JUSTIFICATION OF THE OPERATING UNITS OF AUTOMATED MACHINE FOR STORED POTATOES
DOI 10.31588/2073-0462-2026-21-1-57-68 УДК 631.532.2:631.331.92 EDN: LCRRJE
Keywords:
storage, automation, potatoes, theoretical research, parameter justification.Abstract
Potato storage is a critical and labor-intensive operation, the effectiveness of which is determined by the design of machines used, as their proper functioning minimizes damage to the tubers. Therefore, a pressing issue is the justification of operating units design capable of minimizing dynamic loads on the product and ensuring uniform distribution. The aim of this study is to identify patterns for justifying the operating elements of an automated machine for stored potatoes. The research was conducted at Federal Scientific Center for VIM in 2024-2025 using SolidWorks and Excel. Research methods were based on a comprehensive theoretical approach combining mathematical statistics and the theory of random processes to describe the stochastic nature of changes in tuber heap density. The material transport process was modeled using a system of differential equations transformed into operator form to analyze the dynamic properties of the feeder as a nonlinear element with distributed delivery. A comparative analysis of three geometric shapes of the feeder working surface for their effect on tuber lifting speed was conducted: an Archimedes spiral, a logarithmic spiral and a hyperbolic spiral. The speed variation between studied surface types in the angle range of π/8–3π/8 is within 1–5%. It was found that with an increase in the rotation angle to π/2, only the surface constructed according to Archimedes spiral ensures a linear increase in lifting speed to a maximum value of 1.6 m/s, while the logarithmic and hyperbolic spirals provide an increase of only up to 1.0 m/s or a decrease in speed. The obtained patterns provide a scientific and technical basis for the design of automated potato loading machines for storage facilities, adapted for use on small farms with limited space. Using a feeder with a working surface designed according to an Archimedes spiral will improve productivity by increasing the feed rate, reducing damage to the product and ensuring a more uniform mound formation.
References
1. Овэс Е. В., Гаитова Н. А., Шишкина О. А. Индуцирование микроклубнеобразования новых перспективных сортов картофеля в асептической культуре // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2020. Т.15. № 4(60):48-54. doi: 10.12737/2073-0462-2021-48-54
2. Картофель: российский опыт возделывания // Наше сельское хозяйство. 2020. № 11(235). С. 86-90.
3. Гаврилова А. Ю., Конова А. М., Чехалкова Л. К. Влияние применения возрастающих доз минеральных удобрений на урожайность и качество клубней картофеля нового сорта «Смоляночка» // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2024. № 2(66). С. 62-69. doi: 10.18286/1816-4501-2024-2-62-69.
4. Научно-технические достижения агроинженерной науки в условиях цифровизации сельского хозяйства / Я.П. Лобачевский, Ю.Ф. Лачуга, А.Ю. Измайлов, Ю.Х. Шогенов // Российская сельскохозяйственная наука. 2025. №. 3. С. 45-53.
5. Xiong. Y., Ge Y., Grimstad L., et al. An autonomous strawberry-harvesting robot: Design, development, integration, and field evaluation. // J. Field Robot. 2020, 37, 202–224. doi:10.1002/rob.21889
6. Создание устойчивой среды при выращивании картофеля / О.А. Старовойтова, В.И. Старовойтов, А.А. Манохина, В.А. Чайка // Агроинженерия. 2020. № 5(99). С. 15-20. doi: 10.26897/2687-1149-2020-5-15-20.
7. Контейнерно-транспортная технология уборки, хранения и реализации селекционного картофеля первой полевой репродукции / А.С. Дорохов, А.В. Сибирёв, М.А. Мосяков и др. // Вестник РСХН. 2024. № 1. С. 72 -76. doi: 10.31857/S2500208224010168
8. Актуальные проблемы и приоритетные направления развития картофелеводства / А.В. Коршунов, Е.А. Симаков, Ю.Н. Лысенко и др. // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 3. С. 12-20. doi: 10.24411/0235-2451-2018-10303.
9. Оценка эффективности технологического процесса машинно-тракторного агрегата для уборки овощных культур и картофеля / А.С. Дорохов, А.Г. Аксенов, А.В. Сибирев и др. // Аграрный научный журнал. 2023. № 2. С. 112-116. doi: 10.28983/asj.y2022i2pp112-116.
10. Golmohammadi A., Bejaei F., Behfar H. Design, Development and Evaluation of an Online Potato Sorting System Using Machine Vision // International Journal of Agriculture and Crop Sciences. 2013. Vol. 6. P. 396–402.
11. Физико-механические параметры почвы при выращивании картофеля на грядах / О.А. Старовойтова, В.И. Старовойтов, А.А. Манохина, С.М. Духанина // Земледелие. 2018. № 5. С. 16-20. doi: 10.24411/0044-3913-2018-10504.
12. Совершенствование технологической системы для фитосанитарных работ в биологизированном производстве семян картофеля / А.Б. Калинин, В.А. Смелик, И.З. Теплинский и др. // Техника и оборудование для села. 2025. № 12(342). С. 2-6. doi: 10.33267/2072-9642-2025-12-2-6.
13. Колчин Н.Н., Пономарев А.Г., Зернов В.Н. Новая техника для картофелеводства // Картофель и овощи. 2019. № 6. С. 26 – 29. doi: 10.25630/PAV.2019.77.31.006
14. Suprem A., Mahalik N., Kim K. A review on application of technology systems, standards and interfaces for agriculture and food sector // Comput. Stand. Interfaces. 2013. 35. Pp. 355–364.
15. Zu L. et al. Design and experiment of nondestructive post-harvest device for tomatoes //Agriculture. 2022. Т. 12. №. 8. С. 1233.
16. Показатели качества работы автоматизированной машины для ухода за растениями картофеля в селекции и семеноводстве / Н.В. Сазонов, М.А. Мосяков, В.С. Тетерин и др. // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2024. Т. 18. № 1. С. 60-67. doi: 10.22314/2073-7599-2024-18-1-60-67.
17. Lü J.Q., Sun H., Dui H., et al. Design and experiment on conveyor separation device of potato digger under heavy soil condition // Transactions of the CSAM. 2017. Issue number 48(11). Р. 146 – 155. doi:10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.018a
18. Лобачевский Я. П. Научное обеспечение приоритетных технологий агропромышленного комплекса Российской Федерации // Вестник Российской академии наук. 2024. Т. 94. № 3. С. 275-282. doi: 10.31857/S0869587324030102.
19. Дорохов А. С., Аксенов А. Г., Сибирев А. В. Лабораторные исследования макетного образца микроклиматической камеры для хранения мини-клубней картофеля в селекционно-семеноводческом процессе // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2023. № 1(61). С. 183-189. doi: 10.18286/1816-4501-2023-1-183-189.
1. Oves EV, Gaitova NA, Shishkina OA. [Induction of microtuber formation of new promising potato varieties in aseptic culture]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2020; Vol.15. 4(60). 48-54 p. doi: 10.12737/2073-0462-2021-48-54
2. [Potatoes: Russian cultivation experience]. Nashe selskoe khozyaystvo. 2020; 11(235). 86-90 p.
3. Gavrilova Ayu, Konova AM, Chekhalkova LK. [The influence of increasing doses of mineral fertilizers on yield and quality of potato tubers of the new variety Smolyanochka]. Vestnik Ulyanovskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. 2024; 2(66). 62-69 p. doi: 10.18286/1816-4501-2024-2-62-69.
4. Lobachevskiy YaP, Lachuga YuF, Izmaylov AYu, Shogenov YuKh. [Scientific and technical achievements of agroengineering science in the context of digitalization of agriculture]. Rossiyskaya selskokhozyaystvennaya nauka. 2025; 3. 45-53 p.
5. Xiong Y, Ge Y, Grimstad L. An autonomous strawberry-harvesting robot: Design, development, integration and field evaluation. J. Field Robot. 2020; 37. 202-224 p. doi:10.1002/rob.21889
6. Starovoytova OA, Starovoytov VI, Manokhina AA, Chayka VA. [Creating a sustainable environment for growing potatoes]. Agroinzheneriya. 2020; 5(99). 15-20 p. doi: 10.26897/2687-1149-2020-5-15-20.
7. Dorokhov AS, Sibirev AV, Mosyakov MA. [Container-transport technology for harvesting, storing and selling breeding potatoes of the first field reproduction]. Vestnik RSKhN. 2024; 1. 72-76 p. doi: 10.31857/S2500208224010168
8. Korshunov AV, Simakov EA, Lysenko YuN. [Actual problems and priority areas for the development of potato growing]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2018; Vol.32. 3. 12-20 p. doi: 10.24411/0235-2451-2018-10303.
9. Dorokhov AS, Aksenov AG, Sibirev AV. [Evaluation of the efficiency of technological process of a machine-tractor unit for harvesting vegetable crops and potatoes]. Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2023; 2. 112-116 p. doi: 10.28983/asj.y2022i2pp112-116.
10. Golmohammadi A, Bejaei F, Behfar H. Design, development and evaluation of an online potato sorting system using machine vision. International Journal of Agriculture and Crop Sciences. 2013; Vol.6. 396-402 p.
11. Starovoytova OA, Starovoytov VI, Manokhina AA, Dukhanina SM. [Physico-mechanical parameters of the soil when growing potatoes on ridges]. Zemledelie. 2018; 5. 16-20 p. doi: 10.24411/0044-3913-2018-10504.
12. Kalinin AB, Smelik VA, Teplinskiy IZ. [Improvement of the technological system for phytosanitary work in the biologized production of potato seeds]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2025; 12(342). 2-6 p. doi: 10.33267/2072-9642-2025-12-2-6.
13. Kolchin NN, Ponomarev AG, Zernov VN. [New equipment for potato growing]. Kartofel i ovoshchi. 2019; 6. 26-29 p. doi: 10.25630/PAV.2019.77.31.006
14. Suprem A, Mahalik N, Kim K. A review on application of technology systems, standards and interfaces for agriculture and food sector. Comput. Stand. Interfaces. 2013; 35. 355-364 p.
15. Zu L. Design and experiment of nondestructive post-harvest device for tomatoes. Agriculture. 2022; Vol.12. 8. 1233 p.
16. Sazonov NV, Mosyakov MA, Teterin VS. [Performance indicators of an automated machine for potato plant care in breeding and seed production]. Selskokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2024; Vol.18. 1. 60-67 p. doi: 10.22314/2073-7599-2024-18-1-60-67.
17. Lu JQ, Sun H, Dui H. Design and experiment on conveyor separation device of potato digger under heavy soil condition. Transactions of the CSAM. 2017; Issue number 48(11). 146-155 p. doi:10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.018a
18. Lobachevskiy YaP. [Scientific support for priority technologies of the agro-industrial complex of the Russian Federation]. Vestnik Rossiyskoy akademii nauk. 2024; Vol.94. 3. 275-282 p. doi: 10.31857/S0869587324030102.
19. Dorokhov AS, Aksenov AG, Sibirev AV. [Laboratory studies of the model sample of microclimate chamber for storage of potato minitubers in seed selection process]. Vestnik Ulyanovskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. 2023; 1(61). 183-189 p. doi: 10.18286/1816-4501-2023-1-183-189.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
Categories
License
Copyright (c) 2026 Vestnik of Kazan state agrarian university
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
