхностям

На рисунках 2 и 3 представлены результаты экспериментальных исследований коэффициентов трения по разным поверхностям. Проведенный дисперсионный анализ показал, что разница значений коэффициентов трения покоя и движения у обоих сортов несущественна для одинаковых частей кочана и по одинаковым поверхностям на 5 % уровне значимости.

Определение усилия среза кочерыг замерялось в трех местах по их длине. Средние значения приведены в таблице 4, а вид варьирования параметра - на графиках рисунка 4.

Таблица 4 - Средние значения усилие среза кочерыги по ее высоте у различных сортов

Анализируя вышеприведенные данные, можем проследить, что у корневой шейки усилие среза значительно больше, чем у основания кочана, хотя при этом диаметр у корневой шейки в несколько раз меньше. Хотя у кочерыги капусты ее диаметр при измерении от корня растения увеличивается, но жесткость материала при этом снижается и, несмотря на увеличение диаметра, усилие на срез и удельная нагрузка снижаются для обоих сортов. Графики изменения этих величин представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Зависимость удельной нагрузки от места среза кочерыги

Выводы

В результате обработки результатов экспериментальных исследований были определены основные технологические параметры кочанов капусты двухсортов, наиболее распространённых в хозяйствах Волгоградской области. Это среднеспелый сорт «Слава» и позднеспелый сорт «Флибустьер».

Размеры кочанов капусты изменяются по нормальному закону распределения и описываются кривой Гаусса. Для сорта «Слава» интервалы варьирования диаметра d, высоты h и массы m кочана соответственно равны: d = 25,4 ± 6,0; h = 19,6 ± 5,7; m = 2,9 ± 0,9. Длина кочерыги варьируется в пределах h = 31,6 ± 8,3. У сорта «Флибустьер эти параметры находятся в пределах: d = 27,2 ± 6,4; h = 23,6 ± 6,7; m = 2,7 ± 0,9. Длина кочерыги варьируется в пределах ^ = 26,8 ± 6,2.

Коэффициент трения покоя поверхности кочана сорта «Флибустьер» по стали окрашенной находится в пределах 0,54± 0,11, по стали неокрашенной - 0,46± 0,06, а по резине - 0,70 ± 0,16. Коэффициент трения движения поверхности кочана по аналогичным поверхностям соответственно находится в пределах: 0,42 ± 0,07; 0,48 ± 0,10; 0,57 ± 0,15. Проведенный дисперсионный анализ показал, что разница значений коэффициентов трения покоя и движения у обоих сортов несущественна для одинаковых частей кочана и по одинаковым поверхностям на 5 % уровне значимости.

Усилие среза зависит от места среза и практически не зависит от сорта. Так, у корневой шейки оно находится в пределах 1,66-1,78 Н/мм2, что значительно больше, чем у основания кочана (0,16-0,18 Н/мм2), хотя при этом диаметр у корневой шейки в несколько раз меньше.

Библиографический список

Аналитическое обоснование конструктивных параметров приспособления для бережной загрузки кочанов при машинной уборке капусты / С. С. Алатырев, И. С. Кручинкина, А.

С. Алатырев, А. П. Юркин // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 8.

Измерение механических свойств плодов арбуза / Е. Б. Медведков, А. Е. Назымбеко- ва, М. Н. Шапров, Д. А. Тлевлесова, Е. Д. Шамбулов, А. Е. Кайрбаева // Современные аспекты производства и переработки сельскохозяйственной продукции: сборник статей по материалам VI Международной научно-практической конференции. Краснодар: КубГАУ, 2020. С. 339-344.

Костюченков Н. В, Даирбекова А. К. Методика определения размерно-массовой характеристики растений капусты // Вестник Курганской ГСХА. 2013. № 4 (8).

Кравцов Е. В., Алексеев Г. В. Исследование технологических особенностей процесса резания пищевых продуктов лезвийным инструментом // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2014. № 3.

Оптимизация процесса отгрузки и укладки кочанов в контейнеры при машинной уборке капусты в щадящем режиме / С. С. Алатырев, П. В. Мишин, И. С. Кручинкина, А. С. Алатырев // Вестник КрасГАУ. 2018. № 1 (136).

Теоретические исследования по истории перекатывания сферических и тороидальных тел на поверхность плодов бахчевых культур / А. Н. Цепляев, М. В. Ульянов, С. В. Климов, А. В. Цепляев // Вестник Курганской ГСХА. 2019. № 1 (29).

Тончева Н. Н., Лебедев В. Г., Егоров В. П. Технические средства для уборки овощей в

малых формах хозяйствования // Известия ОГАУ. 2015. №2 (52).

https://cyberleninka.m/artide/n/tehnicheskie-sredstva-dlya-uborki-ovoschey-v-malyh-formah- hozyaystvovaniya.

Цепляев А. Н., Лазаренко Я. С. Результаты экспериментальных исследований по определению коэффициентов трения // Известия НВ АУК. 2012. № 4.

Development Of The Juice Extraction Equipment: Physico-Mathematical Model Of The Processes / Y. Medvedkov, A. Nazymbekova, D. Tlevlessova, A. Kairbayeva, M. Shaprov // Eastern- European Journal of Enterprise Technologies. 2021. V. 1. № 11-109. P. 14-24.

Espinosa H. D., Prorok B. C., Fischer M. A methodology for determining mechanical properties of freestanding thin films and MEMS materials // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2003. V. 51. I. 1. Pages 47-67.

Experiment and Research on Cutting Mechanical Properties of Little Cabbage / W. Wang, S. Wang, J. Zhang, X. Lv, Z. Yi // Appl. Sci. 2022. V. 12. P. 2060.

Means of mechanization and technologies for melons processing: monograph / T. Ku- lazhanov, L. Baibolova, M. Shaprov, D. Tlevlessova, A. Admaeva, A. Kairbayeva, S. Azimova, M. Kizatova, A. Nazymbekova, T. Kulazhanov, L. Baibolovaand. Kharkiv: PC TECHNOLOGY CENTER, 2021.188 p.

Physical and Mechanical Experiments for Designing Cabbage Precision Trimming Device / Gongpei Cui, Xinmeng Zheng, Jingzheng Wang, Chen Yang, Zhihao Liu, Yongjie Cui // 2019 ASA- BE Annual International Meeting. 2019. № 1901420.

Размещено на Allbest.ru