А.Ф. Алейников, В.В. Минеев, В.А. Золотарев, В.М. Фурзиков

Сибирский физико-технический институт аграрных проблем

Россельхозакадемии

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО

КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВОГО ЯГОДНОГО СЫРЬЯ

Питание является одним из основных факторов, определяющих качество жизни человека, важнейшим условием поддержания здоровья, работоспособности и активного долголетия. В результате технической революции и социальных изменений в обществе средние энергетические затраты человека за последние 30-50 лет снизились в 2-2,5 раза. Соответственно, для сохранения баланса потребление пищи также должно уменьшаться. Однако, с другой стороны, уменьшение общего количества потребляемой пищи будет приводить к дефициту так называемых микронутриентов – витаминов, микроэлементов и др., которые существенно влияют на обмен веществ и жизнедеятельность организма. Восполнить дефицит можно за счет повышения в рационе питания доли ягод и плодов, обладающих низкой калорийностью и содержащих много органических кислот, пектинов, глюкозидов, витаминов, неорганических солей и других ценных веществ. Для условий Сибири особенно перспективны ягодные культуры, так как распространение плодовых растений ограничено районированными сортами. Однако потребности населения в этой продукции в настоящее время еще полностью не удовлетворены [1].

Увеличения объема производства качественной ягодной продукции возможно за счет использования и совершенствования промышленных технологий возделывания ягод [2, 3]. Промышленное садоводство по сравнению с любительским садоводством имеет следующие основные особенности:

масштабность, так как количество выращиваемого посадочного материала исчисляется сотнями тысяч штук, а площади посадок и садов – десятками гектар;

наличие специальной техники (управляемые поливочные туманообразующие установки, ягодоуборочные комбайны и др.);

кусты в посадках должны быть примерно одинаковыми, т. е. иметь приблизительно равные показатели физических свойств, для этого слабые саженцы должны заранее отбраковываться;

для повышения полноты съема необходимо одновременное созревание не менее 80% ягод в посадках [2];

для машинной уборки урожая ягоды должны обладать определенной механической прочностью кожицы и связи с ветвью [3].

Таким образом, промышленное садоводство предполагает, что необходима оценка качества посадочного материала и ягод, оценка равномерности созревания и готовности урожая к уборке. Для этого в технологический процесс производства ягодной продукции должны быть включены инструментальные средства контроля физических свойств ягодных культур и др. Исходя из специфики промышленного садоводства, средства контроля должны обладать высокой производительностью, работать в полевых условиях, иметь достаточную точность, быть автоматическими или автоматизированными.

В данной работе на примере рассмотрения технологии выращивания облепихи [3], начиная от срезки черенков и кончая уборкой урожая, выявлены технологические операции, при выполнении которых необходим контроль физических свойств посадочного материала, плодоносящих кустов и их плодов, выбраны параметры для характеристики этих свойств и предложены более совершенные средства контроля для их количественной оценки. Результаты исследований сведены в таблицу.

Таблица

Технология выращивания и производства пищевого сырья облепихи

Технологическая операция	Физическое свойство, хозяйственно-полезный признак, элемент технологического процесса	Параметры физических свойств, хозяйственно-полезных признаков	Параметры элементов технологического процесса	Средства контроля
1	2	3	4	5
Срезка зеленых черенков с маточных растений	Геометрические размеры	Длина черенка Количество почек на черенке		Рулетка, линейка Нет
Продолжение таблицы
1	2	3	4	5
Обработка регуляторами роста	Качество обработки		Продолжительность нахождения в растворе	Часы, таймер
Посадка зеленых черенков в теплицы	Схема посадки	Расстояние между рядами Расстояние между черенками в ряду		Рулетка Рулетка
Укоренение зеленых черенков в теплицах	Наличие водяной пленки на листьях зеленых черенков Полив Микроклимат	Толщина, масса, площадь водяной пленки	Длительность поливов и интервалов между поливами Температура и влажность воздуха и субстрата Освещенность	Датчик толщины, массы или площади водяной пленки на листьях зеленых черенков или их имитаторах типа «электронный лист» Программируемый таймер, регулятор Термометр, гигрометр Люксметр
Сортировка укорененных зеленых черенков	Мощность корневой системы и надземной части	Количество корней Длина корней Объем корней Длина надземной части		Нет Линейка Нет Рулетка
Посадка и доращивание укорененных черенков в поле доращивания	Схема посадки Полив	Расстояние между рядами Расстояние между саженцами в ряду	Норма полива	Рулетка Рулетка Расходомер
Подготовка почвы в саду под посадку саженцев	Качество почвы		pH почвенного раствора	pH-метр
Посадка, выращивание и уход за садом	Качество саженцев Схема посадки Обработка почвы Урожайность	Высота надземной части Количество побегов Суммарная длина побегов Длина междоузлий Диаметр корневой шейки Количество корней Суммарная длина корней Объем корней Расстояние между рядами Расстояние между саженцами в ряду Сумма прироста однолетних побегов Количество почек на единицу прироста Масса ягоды Количество ягод из одной почки	Глубина обработки	Рулетка Нет Рулетка Рулетка Рулетка Нет Рулетка Нет Рулетка Рулетка Измерительный щуп Рулетка Нет Весы Нет
Продолжение таблицы
1	2	3	4	5
	Габитус кроны Полив Внесение удобрений	Размер кроны вдоль ряда Размер кроны поперек ряда Площадь проекции	Норма полива Влажность почвы Норма внесения Глубина заделки	Рулетка Рулетка Нет Расходомер Влагомер Весы Измерительный щуп
Уборка урожая комбайновая	Прочность кожицы ягод Прочность связи ягод с ветвью Крупность ягод Регулировка комбайна	Усилие раздавливания Коэффициент относительной прочности Усилие отрыва Масса ягод Диаметр ягод Длина плодоножки Высота кроны Длина плодоносящих ветвей Модуль упругости ветвей		Динамометр Весы Динамометр Весы Динамометр Весы Нет Линейка Рулетка Рулетка Динамометр Рулетка, линейка
Транспортирование на переработку или хранение	Прочность кожицы Твердость ягоды	Усилие раздавливания Плотность мякоти		Динамометр Весы Пенетрометр
Хранение до переработки (заморозка, сушка и т. п.)	Прочность кожицы Твердость ягоды	Усилие раздавливания Плотность мякоти		Динамометр Весы Пенетрометр

Из таблицы следует, что основная доля контрольных операций приходится на определение физико-механических свойств саженцев, кустов и плодов облепихи (геометрические и прочностные параметры). Для выполнения контрольных операций специалисты используют приборы, выпускаемые промышленностью и изготавливаемые по заказу. Однако, промышленные приборы, как правило, предназначены для общего применения и из-за неприспособленности к специфическим требованиям садоводов не обеспечивают необходимой производительности, исчисляемой тысячами измерений в смену. Нашим институтом по заказам НИИСС им. М.А. Лисавенко и других учреждений для применения в садоводстве разработаны современные цифровые приборы: индикаторы усилий отрыва и раздавливания ягод ДИНА и ПЛОДТЕСТ [4], индикатор обхвата ветвей КОНТУР [5], установка для определения объема корней [6], индикатор длины КРОНА, агрорегулятор полива зеленых черенков ТУМАН [7]. В настоящее время проводятся исследования по совершенствованию разработанных приборов. В частности обоснованы принципы построения и разработаны технические предложения по усовершенствованию индикаторов усилий отрыва и раздавливания ягод. В индикаторе усилия отрыва ягод предложено техническое решение захвата ягод, позволяющее ускорить процесс определения усилия отрыва ягод садовых культур с плотным расположением ягод в кисти и короткой плодоножкой. В индикаторе усилия раздавливания ягод усовершенствована конструкция нажимного наконечника и приемной тарелки, позволяющая предотвратить выброс ягодного сока за пределы приемной тарелки.

На рисунке представлены конструкции усовершенствованных приборов (вид сбоку). Индикатор усилия отрыва ягод работает следующим образом. Корпус прибора необходимо взять в ладонь правой или левой руки, при этом большой палец должен находиться вблизи кнопок управления, а сам прибор – в положении совпадения оси симметрии стержневого распределителя силы с предполагаемым направлением вектора силы растяжения, прилагаемой к плодоножке ягоды. Большим пальцем с помощью кнопок управления производится сброс прибора в исходное нулевое состояние и запуск режима измерений. Затем производится захват исследуемой ягоды. Для этого указательным пальцем руки оператор ручкой перемещает подвижный шток в направлении нижней части корпуса, в результате чего трос тянет хвостовик подвижной захватной чашеобразной губки, и верхние кромки захватных чашеобразных губок расходятся. Не опуская ручки, оператор вводит губки захвата внутрь кисти так, чтобы исследуемая ягода оказалась между губками. Затем оператор опускает ручку, трос ослабевает, захватные чашеобразные губки под действием возвратной пружины смыкаются, плодоножка оказывается внутри вырезов губок, а подвижный шток механического привода под действием пружины возвращается в исходное состояние. Отрыв ягоды осуществляется оператором путем перемещения корпуса на себя. При этом плодоножка натягивается, а возникающая сила растяжения через стержневой распределитель силы передается на силоизмерительный датчик (на рисунке не показан).

а) б)

Рис. Конструкции индикаторов усилия: а) отрыва ягод; б) раздавливания ягод: 1- плодоножка; 2- подвижная захватная чашеобразная губка; 3- хвостовик; 4,13- пружина; 5- трос; 6- хвостовик неподвижной захватной чашеобразной губки; 7- распределитель силы; 8- буквенно-цифровой индикатор; 9- кнопки управления; 10 – портативный корпус; 11- гайка; 12- механический привод; 14- ручка; 15- подвижный шток; 16,18- ось; 17- направляющий ролик; 19- неподвижная захватная чашеобразная губка; 20- ягода; 21- вырез; 22- крышка; 23- сменный нажимной наконечник; 24- приемная тарелка

Сигнал датчика преобразуется электроизмерительной схемой в цифровой код, числовое значение которого отображается на цифровом индикаторе в единицах силы. В момент отрыва ягоды показания цифрового индикатора являются максимальными и, благодаря наличию пикового детектора в электроизмерительной схеме, фиксируются на цифровом индикаторе и считываются оператором. Ягода извлекается из захвата путем раскрытия захватных чашеобразных губок нажатием на ручку подвижного штока механического привода.

Индикатор усилия раздавливания ягод работает следующим образом. Корпус прибора необходимо взять в ладонь правой или левой руки, при этом большой палец должен находиться вблизи кнопок управления, а сам прибор – в положении оси симметрии стержневого распределителя силы близком к вертикальному. Ягода помещается в приемную тарелку, и большим пальцем с помощью кнопок управления производится сброс прибора в исходное нулевое состояние и запуск режима измерений. Затем производится раздавливание исследуемой ягоды. Для этого указательным пальцем руки оператор ручкой перемещает подвижный шток в направлении нижней части корпуса, в результате чего сменный нажимной наконечник достигает поверхности ягоды и раздавливает ее. При этом крышка, не касаясь приемной тарелки, закрывает ее открытый верх и предотвращает выброс ягодного сока. В процессе раздавливания ягоды возникает сила сжатия, которая через распределитель силы передается на силоизмерительный датчик. Работа электроизмерительной схемы прибора аналогична вышеописанной. После раздавливания ягоды ручка освобождается оператором, шток возвращается в исходное состояние, показанное на рисунке, ягода извлекается из приемной тарелки, а сок выливается в сосуд.

Усовершенствование индикаторов усилия отрыва и раздавливания ягоды позволило повысить производительность труда при определении физических характеристик ягод облепихи и улучшить эргономические свойства этих приборов в процессе эксплуатации.

Литература:

1. Короткий И.А. Сибирская ягода. Физико-химические основы технологий низкотемпературного консервирования: монография / И.А. Короткий. – Кемерово, 2007. – 146 с.

2. Усенко В.И. Комбайновая уборка облепихи / В.И. Усенко, Н.В. Михайлова, А.М. Левин // Современные тенденции развития промышленного садоводства: материалы междунар. научно-практ. конф., посвященной 75-летию образования НИИ садоводства Сибири имени М.А. Лисавенко (18-23 августа 2008 г.). – Барнаул. – С. 320.

3. Пантелеева Е.И. Облепиха крушиновая (Hippophae rhamnoides L.): монография / Е.И. Пантелеева. - Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. отд-ние. Науч. исслед. ин-т садоводства Сибири. - Барнаул, 2006. - 249 с.

4. Алейников А.Ф. Информационное обеспечение эффективной машинной технологии уборки ягод / А.Ф. Алейников, В.В. Минеев, С. Н. Хабаров // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве: материалы ХI междунар. научно-практ. конфер. (Углич, 14-15 сентября 2010 г.). – Москва. – 2010. – Ч. 2. – С. 614-620.

5. Устройство для оценки экстерьера птиц: патент № 2386247, МКИ A01K 45/00, G01B 3/10 Рос. Федерация / Г.В. Сероклинов, В.В. Минеев, В.В. Золотарёв и др. – № 2008143805; заявл. 05.11.08; опубл. 20.04.10. Бюл. №11.

6. Минеев В.В. Применение методов силоизмерительной техники при промышленном производстве облепихи / В.В. Минеев, А.Ф. Алейников, В.А. Золотарёв // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 2010. – № 11. – С. 79-85.

7. Стрельцов Ф.Ф. Научно-техническое обеспечение контроля и регулирования режимов полива зеленых черенков в теплицах / Ф.Ф. Стрельцов, В.А. Золотарев, В.В. Минеев // Информационные технологии, системы и приборы в АПК (Агроинфо-2009): материалы междунар. научно-практ. конф. Часть II (Краснообск, 14-15 октября 2009 г.). – Новосибирск. – С. 105-109.