автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Электроимпульсная обработки хлопчатника и сорняков

Р Г Б ОД

1 о АПР 1985

МОСКОВСКИЙ ОРДШ ТРУДОЗОГО -КРАСНОГО. ЯШЯ1И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОШШНШИШ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Н.ГОРЯЧКШ, .

На правах рукописи.

ФАХРУТДИНОЗ ЭДИГАР НУСРАТОВСТ УЖ 633.511:621.3:681.518.3:658.512:537.52.001.2.

ЭЛЕКТРОН,ШУЛЬШАЯ 0БРАБ0Т1СА ХЛОПЧАТНИКА 1 И СОРНЯКОВ

Специальность 05.20.02. - аСТТРИОЖАЦШ СЕПЬСКОЛОаяйСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА.

АВТОРЕФЕРАТ даосерташя на соиокаике учёной стелена . доктора технически лаул

Москва ~

.. .Райста вшолнеиа в. Научно-производственном малом..предприятии ."Искра'.' (Республика ..Гаджккиет.ак) и .в..Головном.специализированном ;. конструкторском бюро по машинам дал хлопководства (ГСЮЗ,г.Ташкент).

Научные консультанты: ЗАРИПОВ М.Ф. .академик' Международной ■ Академии тшформатиьааии' при ОШ, доктор технических' наук,профессору.....

МПАММАДЙЕВ А.,доктор технических наук.

Официальные оппоненты: ■

' ПРШ[ЕП Л. Г. - академик РАСЖ, доктор технических наук .профессор,. . .

ИЩШУЛЛШ.Р.Г. - доктор технических наук, профессор,

ГАРБУЗ В.М. - доктор технических наук

Ведущая организация - Институт энергетики и автоматики АН Республики Узбекистан (г .Ташкент)»

Ж '

на заседании диссертационного совета Д. 120.12.01 по присуждению учёней степени доктора технических наук Московского ордена Трудового Красного Знамени Государственного агроинженерного университета им. З.П.Горячница (ИГАУ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах,заверенные гербовой печатью,просим направлять учёному секретари диссертационного совета по адресу: 127550, Москва, №-550, улЛ'шшрязевская, 58, учёный совет МГАУ. ' ' "

С диссертацией ютно"ознакомиться в библиотеке университета,-Автореферат разослан %'2-. О 199 Ьг.

Учений"секретарь диссертационного совета, технических наук,

профессор /> ' В.И.Вагинайлов

Заика состоится С^л/^У-А 199^. в , /3 чаояв

ОШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

Актуально»и. проблемы., Сущеатвующая технология врздзлквания хлопчатника, борьб а о его болезнями,зрвдителяки и сорнякаш в эонэ орошаемого земледелия предусматривает многократное использование ядоташ*атов,зш?ряэшщц11Х почву и атмосферу.Хкмипэвкио загрязнения среда внзывавт изменения в генетической программе организма ■живот-ных,человека н рапгенкй!в увеличением чазтоты мутации у человека возникают злоиаче-зтввннш опухоли,назяедсгвенные болезни;у растений (в том числе хлопчатника) - порча промышленных зартсв из-эа появления рагтзшй о сильно изменёнными свойствами .неоднородности посевов.Сильно отрадаит от ядохимикатов лочея и итувро ь ной микроорганизмы.

Ми сохранения и- улучшения биосферц, обеспечения экологической безопасности еелмозпроиззодства-необходимо разработать экологически чистые технологии возделывания сэжьхозиулътур,хлопчатника.

К настоящему времени под руководством д.т.н. М/хаммадяева А. заявлены возмоююатя ««пользования в борьбе а болезнями к вредителями хлопчатника на всех его этапах развития экологачэски чае-того,эффективного электроискрового способа обработки,разработаны и испытаны в хозяйствах опнтао-экопершэнтальнш элзктроимпульо-ынэ установки по обоээарашгоадаю семян,чвкаика.дефолиацш^довика-ции.повяауйорочной зтарадшзшда хлопчатника и уничтожению аорняков.

Дня успешного развития этого направления необходима разработка теоретической базы - мощной концепции,возводящей о единых позиций и о универсальным математическим аппаратом решать кона-трукторлко-технологяческиа задачи для целой поискового кснструиро-вшшя (ПК), оптимизировать нх варианты и выйти на уровень автоматизации. Такой концепцией является энерго-гшформадярннач модель цепей ( ЭЙЩ ) различной фиэяче(нсой природы (в том числе бяологлчэв-кой и сыпучих тел) а математическим аппаратом парамзтричзаких атруктурных ехем (ПСС).Для анализа и синтеза сложных объектов,к чиелу которых относятся новые разработанные экологяакроваанаа устройства для эдактроимпульоной обработки седан хлоачатшка а корневищ многолетних еорыяков требуется оозданхь на база ЭИМЦ автома-тивированнах банков данных (АЕд) по физяко-ТЕХначаетам (и биологическим Эффектам (ФТЭ л ФБЭ),.морфологичеаккм матрацам (Ш/,алгоритмов синтеза,ранжирования а многокритериальной оажк'эадда

технических решений. Требуется проведение» ряда зптодалыл'х исследований о цэлью раскрытая суднолтн новых элехгротавдоал'йЧйсхцх

з

приёмов,измерения параметров.Решению этой проблемы и посвящена назтоедая дизаертация.

Эти исследования,начатые ещё в 1972 и 1985 г,г.,проводшшзь в ооответзтвии с Постановлением ГКНТ СССР Л27В от 4 авгуота 1986 г., Ввезоюзаой программой 0.51.19 "Хлопок" на 1988-90 гг.,программой Взвйовзксго координационного Совета но вилту хлопчатника на 1975* - 1980 гг.,1935*1990 гг.,1991*1995 гг..контрактом й38 ГКНТ Республика Угбекиетал в 1993*94 гг.Оояогыцз направления работ по ПК да Отраолвво& лайоратории САПР датчаковой аппаратуры сельхозназначения бшш определены наряд-заказом АЛ 10-14/22-85 и приказом Мянприбора СССР и Шнсельхозшша СССР от 6.10.83 г. за №245/329 на выполнение технологичеокжх работ на 1985-90 гг.,программой ВАСХВШ по автоматизация оеяьхоапроиаводетва к еоздшжю АСУ. ТП в агролромдалешгом комгиекве на 1985-1990 гг. (задание 06.06.Н) .научно-иееледователь-с«яш плахеш ТШШСХ на 1980-85 гг.,1985-90 гг., 1990-95 гг.,а также программой МИР к ОКР научно-нроизвод® таенного малого предприятия "й«кра" на 1991-95 гг..Меагоеударгтвзкной продовольственной экологической программой акционерного общества " Арал",Ленгер,1994 г» Подпрограмма -2.4.Разработка экологически чиетой электротехнология борьбы с болезнями и вредителями сельхозкультур.С.37-53.(В приложении к диссертации).

Энарго-информацаснный метод научно-техничееного творчества, являющийся базовым при автоматизации ПК лредпроектиых разработок, рекомендован Методачевким Советом НИИ Проблем вывшей школы ддя включения в программу кургов до научно-техкичеекому творчовтву в техникумах, вузах,ВГКШ Гоекошзобретений СССР,в сне теме ВОИР, в международном учебном центре "Интеллект" Международного фонда кон-вереии»

Цель и задачи иоеяедоваяия. Разработка энерго-информационной модели цепей: биологической и сыпучих тел и автоматизированного банка данных по ФТЭ дяя целей. ПК, техничевкого творчеетва,алгоритмов синтеза и оптимизации техничевких решений о помощью ЭВМ;раара-ботка теоретических вопрсвсв алектроимпульсной технологии¡предпо-еевной обработки хлопковых \аш.н,чеканки,дафшшацки.девшсации.пое-лауборочной втерилизадии хлопчатника и корневщ шоголетыих оор-> нлков (КИС);прецизионного измерения малых токов и больших еопро-тявлешй, электроуетройатв ддя обработка ееьян хлопчатника и Ш5, измерительной техники.

Дая достижения поетавлвкксй цели решены следующие задачи: - впервые разработаны энэрго-шформационхшв модели ковш: цепей - биологической ж еыпучах тел оо евоши величинаш-аналогамп

ч

и парзмвтраш-анадога1ля,отавчпюсрнля критериям ЭШЦ.Эти разработки использованы при вывода и анализе а применением КС характеристик нових адактроимпудъвных установок для обработ;л хлопчатника п других техиологаче«ких установок и процооеов;

~ сформулированы оановкые требования к автоматизированным банкам данных по физико-твхничезким эффектам (АДа, ФТЭ).'Разработка новых цэпей позволила расширить АШ,пополнить aro новыми паспортами ФТЭ и их морфологическими матрицами;

- на база элактропдаэмолиза обоснован импульеный режим обработки как наиболее эффективный н экономпннй, на база дифферешдаЕь-нцх уравнений Эйлера, Ньютона,вариационного принципа Гамильтона-Ов-трогрздзкого,закона »охранения энергии,расчета тепловых процессов разработаны математические модели и получены выражения для распределения потенциала вдоль стеблей;воздейотвия импульса на движение питательной жидкости в растекии;для расчета критического элактри-чеакого поля при электродесикацта коробочек хлопчатника и втерили-задай корневищ еорняков;

~ решены дифференциальные уравнения выбранной балансной охемм измерения прецизионного электрометра,детально проанализированы воз-ыояяовти и еформулярован критерий уатойчнвого баланса;

- раарабогана принципиальная схема и изготовлен опытно-лабораторный образец лрецияионного электромэтра прямого усиления о высокой чувагвитвльковтьи,надййаоаты),микимальнш дрейфом нулевого атвчёта,ггроетий конструкции и настройки;

- проведены впециальныэ иволедования по развитии хлопчатника, разработана новая электроимяульеная технология обработка ведан хлопчатника е увлажнением электроактивированной водой,мобильная увтановка для злектроетериллзации корневищ многолетних еорняков.

Метододогичеакая база и методы исследования. В основу разработок автоматизированного полвкового конструирования положена концептуальная экерго-кнформационная модель цепей различной физической природы;при разработке вопросов экологически чиетых электроимпулье-инх технологий, хлопчатника использован методологичввкий приём академика В.Б.Горячзшна.в соответствия в которым разрабатываемые процежен равемотренн как единая оивтвма вваамодейзтзия элементов хлопчатника и его компонентов,рабочих органов и энергетических орэдатв.

При решении научных задач использованы теория дифференциальных уравнений и клаеадчеекой электродинамики,ураэнелия Эйлера,Ньютона, вариационный принцип Гашльтояа-Острогрэдякого.методи теплового

<г

пробоя изоляционных слоев, анализ уравнений баланса мостовых схем прямого усиления,ЭйМЦ и ДОС для разработки моделей новых цепей; методы оспиллографирования и разработки конкретных технологических устройств к процессов.

Научная новизна исследовании.Впервые разработаны экерго-инфор-мационнае модели биологической цеш и цепи сыпучих тйл,отвечающие критериям ЭИМЦ,паспорта <&ТЭ и морфологических матриц и ПСС различных технологических процессов,пополнившие информационный. фонд подсистем ЛК.Рещекие задач ПК осуществляется путём поиска физического принципа действия (ЩЦ) техюлческого обгъкта ка основе £5, ФГЭ,выбор технических реализаций для выбранного варианта ФЩ - на основе морфологических матриц (ММ).учёт условий и компановка конструкций - на основе баз данных структурных и обобщённых параметрических приёмов.Создал: для целей обучения техническому творчеству комплекс программ для ЭВМ для ведения и наполнения вышеперечисленных банков данных,выбора ФШ, и конструктивных реализаций скелетных конструкций (запись этих материалов на дискетах к ПЭВМ тала IBM XT прилагается к диссертации).

Специальными исследованиями показана роль фигогормонл-аужсина на развитие хлопчатника.Получено уравнение,ошеыващое водопоглоще-ние семян хлопчатника;поручены вщ>ажения для эяеитроимпульсной чеканки,десикации,стерилизации хлопчатника и сорняков .Разработаны параметрические структурные схемы приемов и устройств электроимпульсной обработка хлопчатника и других технологических процессов.

Математически описан специальный -механизм раскрытия зелёных коробочек,подверженных электроимцульской обработке.С помощью теории теплового пробоя изоляционных слоев получены -выражения для оценки напряжённости и потенциала электрического подя в структуре рае-тешй к оценки напряжения пробоя в них и доцустимого предельного тока,удовлетворительно согласующиеся с результатами экспериментов по электростерилизации-наземной части хлопчатника и корневищ многолетних сорняков.

Проведён детальный анализ условий устойчивого баланса в электрометрических схемах прямого усиления на основе■дифференциальных уравнений, разработаны принципиальная схема и опытный образец прецизионного электрометра.

В лабораторных и полевых условиях проведены технологические исследования и испытания опытно-экспериментальных электроустановок, электрометра и подтверидена достоверность теоретических положений. Опробированы разработки по автоматизированному банку данных и тех-

е

ическому творчеству для целей обучения в ряде вузов и институтов-овышения квалификации.

Практическая ценность диссертационной, работы, Она заключается развитии ЭИЩ,разработка энерго-инфсрмаштенной модели новых цепей биологичеокой и сыпучих тел) .паспортов ^ТЭ И Ш для целей поиско-ого конструирования,в разработке теоретически положений электро-шульоной обработки хлопчатника и корневищ многолетних сорняков, сключашшх ядохимикаты; создании методики анализа измерительных лектрометрических схем прямого усиления о конкретной разработкой иоокоточного прибора; разработке новой электроимпульсной техноло-'ии предпосевной обработки семян хлопчатника с увлажнением электро-.ктивированной водой и технических средств,разработке мобильного 'лектростершшзатора корневищ многолетних сорняков,

реализация результатов исследований.Результаты исследований шились базой для разработки консгрукгорско-техшгчесяой документа-гаи, на основе которых изготовлены опытно-экслернментальные образ-ш электроустановок,прецизионного электрометра и пополнен фонд АБД УГЭ и ММ.Электроустановки внедрены (акты внедрения приводятся в срилокении к диссертации) во многих хозяйствах и включены в планы жедрения новой техники Министерств сельского хозяйства Узбекиста-щ и Таджикистана, завода "Ленинабадсельмаш", НЕ МП "Искра" на [995-97 г.г. .акционерного общества "Арал" Казахстана на 1994-96 г,г.

Результаты исследований по Поисковому конструировании и банкам данных внедрены в ряде организаций: п/я В-2108 (г.Москва),ЦИПК Чер-лет (г.Мооква),Ш1К Минсельхозмаша СССР (г.Люберцы),СИПИ (г.Сверд-човек), СарЛИ и НИИ химических источников тока (г.Саратов),ВолгПИ, ЛТУ "Гея" (г.Москва) ,ТашПИ,ТИИШСХ (г.Таикент) объединение "Фотон" (акты внедрения приведены в приложений к диссертации).

Установки,разработанные в Отраслевой лаборатории САПР ДА. с/х назначения,НП МП "Искра" и ГСКВ по машинам для хлопководства,в которых активное участие принимал соискатель, демонстрировались на Всесоюзных и Республиканских выставках и ярмарках,а с мая 1990 г. ю настоящее'время экспонируются на постоянно действующей выставке Ташкентского регионального отделения Международной организации "Экое" и ПШТ Республики Узбекистан.

На защиту выносятся: Х.Методологет создания: ФТЭ и №.1 с целью пополнения информационного банка данных по автоматизированным лредпроектннм разработкам установок,приборов и технологических процессов, 2.Теоретические исследования по разработке энерго-инфорнацлон-

1

ной модели биологической, цепи и цепи сыпучих тал,анализа и синтеза новых технически}: решений,ПСС с использованием А1& ФТЗ для электроимпульсных установок и различных технологических процессов,

3.Математические модели,раекрыващие суть ряда эффектов в растениях при воздействии импульсного электрического пеня (разрушение структур и противодействия .движению питательной жидкости цо растению); описывающие механизм раскрытия зелёной коробочки при электро-нмлулъеной десикации,стерилизации отрезков стеблей хлопчатника и корневищ многолетних сорняков (оценка напряжённости элактр1ческсго поля и потенциала в отрезках стеблей, напряжения пробоя и допустимого тока а них на основе тепловых процессов).

¿.Результаты теоретического анализа устойчивого балакеа в элек-трометхдаееких схемах прямого усиления для измерения сверхмалых токов, больших сопротивлений,разработки принципиальной схемы и опытно* образца прецизионного электрометра,отличающегося высокими метрологи ческиш характеристика',ш.

5.Исследования режимных параметров использования электроактивированной бодц дм увлажнения; сешш хлопчатника с одновременной элек троимпульеной обработкой и разработанные технические средства,мобил ннй алектростершизатор корневищ многолетних сорняков,разработку со данных параметрических структурных схем электрогохналогических устройств.

Совокупность сформулированных и обоснованных научных положений а также результаты их внедрения представляв! теоретическое обобщенш и практическое решение частя крупных проблвы.имеицах важное народно-хозяйственное значение,

Апробация научных результатов, Диссертационная работа,её отдал ные разделы и положения обсуздалиеь и одобрены на заседаниях ОНИЛ САПР ДА с/х назначения,НТС НП МП "Искра",на заавдшшях секции электрификации и автоматизации А02Н РУз.МСХ и земледелия Республика,.Таджикистан, на заседании экспертного Совета ''Агропромышленлкй"ког;ь' плекс и десноз хозяйство" ГВДТ ЕУз.

Материала исследований по ПК и техническому творчеству используются в учебном'процессе ряда высших учебных заведений Узбекистана, Роосш.в том числе для подготовки специалистов высшего звена на курсах повышения квалификации институтов,перечисленных выше.

Отдельные материалы.входящие в диссертацию, доложены,обсуждены и одобрены .на Всесоюзной конференции "ЛПК-В7 (г.Волгоград,1987 г.), на УIII Всесовзнсй научно-технической конференции "Измерительные информационные системы" (г.Таш:ент,1987).Всесоюзной научно-практической конференции "Механизация и автоматизация технологических щи

1ввов в агропромшшвннои комплексе" (г.НовоеибирскУ1989 г.).на «союзной научно-практической конференции "Проблемы перветройки «швго экономичевкого образования в соответствии о требования!,® И л реформ управления экономикой" (гДв1Инград,1988 г.),на 7 Ре»-•б.таклнзкой межотраслевой наувдо-техяичевкой конфервшры "Теория практика разработки к внедрения вредетз автоматизация и роботиаа-я технологических и проиаводотзенгшх процевеов (г.Уфа, 1989 г.), I трёх Республиканских научно-гехшиевккх конференциях : "Проблемы [работки электричеекой энергии и вояровы элакгротвхиологш в градостроении и других отраслях народного хозяйства Ревпублики узбе-:втан" и др. (г,Ташвеыт,1992-93 гг.),на заседании е ездил электризации и автоматизации с/х производства АС.ХН РУз (г.Ташкент,1993г) , I Всероссийской научно-техдачееком семинаре "Высокоэффективные [ектротохнологии по производству продуктов сельского хозяйства,их ¡реработке и хранению" (г.Москва, 1993 г.Ьна вузовских научных щференциях НИИ ВН при ТЛИ г ШСУР (г.Томск,1979-80 гг.),ТШМСХ :98б-92 гг.).

Публикации.

Основное содержание диссертации изложено в 48 опубликованных ;агьях,в том числе двух удостоверений о регистрации Госномизобрё-!ний СССР и авторского свидетельства,научных.отчётов,5 информащоя-к листков о передовом производственном опыте ГВНТИ ГКНТ РУз.моно-зафия "Злектрообработка хлопчатника и многолетних сорняков".-Таш-ига.ШЛИ ГКНТ РУз.1994,

Структура и объём дисоертадад.1дсоертация состоит из введения, шовной чаоти,общих выводов и рекомендаций,списка использованной ¡тературы и приложения,Основная часть диссертации из 7 глав содер-1Т 348 страниц машинописного текста,73 рис. и 49 таблиц,список ли-гратуры из 315 наименований.Приложение содержит результаты теоре-гаеских расчётов,таблицы,примеры расчётов,выписки из протоколов ягатаяий,паспорта физико-техничесм эффектов и их карточки,алго-гамы синтеза и оптимизации.ранжировки технических решений по ПСС, шчЭты экономической эффективности,инструкции эксплуатации прибо->в и. пользователя ПЭВМ,документы о внедрении результатов исследо-ший,иллюстрации и изложены на 148 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ, Основное содержание диссертации включает 7 глав.

В первой главе (обзорной) рассматривается и анализируется пос-шленная в диссертации проблема по поисковому конструированию тех-

5

нических средств экологизированного комплекса электроимпульсных щж ёмов обработки хлопчатника и уничтожения сорняков.

В общей постановке рассматривается физическое воздействие на биологический, объект и его реакция.Физический аспект элекгроимпульс ного воздействия на растения связан с многофакторностью,а биологический аспект основывается на фундаментальных понятиях термодешагда неравновесных процессов,лежащей в основе принятой концепции - энерг -инфор:ационной модели цепей.Разработанный, и рассмотренный комплекс электротехнологий обработки хлопчатника и сорняков включает совреме нув подготовку (сепарирование,предпосевная обработка) семян,приёмы предуборочной (чеканка,дефолиация и десикация) и послеуборочной сте рилиэации гуза-паи и сорняков с целью залиты растений от поражения волтом, гоммоз ом и другиш болезнями .В зонах хлопкосеяния в результа те многолетнего и многократного использования на всех технологическ операциях ядохимикатов создалась тяжёлая экологическая ситуация,наносящая огромный вред окружающей среде,почве.живому организму и человеку.

К числу мер по оздоровлению экологической ситуации и защиты растений от болезней откосятся электротехнологическке приёмы обработки хлопчатника и борьбы с сорняками .Фундаментальные исследования по изучению воздействия электрических полей на семена и растения проведены в работах академика РАСХН Бородина И.Ф.,профессоров Басова A.M..Изакова Ф.Я..Тарушюша В.И. и многих других.Экологически чда тым электрогехнологияш обработки хлопчатника,созданию соответствующих опытно-экспериментальных электроустановок,исследованию их режимных параметров посвящена диссертация Мухаммадиева А. В этих исследованиях активное участие принимал соискатель данной работы.

Разработанные технические средства по электрообработке хлопчатника и сорняков являются опытными,они далеки от совершенства,требуюо улучшения конотрук^ш,характеристик,оптимизации параметров технических решений.Необходамо сокращение сроков проектирования,трудоемкости повышения качественных показателей разработок.Создание конкурентоспособных разработок возможно при автоматизации ПК,базирующегося на мощной концепции ЭИЩ.Сформулированы решаемые в этой связи задачи в данной диссертационной работе.

Вторая глава посвящена концепции поискового конструирования -- энерго-информационной модели цепей (ЭИЩ) .Определяющим при выборе концепции решаемых проблем является системный подход и принятие технических решений.В диссертации решается часть элементов .системы,касающаяся теории и технологии биообъектов, энергетических и измеритель ньк средств в рамках общей концепции.ЭИЩ с простым и эффективным

10

атематическим аппаратом параметрических структурных схем (ПСС) яв-ается не только мощным средством анализа и синтеза новых технических ешений.но и позволяет автоматизировать эти процессы - поисковое кон-труирование.В наших исследованиях по автоматизации ПК разработаны ш-одаки,базирующиеся на трёх банках данных:физико-техничесете эффекты, орфологические матрицы и обобщённые призмы.

В главе даны основы ЭИМЦ как наиболее универсального для аато-атязацпи ПК,анализа я синтеза новых технических решений.Рассмотрены лемвнты теоретических основ неравновесной термодинамики,её критерии. ИМЦ оперирует величинами: - величина импульса, Ос - величина :аряда, 111 - величина воздействия, К - величина реакции и параметрами: Яс - сопротивлениепроводимость,С;.- ёмкость,--жёсткость.Величины характеризуют внешнее воздействие;где £ -цепь [анной физической природы (механическая,электрическая,магнитная,ги~ сравлическая и т.д.) и её реакцию на это воздействие.Параметры ха-штеризуют относительную неизменность материальной среды, в которой фоисяодят те или иные процессы.Величины и параметры связаны 6 крите->иями: энергетический критерий И* • ^ - ,где N1 измеряется нэ-¡ависимо от природы цешв единицах мощности (Вт),статические критерии: й'Ц^^Рс (производный 3^1-1)4 = Ги ) . и^'С^ »Ос (производный (^•УУ;.3 & ) < Гс'К«. — (проиэводный1!1-^рнамическяе критерии:

^Р^*Щ<праизводкый]ийЛ=!Рь),с,^11(лроизводныЁ = Зеличины-аналоги и параметры-аналоги (приведена их таблица для различных цепей ( в данной диссертации это сделано впервые для биологической цепи и цепи сыпучих тел) выявляются о помощью этих критериев.

Подробно рассмотрен аппарат ПСС.его методика.Любое техническое устройство или технологический дроцзсе рассматривается как совокупность простых звеньев,каждое из которых характеризует элементарную Зависимость величины шш параметра от другой величины то^се шш иной физической природы.Между ообой эти смлья связаны посредством меженных эффектов (ФТЭ) .Всё это позволяет формализовать описание принципа действия устройства (процесса) в веде ЛСС.кавдое звено которой отражает одно преобразование.

Элементарное звено ПСС изображается в виде прямоугольника с обозначением входной и выходной величин,внутри прямоугольника записывается коэффтциент звена (или параметр в цепи одной) физической природы,а также операторы дифференцирования и интегрирования.Некоторые из этих элементарных звеньев показаны на риа.1.

Рассмотрены тспограмш внутрицепных и шяцепннх связей.Сформулированы основные требования к автоматизированному банку данных ФТЭ (АДЬ, ФТЭ) .Разработка структурированного банка данных ФТЭ яредстав-

П

-п, ЁЬ Наш. Чш

Г&

йлс.

Рис .1. Элементарные звенья ПСС и внутрицепных зависимостей.

ляют проблему чрезвычайной сложности,так как понятийные аппараты физических и технических знаний различны.Наиболее коммуникабельной теорией в создании понятийного интерфейса между физическим и техническим знаниями является термодинамика неравновесных процессов.Её понятия наиболее приспособлены для использования в технических науках и промышленности,а 5ШЦ используется как связущее звено между результатами научных исследований и задачами промышленности.техники, В основе их лежат феноменологические законы и коэффициента.

Подробно рассмотрена методика составления паспортов ФТЭ и их морфологических матргц (ММ). ММ - это совокупность существовавши, существующих и мыслимых конструкций каждого ФТЭ;даны классификационные признаки Ш,блочный принцип их построения.Рассмотрен конкретно пример ФТЭ "Электрохимическое интегрирование" .вопросы рангшровю значении морфологических признаков.

Б третьей главе даётся анализ оостоя1ия методов поискового конструирования предпроектных разработок,технического творчества. В настоящее время ведутся интенсивные исследования и разработки по созданию и практическому использованию систем автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства для различных классов технических объектов с целью сокращения сроков и трудоёмкости разработки.повышения их качества.Получение конкурентоспособных изделий обеспечивается; изобретением комплекса согласованных и эффективных технических решений (ТР).Аяя этого требуется синтезир' вать и проанализировать очень много вариантов решений,что невозможно без применения ЭВМ.В то ке время формализация и программирование процесса поиска (синтеза) новых ТР вызывает значительные трудности. Тем не менее в этом направлении получены у нас и за рубежом убедительные результаты,позволяющие решить эту важную проблему - автоматизацию ПК.

При Щ из всего многообразия явлений и эффектов разработчик должен в каждом конкретном случае выбрать наиболее эффективный при заданной функции технического устройства.В полном объёме накопденка информация (в мире их известно более 3000 физических явлений и эффектов) в области фундаментальных и прикладных наук не используется

«

Именно на начальных этапах проектирования большинство изделий всё менее прорабатываются и всё более не соответствуют уровню мировых образцов.Это в основном и породило проблему улучшения качества вновь выпускаемой продукции,Темпы технического прогресса определяются пре~ жде всего степенью сокращения накопившегося дефицита мавду объёмом работ по ПК (условно он к 1990 г. составляет 10000) и имеющимся числом специалистов в этой области (Их количество условно составляет 81 к 1990 г.).

Известны различные методические средства решения задач ПК: эвристические и компьютерные,соотавляюище основу технического творчества и рассмотренные в данной глава.Целесообразность использования ЭВМ решается с позиции возможнооге:формализации эвристических методов и трудоёмкости задач,Анализируются основные задачи ПК,функции технических объектов и их элементов,их закономерности.Рассмотрена роль различных специализированных банков данных л основных этапов синтеза технических решений энэрго-анфэрмацаоннда методом.Наконец,подробно рассматривается синтез новых технических решений,заложенный в основу автоматизированного их поиска,с методикой выбора оптимального ФГЩ технического устройства (процесса) по параметрическим структурным схемам и оценка эксплуатационных характеристак:рас-чётов погрешностей,цены,норм надЗжновта,погрешности,а также многокритериальной оптимизации вариантов ПСС по совокупности эксплуатационных характеристик.В приложении диссертации дая датчика температур приводится конкретный пример синтеза вариантов ПСС и многокритериальной оптимизации.

Рассмотрена разработанная соискателем энерго-ияформзционная модель биологической цепи„Показано,что линейные уравнения,описывавшие неравновесные термодинамачеокие процесоы биооистем адэкватны базовым уравнениям ЗИЩ.Неравноввснс^ермодшашческий подход представляет в настоящее время важную чаать арсенала методов современной бяофязлгя.Необратимое производство энтропии в биосистемах связано с потерями свободной энергии ГшЗбса и совершением работн.по-казана диссипация энергии в необратимых процессах биосистем.

На примерз клеточной мембраны как епецгфической структуры рассмотрен возникающий транспорт физиологических веществ (потоки), вызванный силами электрической и ишачеекой лрнроды.В более общем случае для транспортного процесса в биоструктурах диееапатааная функция принимает вид:

фр ЗД1 . (!)

в

где .3;. - тарыоданашчаекив потоки (скорость реакции,

транспорта,мышечных сокращений,электрический ток и т.д.; XI - термодинамические силы (сродство реакций,разность химических и электрических потенциалов,гидростатическое и осмотическое давление и т.д.).

Функция Ф даёт очень важную информации -число степеней свободы системы,каждый член соответствует одной степени свободы.Рассмотрены вытекающие из этих соотношений феноменологические уравнешш.где потоки записываются как линейные функции сил,

С целью использования при новых разработках достижений биофизических исследований и пополнения АВД Щ своевременно и актуально создание модели биологической цепи со своими величинами-аналогами и параметрами-аналогами.

Бо многих случаях потоки Ь прспорционалыщ сопряжённым силам Х[ .т.е.

ИЛИ Ъ^ЦрХ!.

£ля феноменологических коэффициентов Ьу , ^Д .связывавдих потоки ^ и ^ израведлявы известные соотношения взаимности Оыаа-гера: ЦрЦд ,в учётом которых для потоков Л и имеем:

Д^Ьи'Х* + Ь(г'Ха ) Зз.'^Ьг&^+ЬггХг; ( 2 )

Применительно к биологическим процессам поток Л описывает перомое I -го компонента в неравновесной системе.Воввращаяоь к (I) легко заметить,что в изотермической сиотеые величина Хг. соответствует фддоо-зшшчеекоыу потенциалу :

В самом сбцеы виде:

# ■ ■Г 14)

^авдартши химический штещнаи, ^ - активность, К1~ универсальная газовая постоянная, Т - температура, Ъ.- валентность, Рд - число фарадея, у- электрический потенциал.

За величину-анаяога воздействия в биоцеш согласно ЭИМЦ примем: Ыб = , '[^/мсль]; .

а в качестве величины-аналога реакции - биологический поток (наори-мер, «ре» мембрану):

Ероивведение

,что удовлетворяет энергетическому /У

критерию ЭИЩ.Величины-аналоги заряда Об и ^ импульса име-

Параметры-аналоги биоцепи (сопротивление и проводимость) получены на основе уравнения Нернота-Еяанка ж имеют вид: р - _!_. Г 6-М-С1 . г .п Г

pj-p„up

где гр' Ср" - валентность и концентрация ионов р-типа, гГр -- скорость иона в электрическом поле. Для ёмкооти и жёсткости параметры-аналоги для биоцепи совпадают подобными параметрами для электрической цепи:

de

de

Разработаны паспорта физико-биологических эффектов для ¿Ж и их карточки (они приведены в приложении к диссертации).которые в дальнейшем использованы при ПК элактротехнологичзских устройств и их ПСС.

В четвёртой главе рассмотрены теоретические вопросы электроимпульсного возделывания хлопчатника и сорняков.Обоснование импульсного режима электрообработки выполнено на основе происходящего элёктро-плазмолиза,вызывающего нарушение структуры ж целостности клеточных мембран.Сущность этого явления заключается в поглощении электрической , энергии протоплазменными оболочками .ведущей к коагуляции белка протоплазмы и^зиеточннм изменениям.Получаемая при этом электрическая энергия J Uj-I-cit , зависящая от длительности импульса, будет определять уровень возбуждения растительного объекта (отрезка стебля,И®). Известная зависимость "ток-длительность" (рис.3) и определяет уровень возбувдения и ограничивает его реобазой.Ниже уровня реобазы какой

бы длительности ни был ток, . возбуждение не наступает.С другой стороны,чем меньше длительность импульса,тем вше должен быть уровень возбуждения.Из значения потенциала клетки:

где

T=R*VCmj V.-I..R«.

сопротивление и ёмкость клетки, Jo-ток через клетку.

г ъ ^Хроиоксия

mC

Рис. 2. Зависимость уровня возбуждения биообъектов от длительности М воздействия. ,

Найдём уровень хроиакеии - она соответствует удвоенной реобазе и определяет Гс .необходимое для достижения порогового напряжения возбуждения:

Увеличение энергии раздражения приводит к распространяющемуся возбуждению, хотя резкой границы мекяу ниш установить нельзя.Вслед за распространяющимся возбуждением при увеличении энергии происходит "пробой" мембран, сопровождающийся изменением клеточной структуры, затем наступает гибель клетки.Таковы этапы электроплазмолиза.Электроплазмолиз одной клетки требует в среднем 1,5 энергии. £ля сокращения энергетических затрат на обработку растений выгодно непосредственное разрушение клеточных оболочек,т.е. нукен резкий рост напряжённости поля,что возможно в импульсном режима работы с крутыми фронтами»Электрообработка импульсами является наиболее экономичным и экологичным.

В теоретических разработках,выполненных соискателем для различных электротехнологических приёмов возделывания хлопчатника,использованы результаты экапериментальных исследований электрофизических характеристик компонентов (кожуры,древесины и сердцевины стебля) наземкой чаота хлопчатника в период чеканки.дефолиации и десикации (работы Ходаярова М., Байдакова Т,М.,Мухашадаева А.).Рассмотрены режимные параметры предуборочной электроимпудьспой обработки хлопчатника.

С точки зрения, понимания глубинных бнофиэичесчйх процессов.в хлопчатнике при чеканке и дефолиации являются важными проведённые совместно на кафедре биофизики Ташкентского государственного университета исследования по воздействию фитогорыона-ауксяна.К настоящему, времени не оущэетвует общепринятой модели естественного старания и опадения листьев,механизма действия дефолиантов.Процессы эти сложны, состоят из многих связанных друг с другом прямыми и обратными связями стадий, в которых задействованы практически все известные растительные гормоны.Сущэатвуэт представление,что начальная стадия старения листьев регулируется ауксином,подверженным действию внешних физических факторов (свет,электромагнитные поля и т.д.),Ауксин выделяется в верхушках побегов и кончиков лизтьеэ и транспортируется вниз к корню,стимулируя развитие корневой сяетеыы я рост клеток растяжением.Р&свмлтривается механизм воздействия ауксина на развитой хлопчатника,а также вызываемые им изменения в биологическом тканевом потенциале.Пропуская через хлопчатник различные по величине

/г

If £Hi

токи в прямом и обратном ("-" сверху) направлении,можно определить характер (рис.3) воздействия тока на рост хлопчатника: при отрицательной полярности сверху наблюдаются толчки роста до 150 мкА, затем скорость становится равной нулю,а выше 800 мкА - отрицательной (графики совпадают),т.е. происходит разрыв мембран,потеря осмотического давления и гибель клеток.Установлено,что для бло-

£=2 5 т

Рис.3.Зависимость I - п+"оверху,2 -

V-tft):

"сверху.

кирования аукоина важно значение тока.

На основании этих экспериментов можно замшить, что механизм запускания дефолиации связан с повреждением механизма активного транспорта ауксина,а элентрочэкаыщик может работать и как дефолиатор. Этот вывод весьма существенен и позволяет обоснованно создавать универсальную установку и для чеканки и для дефолиации.

По результатам электроимпульсной десикации зелёных коробочек (в настоящее время попользуется механический способ раздавливания коробочек) построены серия зависимостей степени повреждения их от количества импульсов,напряжения разряда,энергии расхода и т.д.Уе-тановлено оптимальное • напряжение разряда Up. =6 кВ,при котором достигается максимальное раскрытие коробочек,сокращается существенно и время раскрытия.

Электроотершшзация раствний:хлопчатника в послеуборочный период с одновременным измельчением и корневищ многолетних сорняков (КШ) с вычёсыванием из почвы производится с целью обеззараживания от вилта,гоммоза без применения ядохимикатов.Лвухстадийная электростерилизация способствует наиболее эффективному разложению наземной части хлопчатника и корневищ многолетних сорняков в почве и быстрому превращению их в органику .Рассмотрены скемы, режимные параметры эл-©ктростерилизаторов,результаты исследования отруктуры К,К после электроимнульеной обработка,

Приведена методика и полученные результат-! совместных исследований с биофизиками ТвшГУ по влиянию на рост хлопчатника фитогор-мона-ауксияа ,электрических колебаний различных частот:на одних частотах ауксин симулирует рост, на других - ангзбарует.В связи с этам ваяно правильно ж обоснованно забрать для данного технологического приёма параметры импульса,т.е. определить основную частоту.

tr

Приложенный к растению имцулье электрического поля воздействует на движущийся поток нидкоети в нём.Возникающий при этом эффект противодействия оо стороны поля потоку рассмотрен на основе дифференциального уравнения Эйлера.Д&ижуднйся воток жидкости вертикальный,скорость движения жидкости мала.Душ этого случая из уравнения Эйлера получим:

где - градиент давления,Ца; р - плотность жидкости,кг/ы3; § - ускорение силы тяжести,м/с2; заряд,Кл; # - коэффициент размерности, т.е. под влиянием импульса между вертикальными слоями жидкости возникает град&г давления,который имеет место на протяжении действия импульса и вызывает движение,противоположное вертикально восходящему потоку.

На основе уравнения Ньютона:

где М^] УСО" маоса и заряд диполя,упругая восстанавливающая

сила.

Показан эффект разрушения диполей в коровой части стебля именно на переднем фронте импульса.Приводится график изменения упругой восстанавливающей силы,ответственной за этот эффект.

При теоретическом рассмотрении электроимпульсной десикации хлопчатника решена задача раскрытия зелёных коробочек как потеря устойчивости оболочек на.основе вариационного принципа Гаыильтона-Ос-троградского.Упругие состояния оболочек,возникающие в результате потери устойчивости,называю закриткческими.Здесь исходили из предположения о том,что закриткческая деформация (разрыв оболочек) представляет ообой геометрическое изгибание с малыми относительными деформациями, разрша оболочки представляет интерес определение нагрузки,при которой оболочка теряет устойчивость,форма оболочки изменяется (разрывается с "хлопком").

Полученная формула устанавливает связь мезду величиной внешнего статического давления на оболочку и кратковременной нагрузкой с^ .действующей за время С и способной, вызвать прогиб ¡М и полный разрыв оболочки: , , , у

где 5 - толщина оболочки, $ - плотность материала ободочки.

При действии электрического поля в основном поляризуются поверхностные слои коробочки.¿ля энергии электрического поля,поляризующего внешние слои эллипсоида коробочки,получим после преобразований: Рг г3 I

\К/~ £,СоТо- . 3 $■ п* I -> СЮ)

где Е0- напряжённость внешнего электрического поля, Г„ - эквивалентный радиус сферы преобразованного эллипсоида, £ -эквивалентная диэлектрическая проницаемость коробочки, ("^-коэффициент деполяризации.

Разделим эту величину на объйм поверхностных слоев оболочки коробочки УПо&, и найдём величину давления

Поверхность состоит из 4-5 долек-сегментов.РассчитавУцо«,получим величину наярякЗшости электрического поля Е .необходимую для обеспечения раскрытия коробочек:_

ЖН5ЕЖГ

ф-е'-Ч3.

На основе данного выражения был произведён расчёт для оптимального режима десикации, хорошо согласующийся с результатами эксперимента и построена зависимость Е0 от длительности импульса (шс.4)а.6/ ^ъСт^/р? ,

"Чч * оГ=12.аМШ*чк>пь\ ' Получено также выражение для 4 ' дополнительных Кулоновских сил

« с! (1 3 , ( 12 )

^^торет.

заряженных долек-сегментов оболоч> ш, способствующих раскрытию ко,_, __(ом^

(о-ь ^о-^ ¿г > иси

Рис,4.Зависимость напряжённости где 4 - расстояние мевду дольками, поля при десикации коробочек от электростеридазация наземной

длительности импульса. ■ _ ^

и подземной частей растения является частью разработанной экологически чистой технологии возделывания хлопчатника и корневищ многолетних сорняков о целью уничтожения вилта и ускорения процессов разложения стеблей и КМС при попадании в почву. Здесь проанализированы полученные электрофизические характеристики хлопчатника,заражённого вилтом; рассмотрены режимные

параметры послеуборочной стерилизации как хлопчатника,так и корневищ многолетних сорляков. Теоретическая оценка величины потенциала при стерилизации отрезков стеблей производилась на ооновэ теоремы Гауоса.В начала координат:

AXrèci jrl ' <I4>

где p - распределение объёмной плотности заряда в стебле (параболическое или экспоненциальное), dV- элементарный объём, Г- радаус.

Интегрируя в цщпщцрической системе координат и расклепывая в рад по степеням отношения ¿/г (ограничимся первыми двумя членами) получим: (J , . -л

Здесь (-длина отрезка стебля.При а = 5 Кл/м~5 и I =0,01 м

=5875 В,что находится в хорошем согласии с экспериментом.

С учётом тепловых потерь в слоистой структуре стеблей и КШ на базе уравнений, теплового баланса получены выражения , для напряжения теплового пробоя,характерного при электроискровой обработке КМЗ и допустимого тока.

Уравнение теплового баланса записывается в виде:

, (16),где Wk= Rt.O ' <•

, (176)

где W*-тепло,выделяпдееая в разрядном канале стебля, Wg --тепло, выделяющееся в изолируодем слое (диэлектрике), I -ток, протекающий в, канала разряда, -сопротивление канала разряда ¿-длина отрезка' стеблят^'азница температур между окружающей средой и каналом разряда, CL -температурный коэффициент канала разряда, U) -частота, С -ёмкость изолирующего слоя, Ц -потешдаал слоя.^^-тангенс угла диэлектрических потерь, Rxo.-тещювсе сопротивление окружающей среды. ' }ля .расчёта нужно в простейшем случае вычислить среднее значение температуры "tcp, .Проделав эти операции,для критического напряжения пробоя получим окончательно:

Il -V j>h ^

»^ û-m.jl.C-ijr« (M)

где D -диаметр стебля, h - постоянная.

м

Это теоретическое выражение было использовано для построения зависимости коэффициента жизнеспособности К0 от рабочего напряжения 1-1

- С = 0/МО ф, 1=0,6с.

ГУ 4 5 6 7 Рис.5.Зависимости коэффициента жизнеспособности гукая от рабочего напряжения Цр •„

Р при злектростериляэа-ции ЗШС.Здесь к0 ^"/^.йчЛл сопротивления КМС на частотах ^=2.Ю3Гци 2-Ю5 Гц.Эти же зависимости были получены экспериментально (рис.5) .Соответствие теоретических и экспериментальных зависимостей вполне удовлетворительное.

На базе теплового баланса (15) также получено выражение

(19)

для допустимого тока через Ю.!С:_

7 аГ^*- ^ р0"**'

где ^^эквивалентная провода,юсть изоляционного слоя стебля.

Штоя глава посвящена проблеме изкерзти сверхмалых токов и напряжений,больших сопротивлений,характерных для биологических объектов. Анализируются электрофизические параметры растительных клеток (сопротивление мембран,их ёмкость и т.д.) .условия их измерения,требования к иэмеритальным приборам.В частности,для обеспечения высокой чувствительности и других метрологических характеристик целесообразно использовать ыостозиз схемы.Рассмотрены особенности приборов-электрометров автокомпенсационного а интегрирующего типов,в которых для увеличения стабильности :: уменьшения постоянной, времени ставят дополнительные каскада усиления и используют отргцатвльнуа обратную связь :парамвльнуа при измерении токов или последовательную при измерении напряжения и больипх сопротивлений .¿ан аналпз таких схем с оценкой коэффициента передач:!,погрешности измерения,дрейфа нулевого ■ отсчёта,предельной чувствительности.

В результате анализа выбрана для построения электрометра прямого усиления схема с балансом-в анодннх цепях (или анодно-сеточ-ной цепи) электрометрической лампы типа ЗМ-6' или ЭМ-Ю (рис.6), условия баланса и устойчивого баланса для этой схемы записываются в виде: К^Щ^Ь , & ^ Ъ ,

Яз" Тс ' «Г «11с '

Лч

çbl-------

tfnhvintf vovg

II £0 1 i i +

<

0 Й

1

«r-i

H м

i «

го о Рл W

S Ч

и о I к о

В МО

йн I

л

Г-< KS о» С) о R Ч • о 'О е

S* -к

о .

в ñ я

о

О F-iO

ri C-i,

О PiO

S S н

о Й II С-: M

r§ s

<4, О (9 С? О О

ci rf

S n в

g1 á

t~f г

!» $ Вне

О И Е-1 ГТ го я!

.Ь о Ц

S ь » •

й

t> «

о

JP 6-1

i В

И Й •

0 i=? а к о В Й ci п

- 03. о

tÇ ET И

s Ч i1

rt w 3 воо

a nt и

ti œ

ц й Г, 'i

1 =f

о

в w

si-

tí w

Я О ф'

1 « -Ш

я И :

m о

as»

ist « г

стон §

Х} «

raí о

в »

о ci

а §

о чэ

й К

g 1

О W

П Гн

Рнс.б.Мостовая схема входного' каскада электрометра (для теоретического анализа).

. где Га,1сДц~ток:{ ажда,сетки, накала лампы „Ьдя осуществления устойчивого баланса сопротивление Ко должно удовлетворять соотношению:

1а.<11с

|я _

¿Ь. - 1с 3 Лн т^

знак "+" или "-" зависит от способа подключения резистора.При использовании резисторов баланс может гЗыть осуществлён лишь на таких лампах и в таких режимах, когда01 иаГ^1нобе одаовре-

(21)

манко или больше или меньше отношения токов ^/¡ц и . Этот вывод весьма существенен, поскольку собранные по идентичной схема электрометры обладают весьма различной устойчивостью и величиной дрейфа.Отсюда можно симулировать ориентировочный критерий применимости ламп: Э1а4 Га,

а) -^ > 0 , (для 3!*М0) ,б) Таг ' ; (дая ЭМ-6)

Соотношения, задающие режим лампы (ЗМО) запишутся:

иа=1н^+(1н+1с>Яо-ЦМг); иМ'Ы^Ч игЩ<2 3)

Условия устойчивого баланса имеют вид:

Решая уравнения (24) совместно о уравнениями (23) (громоздкие промежуточные операции рассмотрены в приложении) получаем уравнения устойчивости в отношении изменения .Для расчёта /?о получаем выражение:

где А/А^В^^С'й^рд^ есть выражения,определяемые сопротивлениями, токами, отношением токов,часткнш производными и произ-

П

ведениями этих величин.Задавшись значением Яг. в (25) определяем Р0,а из другая соотношений. ^ ^ Яе .Результаты анализа,теоретические расчёты параметров и характеристик электрометра приведены в приложении к диссертации.

На основе проведённых теоретических исследований разработан, изготовлен,испытан и передан заказчику прецизионный электрометр прямого усиления.Он собран по схеме устойчивого баланса и дрейф нуля практически отсутствует на всех диапазонах измерения.Упрощен— нал принципиальная схема приведена на рис.7 Исходными данными при разработке электрометра являлись предельная чувствительность, минимальная величина дрейфа нулевого отсчёта (временного и темпе-ратурпого)точность измерения,надёжность системы,простота конструкции и настройки.Входной каскад электрометра выполнен в вида .данном на схеме (рис.7 -) .Лампа 314-6,измерительные сопротивления 10 ДО10, 10® и 10® Ом размещены в отдельном блоке с двойной электростатичес кой и магнитной экранировкой (

' Предусмотрена возможность проверки сопротивлении Ю12 и 10^ Ом,ах калибровка,проверка коэффициента передачи по напряжению.Связь входного каскада со вторым каскадом - активная на транзисторе КП--1031?,что позволяет существенно увеличить коэффициент передачи и привести вход к нулевому потенциалу.По такому же принципу рассчитан и собран следующий, каскад.Линеаризация моста на ЭМ-6 достигается применением опорного напряжения ио =10,620 Б.Решением уравнений ус- | тойчивости баланса определены значения напряжения питания электрометра и отдельных каскадов (IIпит. =+24,7 В),а также значения всех еолротивлешхй.Коэффициент усиления-по напряжению без обратной связи около 100,коэффициент стабилизации источника питания 5000,Протоколы испытаний электрометра и краткая инструкция по эксплуатации ' приведены в приложении диссертации.Приведены результаты использо- . вания прибора для измерения больших сопротивлений биообъектов.

^5Юот£й_главе рассматриваются новейшие экологизированные разработки технических средств по проведению предпосевной обработки семян хлопчатника с целью борьбы с болезнями.Работы выполняются по контракту с ГйЧГ Республики Узбекистан в 1993-94 г,г. в ГСКБ по машинам для хлопководства.Рассмотрены физико-химические свойства активированных водных растворов,используемых для увлажнения семян хлопчатника и устройство для получения анолита и католита.Создан опытный образец дал электротермического увлажзоная семян,получены слкгии-полавые результаты по использованию алэктроакгивированных ясзеяыа сеиде. Бия ¡¡сследоваш различные варианты увлажнения семян:

Й5

вначале для ингибирования их болезней анолитом с рН=5-7,электроимпульсная обработка и во второй стадии - увлажнение семян католитом с рН=9-10 для стимуляции их роста.Бохожесть семян при этом на 6 и 8-й дни стабилизируется и достигает 94-97/2.Приводится подробная методика и результаты экспериментов.данные хозяйственного опыта,полученные в сезоне 1993 года приведены в таблица.

Варианты ! Площадь ! Масса коробочек,г !Бец.хдатсового гзв0 семШ1

опытов 'посева,га!----Ш! г

! !Со створкой!Хлопка-! !

! !г. .'сырца,г!

Опыт I ! 5 ! 7,19 ! 5,47 ! 1,84 ! 3,е# Опыт 2 ! 4 ! 6,92 ! 5,09 ! 1,92 ! 3,12 Контроль ! 6 ! 6,78 ! 4,34 ! 1,49 ! 3,05

$изико-маханическае свойства волокна,собранного с опытных и контрольных карт,исследовались в НПО "Хдопкопром".Результаты исследований приведены в приложения к диссертации.

Установлено,что элекгрообработатше семена,дают друише всходи я устойчивы.Так з колхозе "Карабаг" Кашнадарьинской области в 1993 г. семена,обработанные электромяг/льсным способом не пересевались, а необработанные пересевались на площади более чем 60?,заболеваемость их гоммозом была выше,чем у электрообработанных.Результаты опытов приведены в виде таблиц.

Разработаны с учётом опытных результатов новые технические средства для увлажнения семян электроактнвировашюл водой и одно-времозшой их электрожшульсной обработки барабанного и вибрирующего типов,типа "высовнкщий аппарат",Соискателем решаются задач;! их ПК, С этой целью разработаны для. автоматизированного банка данных паспорта и карточки новых $ТЭ и их морфологических матриц (материалы приведены в приложении диссертации) .Душ оптимизации технических решений по ПСС электропротравливателей посевных семян хлопчатника рассмотрены алгоритмы поиска,ранжирования и многокритериальной оп-тлмязации„Для новых TP алентролрограаливагалей седин построены о применением вновь разработанных соискателем моделей целей ЭИМЦ биологической и сыпучих тел) параметрические структурные схемы,получены выражения основных их характеристик.В настоящее время разработана техническая документация для изготоалегшя высевамцего аппарата с комплексной обработкой семян (в том числе элоктроимпульсной), который будет использован в полевж испытаниях I995-9G г.г.

Рассмотрены модернизированные импульсные схемы ишя технологических электроустановок для обработки хлопчатника и сорняков.

Впервые создан алектростершизатор (мобильный вариант) корневищ многолетних сорняков (КЮ) на базе картофелекопателя с двойной электроиыпульсной обработкой с вычёсыванием корневищ из почвы.Приведены результаты исследований анатомо-морфологической структуры' КМЗ после электроимпульсной обработки,а также результаты производственных испытаний данной установка,Режим электростерилизации КЮ проводился при Up =7 кВ.времеш обработки i =0,5 с,ёмкости конденсатора 1СГ9 Ф.Электрообработанныэ КШ в почве на 30-й дань полностью теряют жизнеспособность и превращается в органику.Приводится параметры установки.

В седьмой главе рассмотрено технико-экономическое обоснование (по своей методике) для поискового конструирования на основе А1Щ ФТЭ,рассчитан ожидаемый, экономический эффект от црименения в условиях ГСКБ Волгоградского тракторного завода,рассмотрено обоснование эффективности электрстэхнологий возделывания хдопч&тника (рав-чёт выполнен на примерз послеуборочной стерилизации-измельчения хлопчатника н является типичным для других технологических процес-вов).

Расчётный экономический эф$вкт от применения АЩ ФТЭ в сравнении с базовым вариантом составляет 468,13 тыс.руб/год (по ценам 1990 г.),а срок окупаемости капитальных вложений в новую технику только в сфере проектирования составляет 3,45 года.Общая годовая экономия от применения алектроотершшзатора КМС составляет I8S0 руб.(по ценам на 1.06.92 г.),при электропротрашшвании-увлагаении семян хлопчатника экономия составляет 85,7 руб/т посевного материала. Электротехнологические приёмы возделывания хлопчатника на всех этапах являются.помимо экологичности и экономически эффективными.

В диссертации даны рекомендации по дальнейшему развитию теоретических и экспериментальных работ по автоматизации ПК предпро-ектных разработок и электротехнологическим приёмам обработки хлопчатника и соркякбв.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

I. В хлопкосеющих республиках Центральной Азии из-за широкого использования ядохимикатов сложилась тяжёлая экологическая ситуация, наносящая огромный вред окружашцей среде и живому организму. Вредные мутации,вызываемые ядохимикатами,являются причиной злокачественных опухолей,преждевременной старости и наследственных болезней человека животных, порчи промышленных сортов растений (в .. том числе хлопчатника).Необходимы альтернативные технологии.исключающие ядохимикаты,должная организация защиты растений. ;

В результате проведённых исследований установлена эффективность экологически чистого электроимпульоного возделывания хлопчатника, а также борьбы о сорняками.Разработаны опытные образцы электроустановок, они прошли производственные испыташгя.Создание конкурентоспособных технических средств с. оптимизированными параметрами требует разработки научных основ проектирования прежде всего на поисковом этапе,базирующегося на мощной и эффективной концепции.Такой базовой концепцией в данной диссертационной работе является энергоинформационная модель цепей (ЭШЦ) с её универсальным математическим ( аппаратом параметрических структурных схем (ПСС),

2, Сформулированы основные требования к автоматизированным банкам данных физико-технических эффектов (ФТЭ),рассмотрена методика составления паспортов ФТЭ и их морфологических матриц (ММ).

3. Впервые разработаны модели новых цепей: биологической и сыпучих тел со своими величинами-аналогами и параметрами-аналогами, отвечающими критериям ЭйМЦ,дополняющие и значительно расширяющие

её возможности.С использованием этих моделей разработаны ПСС для технических средств электроимпульсной обработки хлопчатника этого разработаны паспорта ФТЭ и ФБЭ.Ш.На примере показан синтез новых технических решений по ПСС и многокритериальной оптимизации вариантов ПСС.На основе ПСС получены уравнения для характеристик электроустановок и технологических процессов,Результаты разработок ПК внедрены в организациях и вузах Москвы,8вердяовска,Саратова, Таш.~ кента,Волгограда,Горького и др.Разработаны алгоритмы поиска новых технических решений,многокритериальной оптимизации.Банк паспортов ФТЭ,синтезированных технических решений записаны на дискетах для ПЭВМ типа IBM XT.

4. Обоснован экономически и энергетически выгодный злектроим-пульсный режим возделывания хлопчатника и уничтожения сорняков на основе анализа экспериментальных и теоретических исследований по электроплазмолизу.Проведены специальные исследования о биотестом ауксина,ответственного за развитие хлопчатника,определены стимулирующие его рост частоты.Эти исследования подтверждают обоснованность импульсного решша обработки хлопчатника и сорняков.

5. На основе дифференциальных уравнений Эйлера,Ньютона,вариационного принципа Гамильтона-Остроградского,расчёта тепловых процессов, законов сохранения энергии получены:

- математическое вьфажение,характеризующее противодействие импульса движению питательной жидкости в растении;

- выражение,описывающее в хорошем приближении с экспериментом

зависимость олектрического сопротивления посевных семян от ноязг-чества впитываемой жидкости;

- выражение,позволяющее рассчитать необходимую для раскрытая-коробочек хлопчатника при электродесикацш напряжённость электрического поля и Кулоновских сил;

- выражение для оценки потенциала теплового пробоя корневищ многолетних сорняков в зависимости от физических параметров и режима обработки при алектростерилизации.Теоретические зависимости хорошо согласуются с экспериментальными.

6. Теоретически и экспериментально разработаны вопросы по созданию высокоточного прибора для измерения сверхмалых токов и больших сопротивлений в биологических объектах,в технике физического эксперимента,для чего:

- с позиций достижения предельной чувствительности измерения и минимального дрейфа нуля выбрана схема прибора о параллельным балансом ДОриджа-Барта;

- теоретически детально проанализированы возможности устойчивого баланса в электрометрических схемах прямого усиления;

- сформулирован критерий применимости электрометрических ламп ' с конкретными характеристиками и параметрами,требования к резисторам и источнику питания;

- разработана принципиальная схема прецизионного электрометра прямого усиления;

- до результатам теоретического расчёта и экспериментально снятых характеристик изготовлен опытный образец прецизионного электрометра с высокой чувствительностью,минимальным дрейфом нулевого отсчёта (временного и температурного).надёжностью системы,простотой конструкции и настройки.Приводятся протоколы испытаний прибора,использования его при измерении сопротивления компонентов (семян) хлопчатника,

7. Впервые разработана и получены ^пытно-полевие результаты исследований новой экологизированной технологии предпосевной обра-, бочки семян хлопчатника при инйймрухщем увлажнении на 1-й стада электроактишроваивой водой - анолигом и после электрошлпульснси обработки на 2-й стадии - стимулирутодим рост хлопчатника католигом. Установлэньг возрастание и стабилизация всхожести семян (до 94-97/1), улучшение физико-механических свойств получанного хлопковая окна. Разработаны с использованием КС технические средства для предпосевной подготовки семян хлопчатника,позволяющие реализовать новые технологические рзшения.

8. Разработана экологически чйстая технология электростерили-задиа корневищ многолетних сорняков о вычёсыванием из почвы двух-стадяйным электровоздействием с целью ушЧтожения.Установлен оптимальный. режим обработки,способствующий последующему интенсивному разложению в почве.Создан опытный электростершшзатор КМС,прошедший производственные испытания в раде хозяйств.

9. Проведена,оценка ожидаемого экономического эффекта от применения АЩ ФТЭ Для поиекового конструирования в ГСКБ Волгоградского тракторного завода,который составил -168,13 тыс.руб. в год при сроке окупаемости капиталовложений в новую технику 3,45 года, (в ценах 1990 г.).

Экономическая эффективность элэктришулъсного уничтожения корневищ многолетних сорняков с вычёсыванием составляет 1860 руб/га (по ценам на 1.06.92 г.).

Основные положения диссертации изложены в следующих работах;

1.Фахрутдинов Э.Н. Малогабаритная электронно-лучевая установка доя обработки материалов.Ж.Пркборц н техника эксперимента. I965.Ä>.C,226.

З.Казьшн Г.С.,Носков Д,А.,Фахрутдинов Э.Н. и др.Опытная электронно-лучевая установка для обработки материалов.Удостоверение о регистрации :?4ПЭ1 от 6.12Д953. ;

3.Фахрутдаков З.И.Исследование конструкции импульснш: электронно-лучевых устройотв.]дес....кавд»техн.на;р<.Томск.1967.

4,$ахрутданов Э.Н.Исследованяе вакуумных и электрических характеристик конструктивных материалов."Электронные ускорители", ■Груди У Межвузовской койфере1вдш,М.Эиергия.1968.С.425.

Б.Гутова Л.А,,Крейнледь J0.S,.Фахрутданоз Э.Н.Газоразрядный импульсный источник электронов."Электронные ускорители".Труда У Межвузовской конференции.},?,:Энергия.Е968.С.428.

6.A.c. СССР №331861.Устройство для размерной обработки материалов. (Авторы:Э.Н.Фахрутданов,Д.А.Носков).Приоритет ох 18.09.1968,

7,Андреев И.С.,®ахрутданов Э.Н.Анааяз возможности устойчивого баланса в электрометрических схемах прямого усиледая.//Проектиро-ванио и расчёт устройств электронной техники,автоматики и вычислительной техники .-Томск. :Изд.П7.1982,С.30-36,

8.3ариггов М,4.(рун. работа) .Фахругдинов Э.Н.(отв, испол.) и др. Автоматизированный банк даншк'по физико-техническим эффектам, обоб-> щённым приёмам,программ ведения и вашшшия банка дашшх.НТО

ТИШМСХ. №116-85/021497, Ташкент.1987.

9.Фахрутдинов З.Н. О параметрических структурных схемах технологических установок и эффектов.Тезисы докладов УШ Всесоюзной научно-технической конференции "Измерительные информационные системы".III час ть,Ташке нт.1987,С.112.

Ю.Андреев Й.С, ,&щ>утдинов Э.Н. 0 входном каскаде высокоточного электромэтра л его параметрической структурной схемз.//Банк данных ддя САПР датчиковой аппаратуры сель^озиазначения.Труды ТИИИМСХ.Вып, 255 Л988. С. 46-51,

П.Фахрутдинов Э.Н.Примэнеше параметрических структурных схем (ПСО) для анализа работы технологических установок и процессов.// Банки данных для САПР датчиковой аппаратуры с&хьхозназначеняя.Тру-ды ЗИЙЙМСХ.1988.С.110-П8.

12/1ахрутдинов Э„К.,Некрасов в.Н. Экономическая эффективность применения энергоииформациодаого метода анализа и синтеза новых технических решений в САПР датчиковой аппаратуры сельхозназначения, Тезисы докладов У республ.Межотраслевой н.-т. конференции "Теория и практика разработки внедрения средств автоматизации,роботизации технологических и производственных працесаов.Уфа.1989.

13.®ахрутдинов Э.Н.,Зарипов М.Ф. Об энергоикформационной модели биологичаокой цепи для подсистемы поискового конструирования САПР датчиковой аппаратуры сельхозназначения.//Тозисы .окладов Все-сокзной конференции "Механизация и автоматизаим технологических процессов в агропромышленном комплексе".Новосибирск.1989.

14.Фахрутданов Э.Н,,Фатхушгаа А. Н.,Бараков м.Ф.(рук.).Разработка энергоинформациошой модели биологической цепа .НТО ТУЕПМСХ.-Ташкент. 1989. РГ №01870018696.

15.Фахрутдоков Э.Н. Основные требования к автоматизированному банку данных по физико-техническим эффектам.//Банк данных для САПР . датчиковой аппаратуры оедьхозназначения. Труды ТИШСХ.1890. Вып. 274.С.65-69.

16.Фахрутданов Э.Н.,1>ахрутдинов Р.Э.Морфологическая матрица эффекта электрохимического интегр0ровашм.//Банк данных дта САПР датчиковой аппаратуры сельхозназначения.Труды ЕЕШЖХ.Вап.274.1990.

17.Мухаммаднез А.(рук. работы) .Тонких А.К. .Фахрутданов Э.Н. и др. "Разработка конструктивно-технической документации установки для обработки хлотатника.НТО ОТМСХ.К61-91 за 1991.59 с.

К.Ыухошкдаев А.,(рук. работы),Фахрутданов Э.Н. и др."Есследо- , вопле и внедрение нахямкческой технологии возделывания хлопчатника . с использованием электрэтесклх искровых импульсов.НТО ТИИШЗХ.№242~

-91.Ташкент.1991.

19.Муха»адиев А.,Фахрутдинов э.Н. и др.Раарайоаяа,изготовление и агротехническая оценка эффективности элежтропротравливателя-увлаяштеля семян хлопчатника электроактивлровагаюй водой.НТО Щ МП "Искра".Hay.1992.

ЙО.Ташпулатов Н.Т, .Фахругданов Э.Н. Задачи исследования электрообработки корневищ многолетних сорняков о использованием электрических импульсов высокого напр.иения.Тезисы докладов Респ.н.-т. конференции "Проблемы выработки электрической энергии и вопросы злектротехнолопш в машиностроении и других отраслях народного хо- ' зяйства Республики Узбекистан .Ташкент.1992.С.173-175.

21.Фахрутданов Э.Н. О физико-технических эффектах между цепям биологической и другой физической природы.//Элементы подсистемы по-' искового конструирования для разработки мобильных объектов сельхозназначения. Труды ТИИЯЫСХ Д992.0.16-20.

22.Мухаммадаев А,,Еайзаков Т,М..¿деабаров Н.Г.,Каримов Н.Х.,<5ах-рутданов Э.Н. Предуборочная элэктрообработка хлопчатника.Информац. листок о передовом научном опыте .УзШМ'Ш.Ташкент.I9S3.

23.Мухаммадаев А.,Фахрувдгаов Э.Н. и др.Элактрообеззаражгвание -увлажнение семян хлопчатника электроактивированной вадей.Информац. листок о передовом производственном опыте.УзНИМИ,Ташкент,1993.

24.ЭДухашадиев А. .¿дабаров Н.Г. .Фахрутданов Э.Н. и др.Электроимпульсная обработка однолетних и многолетних сорняков.Информац. листок о передовом научно-техяичеоком опыте.УзШШИ.Ташкент.1993.

25.Мухаммадисв А..Фахрутдаяов D.H..Холияров М.Экологически чистая электрочеканка хяопчатника.-Тезиск докл. Респ.научно-практической конференции "Экология и рациональное использование природных ресурсов.Ташкент.1993.

26.Фахрутдшыв Э.Н.,Мухамкадаев А. Электродесикация коробочек хлопчатника.-Тезисы докл. Респ.научно-практической конференции "Экология ж рациональное использование природных ресурсов.Ташкент.1993.

27.Мряыттвв А.,Фахрутдинов Э.Н.,Гошпулатов Н.Т.Электростерилизация растений.-Тезисы доза. Респ.Научно-практической конфереш^га , "Экология.и рациональное использование природных ресурсов.Ташкент. 1993. ,

28.Иухаммадаев А.,Фахрутдяяов э.Н. и др. Предуборочная обработка хлопчатника.-Тезисы докл. Всероссийского научно-технического семинара "Высокоэффективные электротехнологии по производству продуктов сельского хозяйства,их переработка и хранению".М.:МГАУ.1993.С.

-46-47. .

29.Мухаммадиев А..¿хабаров 11.Г. .Фахрутдинов Э.Н. и др.Предпосев-

* е

+ ..V . ' ЬО ■

над подготовка семян хлопчатника электроактивированной водой.-Тези-сы докл. Всероссийского научно-технического семинара "Выоокоэффек-тивнне электрогехнологии по производству продуктов сельского хозяйства, их переработке и хранению".Ы.:МГАУЛ993.С.50-51.

ЗО.Мухаммашев А. .Матчанов Р.Д.,,®яабаров Н.Г.,Фахрутдинов Э.Н. Экологизированная электротехнология борьбы с болезнями и вредителям! хлолуатнлка.Информ. листок о передовом производственном опыте.ГШ1И РУз.Ташкент.1994.

ЗЬМухаммадиев А. ,Фахрутдашов Э.Н, и др.Универсальный высоковот ный источник импульсов дан экологизированных электротехнологий обработки хлопчатника.Информ. лиогок о передовом производственном опыте, ГШТИ РУз,Ташкент. 1394.

32.Мухатгадаев А.,фахрутдинов Э.Н. и др^Еиектродесикация зелёных коробочек хлопчатника.Информ,листок о передовом производствешш опыте.ШЛИ РУз.1994.

33.Мухаммадаев А. »Фахругдшов Э.Н. и др. "Разработать и исднтат) электроискровые установки для. предпосевного протравливания-увлажнеш семян хлопчатника электроактивированной водой и для уничтожения ода! летних и многолетних сорняков"// НТО ГСКБ по машинам для хлопководства по контракту )№ с ГКНТ РУз. 1994.130 с.РК 01.95.0003780 (Щ 02.95.0001478) от 18.01.95.

34.Муха»адиев'А.,Дкабаров Н.Г. .Фахрутдинов Э.Н. и др. Злектрооб-работка хлопчатника и многолетних сорняков.ПЯТИ ПШТ РУз.1994.С.71

ЗБ.Межгосударсгвенная продовольственная экологическая программа акционерного общества "Арал" (Подпрограмма 2.4."Разработка экологически чистой электротехнолоиш борьбы с болезнями и вредителями сел: хозкультур".Научный руковод.Мухаммадиев А.,отв. исполнитедь Фахрут-динов Э.Н.).Ленгер.1994.С.37-53.

36.Мухаммадиев А..Матчанов Р.Д.,ФахРУТДиаов Э.Н..Каримов Н.Х., Котов И.О. Экологизированная электротехнология возделывания и зашит: растений (хлопчатника) от болезней,вредителей и сорняков.//Хаспко-водство.Научно-технический информационный сборник.1994. ; '

37. Мухамыадаев А.,Фахругдинов Э.Н..Колесников В.А. Доступно, деаелэ,екэясшчиэ.//Де>1!региоиалькая об'леотвенно-зкономическая газета "Вязнес-веотнлк Востока"(ЕВВ).К4 (160).1995.

ЗУ. Колесников Б.А. .фахрутдинов Э.Н. "НСУ - ХАУ" ДЛЯ почвк и води.//Межрегиональная общественно-экономическая газета "Еизкес--мстиик Востока"(ЕВЗ) .У»7 (103) .1995.

и