автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Комплексное применение электрических полей в системах подготовки семян

- ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМЕТ СССР ^3

Челябинский ордзна Трудового Красного Знамени институт Цхани.зацци я электрификации сельского хозяйства

I ^ V1 На правах рукописи

Л'*

у ^ Каывнир Эмиль Александрович

1 V

/ УДК 631.53.027.33.0015 (043.2*

КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ШЛЕЙ В СИСТЕМАХ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства

Научный консультант -заслуженный деятель науки я техники РСФСР, доктор технических наук, профессор

А.Ы.Баоов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Челябинск - 1989

Работа выполнена в Челябинском ордена Трудового Краснол Знамени институте механизации и электрификации сальског( хозяйства

Официальные оппоненты

заслуженный деятель науки я техники РСФСР, доктор технических наук, профессор А. ¿¡.Любимов

академик ВАСХНЭД;, доктор технических наук, профессор И.И.Мартцненко

■академик ВАСХШМ, доктор технических наук, профессор Л,Г.Ерищеп

Ведущее предприятие

- Государственный проектный институт по проектировании пред при я ти й до с л еуб ор о чно й •обработки,, хранения зерна и лаыян трав..

Защита состоится

" _ 198_г. на .за«

дании специализированного совета Д 120.46.01 Челябинского о] дена Трудового Красного Знамени института механизации ■« эле! тарификации сельского хозяйства (454080,, г» Челябинск., яр. им* В.П.Ленина, 75). .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЧИМЭСХ..

■Автореферат разослан " 11____ 198__г,.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах,заверенных гзрс вой печатью., направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.К.Ленина, 75, специализированный совет.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

Ы.В.Авдеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основными направлениями эконоыическо-) и социального развития ССОР, принятым на ХХУП съезде КПСС, эедускотрено довести валовый сбор зерна до 250...255 или т. До-1 семеноводстга при повышении уронайностя составляет около 30 %

Вместе с тем из-за несовершенства технологий и оборудования злускается до 40.$ потерь семян, а 30...40 % полученных семян з дают в поле всходов. Подготовка семян сопровождается значи-зльньши энергозатратами и нерациональным использованием химичо-шх препаратов. Если учесть, что в созреваем колосе все семена зляются продолжателями вида и полностью сохраняют урожайные зойства сорта, то становится очевидной необходимость разработки )вых принципов и технических средств подготовки семян.

В настоящее время выполнен большой комплекс работ по исполь-)ванию различных видов электрических полей в машинах для очист-1 и активирования прорастания семян. Однако применение этих маш, выполняющих отдельные операции, не всегда оо'зспечивает тре-гемое качество конечного продукта. К тому ие использование в шинах одного вида электрического поля зачастую ограничивает до-гияение необходимых параметров процесса. Разрабатываемые подхо-1 к получению высококачественных семян районированных сортов не >гут быть плодотворными без учета того, что экологические усло-!я, семена как биологические организмы и операции над ними явится факторами единой биотехнической системы.

Сложившаяся ситуация требует разработки нового направления ¡следования - комплексного применения электрических полей в тех-[ческих средствах, технологических процессах и системах подго->вки семян, за счет чего моано повысить эффективность подготов-[ семян при снижении энергозатрат и расхода препаратов. Все это >зводяет считать научные изыскания по комплексному применению (ектрических полей для подготовки семян актуальными, имеющими 1жшэе народнохозяйственное значение.

Цель работы. Целью работы является формирование и обоснова-ге методологической основы комплексного применения электричес-IX полей в структуре технических средств, технологических про-¡ссов и биотехнических систем подготовки семян, обеспачивахадх •вышение эффективности получения семян, которые способны реали->вывать свои потенциальные возмонности в различных условиях.

Научная новизна. Установлена взаимосвязь электрофизических

параметров с различными видами неоднородаостей семян, разрас на структура биотехнических систем подготовки семян, учитыва взаимосвязь антропогенных операций над семенами с естествен!! фазами и экологическими условиями их созревания, разработань ти комплексного применения электрических полей в биотехничес системах и технических средствах подготовки семян. Выявлены нологические закономерности комплексного применения электрик полей для сепарации и активирования прорастания семян. Изуче электрофизические закономерности комплексного применения эле ческих полей в новых способах контактной и бесконтактной сег ции, обезвокивания семян, нанесения на них заадтно-смшулиру препаратов. Предложены новые системы и средства подготовки с с комплексным использованием электрических полай, методы оцо аффективности их применения.

Практическая ценность. Результаты исследований являются вой для создания биотехнических систем подготовки семян с ко плексным использованием электрических полей, разработки новы нологических операций, создания к использования новьк технич средств элзктроселарации, электрообезвояивания, элзктронанес и электроактивирования прорастания семян, разработки методик ки электрофизических параметров семян и различных электротех гических процессов и установок, а такке рекомендаций по прое рованию семзаводов и пунктов обработки семян, отделений прот лизания семян и предпосевному активированию их прорастания. Реализация результатов. Результаты работы использованы в исходных требованиях на технические средства подготовк семян, утвержденных в установленном порядке;

в технических средствах и технологических линиях с ними, эксплуатировавшихся в ряда хозяйств;

в технических средствах, прошедших предварительные, пряё ные испытания и производственную проверку, включенных в "Сис иашин для комплексной механизации сельскохозяйственного пуои ства на 1981-1990 гг.";

в типовых и индивидуальных проектах пунктов подготовки с б ведоиственннх нормах технологического проектирования з дов и пунктов послеуборочной обработки и хранения продовольс лого, фуражного зерна и семян зерновых, зернобобовых, маслич культур (19ВЬ г.);

в рекомендациях по проектированию и строительству отделе, протравливания семян в стационарных условиях (1984 г.) и пре,

еиному активировании прорастания семян (1979 г.)?

в учебной курсе "Элзктротехнология" для студентов высших учзб-их заведении по специальности "Электрификация сельского хозяйст-а";

в учебных программе и курсз факультета переподготовки кадров о специальности "Эдзктрояцо-ионная технология в отраслях АПК";

в дипломных проектах и работах Челябинского ордена Трудового расного Ьнамени института механизации и электрификации сельско-о хозяйства.

От использования элзктросеняобрабатывавдих малин и установок зернообрабативаадгх агрегатах и комплексах, сешшчистительных риетавках в хозяйствах Челябинской области и Ставропольского рая за 1977-198С гг. получен экономический эффект свыше СО ть;с. руб. Расчетный экономический эффект от использования в проектированных семпунктах биотехнической систзмы подготовки емян и комплексного применения в них электрических полей ссс-авляет ^0...2£У тыс. руб. в год. Результаты НИР по машинам, ус-а^овкаи, а1'рэгатам и устройствам переданы машиностроительном рганизациям.

На зациту виносятся:

комплексность применения электрических полей в структурах истзмы, технологического процесса и технического средства;

концепция биотехнических систем подготовки семян, основанная а системном подходе к анализу взаимосвязи'экологических усло-ий, процессов естественного развития семян и антропогенных опе-аций над ними;

методика изучения физических параметров семян с учетом раз-ичнкх видов неоднородностей;

технологические закономерности процессов электросепарации и лектроактивирования прорастания семян;

способы и технические средства с комплексным применением локтрических полей для обезвоживания, сепарации и активирования рорастанин семян, нанесения на них защитных препаратов;

результаты производственных испытаний и хозяйственного исполь-ованиа технических средств, технологических процэссов, подсис-ем и систем подготовки семян.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались

на научно-технических конференциях ЧЖЭСХ Челябинск, 1975 гг.), всесоюзных конференциях "Применение электронно-ионнс нологии з народном хозяйстве" ^Тбилиси, 1978-1581 гг.); ^с ной научно-технической конференции по применению токов ло! нол частота (Ордкошподзе, 1979 г.); Всесоюзном научно-тез ском совещании "О дальнейшем развитии электрификации селъс хозяйства в свете постановления июльского (1978 г.) Плену:-КЬОО" (Злежгкар, 1980 г.); засоданки бюро Отделения растен ства к селекции ВАСХШ-Ш (Москва, 19Ь1 г.); координационно!: те по созданию и внедрению .технических средств для послеуб ной обработки и хранения зерна и семян колосовых культур ( град, 1982 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "Р тие комплексной механизации производства зерна с учотом зо них условий" (Москва, 1982 г.); научно-практической коифер "Электротехнология в реионни Продовольственной программы С (Челябинск, 1984 г.); совместном заседании иаучно-техничзс совета ¡.Ншсельхоз СССР ц Отделения растениеводства и село ВДСлН.К (Тольятти, 1984 г.); техническом совещании Главка новодства Айшсельхоз РСоСР (Москва, 1934 г.); Всесоюзной н но-технической конференции по электрификации, автоматизаци теплоснабжению сельскохозяйственного производства (Смоленс

1985 г.); научно-практической конференции "Ресурсосберегаю технологии в сельскохозяйственном производстве на основе э. шинированных процессов" (Челябинск, 1986 г.); научно-техш; семинаре "Качество растениеводческой продукции и повышение тивности сельскохозяйственного производства" (Челябинск, I! г.); научно-координационном совещании "Использование физич факторов для обработки семян и посадочного материала" (Ряз;

1986 г.); межвузовском координационном совете по сельскохо; венной радиобиологии (Харьков, 1987 г.); координационном С1 ннй по комплексной механизации уборки, обработки урожая, т товки и хранения ссмял зерновых культур (Зерноград, 1988 г ХУП научной школе ИГУ "Биологические мембраны" (¿¡осква, 19!

Публикации. Но теме диссертации опубликовано 57 статей, 21 тезке докладов, получено 36 авторских свидетельств на и; тения, написано 14 научных отчетов, прошедиих государствен; регистрацию.

Объем к структура. Диссертация состоит из введения, ос;. разделов и заключения, содорхит 296 страниц текста, 121 }ь 53 табл., список литературы из 381 наименования и ирклогош

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕШ

Использование электрических нолей для организации процессов подготовки семян заняло зздуцзе место в сельскохозяйственной электронно-ионной технологии (ЗЛТ). Теоретической основой и практической базой многих процессов Э:1Т являются работы Попкова B..L, Басова A.M., Бородина Я.Ф., Верещагина ¡¡.П., Глазова U.U., Дун-ского В.Ф., Лзакова Ф.Я., Керкадзо Ш.Г., лзвитова В.И., Мартыцен-ко И.Л., Лирзабекяна Г.В., /¿шзснко В.Л., Олофлнского И.О., Панина ¡i.A., Поделенэ A.B., Ревнязцева В.Я., Таруакика В.И., Цазуря-на А.И., Шмигеля В.П., Яснова Г.А. и многих других.

Развитие направления применения электрических полей в соме-нозодствз до настоящего времени носит в основном экстенсивный караетор, обусловленный сначала поисками новых технических реие-:1Ий для сепарации и активирования прорастания семян, а затем расширением масштабов их распространения. Сами принципы организации процессов электросепарации и электроактивярования кастоль-<о просты, что работоспособными оказываются большинство предлагаемых технических решений. Поэтому для какдого из этих процес-;ов создано, как правило, мнокество технических средств разл;:ч~ 1ых конструкций. Однако применение отдельных пооперационных иа-1ин, не увязанных в технологии между собой, с другими антропогенными операциями и процессами естественного цикла развития :еыян не ыохзт обеспечить получение конечного продукта требуемо-'о качества.

В последние годы расширяются исследования, направленные на овыыениё эффектен ости использования электрических полей в свиноводстве. Они ведутся в Ч:ШСХ, ¡ШСП, ЛитЯЖЮСХ, .УкрНИШЭСХ, девском СХИ, BilU, ВИЗСХ, НПО "Армсельхозыеханизация" и др, Од-ако и эти исследования не отражают возможность комплексного ис-ользования электрических полей как в структуре системы., так в труктуре технологического процесса и технического средства, ледует отметить, что эти исследования по-прежнему касаются отельных, не взаимосвязанных операций, следовательно, их резуль- • аты не оказывают достаточного влияния на весь комплекс техни-эского и методического обеспечения применимости злактричоских злей в семеноводстве. Кроме того, они не рассматривают различие электротехнологические процессы подготовки семян, экологи-5СКИ9 условия получения и ид физиологические состояния как фак->ры единой биотехнической системы.

В настоящем исследовании рассматривается использование эл! трическлх полей при подготовке семян в период от уборки до noi ва. Такой' подход позволяет определить место электрических пол! как в системе подготовки семян, так и в технологическом npouai се и в техническом средстве. Особое внимание уделяется вопрос! влияния на электрофизические параметры семян различных видов i однородностей, отражающих экологические условия и физиологическое состояние семян, так как именно в этих вопросах находят отражение особенности технологического применения электрячзсш полей в биотехнических системах.

Отмеченное позволяет научную проблему, возникшую в связи с необходимостью повышения эффективности использования элзктриче ских полей в семеноводстве, сформулировать следующим образом: исходя из концепции биотехнической системы подготовки семян, раэработать и обосновать методы и положения компоновочных реае Hüii технических средств, технологических процессов, подсистем и систем с комплексным применением электрических полей как ось ву нового направления совершенствования процессов сельскохозя! ственной ЭйТ.

Многостороннее рассмотрение указанной проблемы потребозалс изучения целого комплекса научных и практических задач: провес системный анализ нэоднородаостей семян, их состояния и элзктрс физических параметров и факторов, их обусловливающих; установи технологические законом ер.чости процессов электросепарации и электроактивирования прорастания семян; разработать электрофиэ чзские основы функционирования способов и технических средств подготовки семян с комплексным использованием электрических по лей, включающих фракционирование свекзубранных семян, очистку их от примесей, удаление свободной влаги из семян, нанесение и них защитных препаратов и активирование прорастания семян пере посевом; разработать и создать биотехнические системы, подсист мы и элементы подготовки семян с комплексным использованием электрических полай.

СИСТййНЫЙ АНАЛИЗ ШЕЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЗОДНОРОДПОСТЗЛ СЕМЯН

UPй ИХ ПОДГОТОВКЕ С ЕР«ШШЯ«Ш ЭЙШУИЧВСЯЯХ ПОЛЕЙ

Естественное электрическое поле как энергетический фактор агробпоценоза. Организация биологических организмов существует как .во зрокеии, о чем свидетельствует упорядоченность лроходдо um олро^влонкнх фаз развития, так к в пространстве, где она ъ

раиавтся в их строении. Прохождение этапов развития индивидуально для каждого семени и зависит от действия большого количества различных факторов естественной и искусственной природы. Вслзд-зтвие этого- семена дане в пределах одного колоса неоднородны по развитию, строению, физиологическому состоянию, химическому составу и физическим параметрам. Среди факторов, обусловливающих 18однородность семян, особое место занимают естественное электромагнитное поле (ЭШ1). В любой зоне, на любом этапе развития растений к ним подведен весь спектр электромагнитной энергии, определенную часть которой они погло4ают. Наряду с другими сигналами ЗИП воспринимается биологической системой, если его плотность шергии и поток находятся на шкале воздействующих факторов.

В результате получены выражения для удельных объемных плот-гостей и поверхностной мощности энергии естественного электриче-¡кого поля:

12)

де 4 - электрическая постоянная; _ относительная ди-лекТрическая проницаемость воздуха; ¿Г^ , - постоянная

переменная во времени напряженности электрического поля;

/ - объем; S - площадь.

о

Выполненные расчеты показывают, что на частотах 0...Ю Гц 1>Ш с энергетических позиций воспринимаются организмами.

Так как параметры ЭМП зависят от солнечной активности, то ыл проведен расчет связи между количеством некондиционных семян Мд ) и индексом солнечной активности (числами Вольфа, Зр )• результате расчетов получено уравнение регрессии

f ' (з)

Из (3) следует, что количество некондиционных семян вблизи инимума цикла солнечной активности больые, чем вблизи максиыу-а. Изложенное дает основание считать естественное электрическое оле фактором агроб'иоценоза, влияющим на качество семян.

Физические модели.-семян с учетом их неоднородноотей. При фи-ическои моделировании принято., что семя зерновых культур в цепи и его структурные элементы - зародыш., эндосперм, оболочки -

имеет форму сфероидов. Анализ к изучение ыассо-разкерных и ms нических параметров семян показывают, что они в значительной степени базируются на параметрах эндосперма и практически не стзлтельны к параметрам зародыш и развитию семени в целом. Вместе с тем исследованиями установлено, что у семян пленчак злаков, например овса, в качестве физического аналога морфолс ческой неоднородности может выступать координата центра тяжес (КЦТ), отсчитываемая от зародышевого конца семени:

где а„ - большая полуось; Л'„ - коэффициент пленчатости; - коэффициент заполнения.

При фракционировании семян овса по КЦТ о'ьшо получено, чтс продуктивность семян с J - 4,68...5,04 на 4...В г/м2 больше чем продуктивность семян с Л вне этого диапазона. Таким с разом, сортирование семян овса по КЦТ целесообразно. Лз (4) ъ но, что перед сортированием семян по этому признаку их необхс мо разделить по длине и выполненности.

Электрические параметры семян в значительной степени обус лены их химическим составом а содержанием влаги. На всех этаг развития семя характеризуется определенным содержанием влаги, которое по мере созревания семени даае на одном колосе измен? ся в значительных пределах. Так, при средней влажности 17,5 % влажность семян в верхней части колоса была II,7...18,6 в средней - 13,0...21,4 л в нижней - 17,4...24,0 При механик рованной уборке влажность ссмян в ворохе занимает диапазон oi В...10 % до 35...45 В начале уборки при влажности семян 24 доля кондиционных семян составила около 19 к середине убор она возросла до 63 % В конце уборки доля некондиционных по влажности семян уменьшилась до 3 Исследования также показа что нежизнеспособные семена в первые два часа более интенсивн поглодают влагу, чем жизнеспособные, и разница ыенду ними mos достигать 2...4 ¡¿. Посевные качества семян коррелируют с их влажностью. Так, при уборочной влажности 17семена пшеницы имели энергию прорастания 85 всхожесть SO а при влаанос 23 % - соответственно, 69 и'79 %. Изложенное позволяет считат что разделение семян по влажности позволило бы иметь фракции ыян различного развития; С другой стороны, выделение семян с кондиционной влажностью уменьшит нагрузку на сушильное обору ванив.

Методом сечений получена электрическая схема замещения семени, отражающая его-структурные элементы и направления осей эллипсоидов. Анализ показывает, что активная и ёмкостная составляйте общего сопротивления семени зависят от таких ке составляющих его структурных частей.

Электрическое сопротивление ( R ) свензубранных семян изменяется в ыироких пределах. Так, у семян пшеницы и ячменя оно находится в диапазоне 10^...IO1^ Ом, причем £ у семян из верхней части колоса значительно больше, чем из кяянеи. Но мере хода уборки содержание семян с меньшим X7 уменьшается. При этом изменяется вид распределения семян по £ от симметричного до асимметричного в сторону меньших значений. Естественно, что с увеличением влааности семян их /Р уменьшается. Увеличение влажности семян в среднем на 5...6 fi уменьшает его сопротивление примерно в 10 раз. Жизнеспособные л нежизнеспособные семена при влажности 12 % имеют одинаковые , а в дальнейшем по мере увеличения влажности их сопротивления отличаются на порядок. В частности, жизнеспособные имеют большие сопротивления. 3 то не время с повышением влажности возрастает с? и zb? (Р , причем, как правило, резкое возрастание начинается при влажности более 15 fi. У не-яизнеспособных <5 и tg S всегда больше, чем у жизнеспособных семян.

Ыассо-размерные и механические параметры семени, определяю- ■ цие целостность организма, не подлежат изменению при различных воздействиях. Вместе с тем, электрические параметры семян поддаются изменению за счет их нагрева. Анализ данных по оптическим характеристикам семян пшеницы позволил принять за селективный диапазон инфракрасного облучения область спектра 2,8...3,2 мкм, а для семян клевера и сопутствующих.сорных растений наиболее приемлемой областью являются спектры 0,9..Л; 1,2...2,6 и 3,8... 5 мкм.

. Облучение семян пшеницы Ж-излучением темного спектра повышает температуру поверхности аизнеспособных семян до 55 °С, а нежизнеспособных - до 63 °С. Увеличение времени воздействия вначале приводит к увеличению абсолютных значений температур и разницы ыекду ними, а затеи к их выравниванию. При йК-облучении наименьшая температура нагрева наблюдается у зародыша, наибольшая - у оболочек. Максимальная разница в R меяду жизнеспособными и нежизнеспособными семенами была получена при температуре

поверхности 73 °С. Исследований показали, что нагрев сеыян в сушилке СВЩ-16 приводит к небольшому изменению диапазона R , но при этом резко возрастает доля семян с R = 10®...Ом. Таким образом, нагревом сеыян ИК-облучением достигаются управляемые изменения в их электрических параметрах.

Для получения физических моделей семян использовались также методы электронного парамагнитного резонанса (ЭИР) и ядерно-магнитного резонанса (ffiiP). исследование сеыян методом ЭПР показало, что распределение свободных радикалов (CP) у семян .пшеницы имеет зид нормального закона распределения. Кроме того, наибольшая концентрация CP наблюдается в срезах зародышей, и по ее изменению можно судить об изменении всхожести семян. Сигнал протонного магнитного резонанса в семенах содержит узкую и широкую компоненты соответственно с шириной линии 0,.0,6 Гс и 6...8 Гс. Узкая компонента обусловлена количеством и плотностью распределения прогонов в молекулах масла и физически сорбированной воды, а широкая - количеством и плотностью распределения протонов в молекулах белков, углеводов, физически и химически связанных фракцией воды. При этом у семян пшеницы и ячменя отношение широкой компоненты к узкой приобретает устойчивый и характерный диапазон значений. У исходных семян оно было не более 3, а у потерявших кизыеспособность в результате температурного воздействия - не менее 5. Следует отметить, что наибольшая доля широкой компоненты принадлежит эндосперму.

Таким образом, электрофизические модели сеыян достаточно полно учитывают неоднородность семян по их структуре и состоянию» Но имднно электрофизические параметры материалов лежат в основе процессов с использованием электрических полей. Это и служит основой целесообразности их применения в биотехнических системах подготовки семян (ETC).

Структура биотехнической системы подготовки семян с комплексным применением электрических полей. БТС состоит из подсистем подготовки семян к хранению, хранения к подготовка сеыян к посеву. Она включает элементы, учитывающие естественные фазы развития и антропогенные процессы, приводящие к изменению биологического состояния сеыян и их технических параметров. В результате действия этих элементов происходит преобразование качественных и количественных показателей исходного материала в новую совокупность. В разработанной БТС преобразование осуществляется с

использованием электрических полей по тем физическим параметрам, которые наиболее адекватны этим показателям. В БГС находят применение злектротехно.тоглчзскна процессы разделения, обезвоапва-взния, активирования прорастания семян и нанесения на них защит-!0-стнмул1фув4ИХ препаратов.

Признаки разделения семян в электрических полях и вероят-юсть попадания семян во о^ракцшэ. Разделение семян а электриче-жом полз происходит за счет перемещения их в пространстве, обновленного приложением сил разной природы. В конечном счете юрзмецение частиц в определенный момент времени заканчивается (х группировкой в различных точках, которые могут быть заданы ■ремя пространственными и временной координатами. Лзлохенное ,аёт возмодность считать признаком разделения (ПР) сумму тех

лагаемых координаты точек группировки (КТГ), которые зависят т параметров частиц. Величина признака равна численному значе-ша суммы слагаемых и всегда имеет размерность КТГ. В соо'твэт-твии с принципом организации приема продукта КТГ монет быть за-ака в виде абсциссы ( Хг ), аппликаты или ординаты точек груп-ировки. Классификация ПР по участию в процессе параметров ма-ериала, режима, конструкции приведена в диссертации. ПР акку-улирует в себе все причины, обусловливающие вероятностный ха-актер процесса.

Если известны функциональная зависимость /£->/7/^ закон распределения ЛР, то можно определить закон распреде-ония Хг . Выразим вероятность попадания Хг на отрезок, рав-Ш по ширина секции приемника, границы которой Л: и X, :

1ыума вероятности попадания частиц компонента бинарной смеси в экцюо определится по формуле

/ , / - математические овидания абсциссы первого и

ТЗХНОЛОГаЧЕСОЗ З^КОНОЬвРНОСТИ РАЬдЖШМ сз:кн В ЭЛлКТРЛЧЗСКОМ полз

(6)

Г2

второго компонентов соответственно; 4/ , » - средние

квадрати чески е отклонения абсциссы первого и второго компонеи тов соответственно.

Лз анализа следует, что максимизация доли материала, выде 'ляемого в чистом виде, адекватна максимизации вероятности поп Дания /г на заданный участок.

Репарационные характеристики машин и кинетика электрораз? лптельного процесса, для Еыбора электроеемяобрабатывающей наш ны, рекима работы необходимо иметь ее сепарациокную характер;; тику. Мы полагаем, что такая характеристика мамины на очистке семян долина связывать воедино количество получаемого продукт с параметрами исходного сырья, режима, конструкции. Задача ев дится к получению для каждой из машин зависимостей "количество - качество". ;1э уравнения материального баланса бинарной смеси культуры ( К ) и примеси ( /7 ) имеем:

ПгЧ4/4 •• (7

кс~кА/31 •• (0

В.-/7Л + М ' {Э

I1 де индексы " О " и " / " обозначают исходный и получаемый ма ¡сериалы соответственно; ^ , I); - доли компонентов смес 1 определяемые по (5); В; - выход материала.

Смоление границ интервала в (5) прп'водит к новым значения <4; и Л). , подстановка которых в (?...9) дает возможность получить искомые зависимости. Рассмотрение полученных сапара-циошшх характеристик показывает, что для какдого из направле ний интегрирования все они графически могут быть представлены Четырьмя типовыми кривыми. При изменении В показатель /7 м кзт иметь максимум, минимум либо изменяться монотонно. Характ ристика могут быть преобразованы в характеристик

. Из анализа характеристик следует, что они во всех случаях позволяют получить однозначный ответ о сравните«: дон эффективности машин, режимов.

В основа уравнения кинетики элоктрорааделеиия лемят верон ность попадания частиц во фракцию, определяемая по (5). Вира;,, ния для выхода и качества продукта, получаемого при многокраТ' ной йои'орекйк процесса, имеют вид:

0 г*

т=Л0!!-ехр[-/р(№]}/т. (10)

' о

з / - суммарное время участия частиц в элзктроразделитель-.1 процесса; б(^) - сумма числителей (5) и (10).

Приведенные расчеты показывают, что при повторной сепарации гество семян во фракции в большей степени зависит от вероятней попадания в нее компонентов, чем от их содержания в се-жруемом материале. Лз исследований вытекает, что при исполь-',ашш машины вне технологической линии для выполнения основ-5 очистки, обеспечивающей получение продукта заданного качз-хх, ее многосекцлонность обязательна. При этом ¡¿окно ограничен тремя секциями. 2сли 219 машина используется на этапе до-цси езмян, то достаточно одной секции.

Таким образом, получение технологических закономерностей ¡ктросепарационных процессов основано на учете их вэроятно-юго характера.

Обоснование количества фракций при разделении семян. В размотанной БТС подготовки семян с комплексным применением элзк-[ческих полей предусмотрено получение физиологически однород-: семян за счет их фракционирования по электрофизическим па-ютрам. В первом приближении можно считать, что увеличение >кций ведет к увеличению информации о разделяемом материале, ¡сте с тем увеличение числа фракций ведет к повышению различ-'о вида затрат на их получение. Поэтому реализация этой опе-;ии требует решения вопроса о целесообразном количестве полу-1мых фракций. Учитывая, что электрофизические параметры свэ-'бранных семян являются своего рода аналогами их влажности, (Нку количества фракций выполнили по процессу разделения се: по влажности. В основе расчатоз лежит использование кривой :ки, так как фракции различных категорий влакности будут ■разному проходить этап сушки. Для удобства расчетов принима-ь, что разделяемый материал состоит из групп семян опредэлен-1 влажности. В результате получено, что максимальный энерге-[еский выигрыш достигается при разделении на три фракции, вс-в материале имеются кондиционные по влажности семена, или две фракции, если таковых нет. Таким образом, электрофракци-

онирование свежеубранньк семян позволяет не только перейти к получению семян разной степени развития, но и стать элементом энергосберегающей технологии.

' ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ АКТЙВЖЮВАНЛЯ СЕМЯН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПОЛНЫ

Общность влияния физических воздействий на семена. Еодавл цее большинство предложенных для активирования прорастания се физических воздействий (ФВ) можат быть разделено на электриче скиа, магнитные, оптические и ядерные. Общность ФВ заключаете в том, что они, во-первых, непосредственно основаны на примен нии различных участков спектра электромагнитного поля опредол ной интенсивности и частоты. Диапазон частот рассмотренных эл троыагнитных колебаний захватывает весь диапазон частот естес венного электрического поля. Во-вторых, практически при любоь ФВ на семена воздействует не какой-либо один фактор в чистом де, а сочетание различных факторов, значительная часть которь имеется в естественна условиях. Следствием этого должна бить общность механизма влияния на семена. Сопоставление реакций с юш на различные ФВ позволяет говорить об общности изменений них. В таком однозначном реагировании проявляется неспецифич-иость реакции системы. Результаты сравнительных испытаний акт .*■ вирования семян ФВ, проведенные одновременно в разных зонах н семенах зерновых, крупяных и других культур, также свидетельс вую'г об общности влияния ФВ. Так, доверительные интервалы час тостей положительного эффекта от разных ФВ практически перекр ваются, а значения полученных частостей в большинстве случаев леаат в диапазоне 0,6...0,7. На основе общности ФВ,' универсал ности ответной реакции семян и выполненного анализа условиями получения положительного эффекта моино считать либо невысокие качества семян, либо несоответствие среды требованиям генотип либо то и другое. Переход от условий к вероятностям дает выра ние вероятности положительного исхода:

Р9-/-вРл, (I

где Р, , Р2 - вероятности использования качественных семя к соответствия условий среды требовании! генотипа.

Расчеты показывают, что в среднем эффект от обработки моя проявляться два года из трех. При атом по воздействиям и куль рам экспериментальные частости находятся в диапазоне получена

роятностей.

Золи используются два вида воздействия с вероятностями , общая вероятность р^ определится из выражения

р-р ¿-р -Р р

Э 3/ ' л? А" Э2 ■

Следовательно, вероятность положительного эффекта от двух всегда несколько больше, чем от одного.

Энергия, сообщаемая семенам при их обработка физическим воз-;:ствпем. В общем случае при любом физическом воздействии на алогический объект затрачивается некоторая энергия. Очевидно, г1ьзя представить себе какие-либо изменения в нем, которые ж! би произойти без участия энергетических превращений. При эм высказывается мнение, что действие оказывают сигналы любой зргетической природы, удельный поток мощности которых находит-в диапазоне Ю-1^...10^ Вт/м^. Поэтому единый подход к дози-пани» возможен, если связать дозу с энергетикой процесса.

При воздействии на семена электрическим полем сообщенная ьемная плотность энергии поля в материале складывается

энергии ¡¥}Г , запасаемой в единице объема тела при его по-ризации, и энергии , выделяемой в единице объема тзла

и протекании тока:

• С к)

Отметим, что сообщенная семенам удельная энергия при их об-5отке в электрическом поле зависит от большинства основных кторов в качественном отношении так жз, как и коночный резуль-т. Это говорит о том, что сообщенная энергия моает выступать качестве дозы электрообработки. В ходе расчетов я их анализа па установлено,, что с достаточной для практики точностью ра-эт может вестись по формуле

■ (14)

е Л - коэффициент, зависящий от параметров семян.

Анализ показывает, что при различных ФВ активирование проставил семян достигается при разных по значению сообщенных > оргиях. О ростом частоты изоэффективная энергия сначала рас-т, а затем, достигнув максимума в оптическом диапазоне, сни-отся. Логарифм изоэффективной сообщенной энергии (иными сломи, ее порядок) существенно, причем нелинейно, зависит от часты электромагнитных колебаний. Это позволяет считать, что при

активировании семян, кроив количества сообщенной энергии, ваш роль играет ее качество, информация о котором заложена в часта

колебаний. Информационные параметры воздействия тесно связаны его энергетическим спектром, поэтому необходимо знать спектрам ныв свойства ФВ. В связи с этим мокяо говорить о разной знергс тической чувствительности семян к тону или иному ФВ. Наиболее чувствительны семена к постоянному электрическому поли, следо! тельно, при применении его для активирования прорастания треб^ ется наименьшая величина энергии.

Таким образом, использование электрических полей для актш рования прорастания семян так ке создает предпосылки энергосбс решения в технологии.

Влияние солнечной активности на эффективность предпосевног активирования семян электрическим полем. Анализ выполнен на ба ке данных научных отчетов и различных информационных материала за 20 лет. В результате обработки статистических рядов были по лучены уравнения регрессии:

где ав, а, , ¿7, , а3 , а* - коэффициенты; ¿у^ - относите с ное изменение, урожайности от активирования семян; ¿/^ ~ урож ность неактивированных семян; - индекс солнечной активное Из выполненного анализа следует, что наименьшие ^¿^ - 5 % ■ наблюдаются вблизи максимумов СА, а наибольшие л- 15 ¡5 — 1 вблизи "минимумов СА. С ростом базисной урожайности л. умен иается. Между абсолютным изменением урожайности активированных семян и базисной урожайностью корреляция не установлена. Анали одновременного- влияния обоих факторов показывает, что вблизи максимума СА и ур 2 4,4 т/га изменение уронайности от акти. вирования семян может не .проявиться-

Таким образом,.фактор, вызывающий возмущение естественного электрического поля и отражающийся на количестве кондиционных семян, существенным образом влияет на результат предпосевного ол йктроактивироваиия с емян.

(15 (К

' Н0БЫЗ ОПОООБЫ, 12ШЧКЗДЗ СРЗДЯВД, и ИХ БЛШШ ¿ЛЯ БИОТХШлЧЗиКИХ С'КЯЗа подготовки озшн с ком-rJi¿l{CHL!.'.¡ ЛЯЮЬЬЗШШЬШ аштрнчвскас ПОЛЕЗ

Электросвпарация семян. Сущность новых способов электросэ-парации сводится к целенаправленной подготовке семян перед язе поступлением в зону сепарации., Для этого в электроселарирущих устройствах создаются зоны подготовки, в которых проводят за-эядку, ориентацию семян, удаление сориентированных семян и др. 1а этой основе разработаны принципы электростатически-коронной сепарации, в которой зарядка и ориентация семян ведется в электростатическом поле в зоне подачи, а сепарация - в поле корон-юго разряда. Во вновь созданных устройствах сделан переход от >днопоточных. сепарирующих органов к двухпоточнцм, что позволило фи увеличении габаритоз в 1,4...1,6 раза добиться повышения фопускной способности почти в два раза. К тому яе переход к [вухпоточности упрощает подачу оанян в зону сепарации.

При математическом моделировании электростатически-коронной опарацшг получены выражения абсциссы точек группировки частиц барабанном и камерном сепараторах. При этом поведение семян а внешней поверхности вращающегося некоронлрующего электрода аосматризалось а учетом действия переменных во времени электри-ооках сил. Уравнения движения частицы по барабану имеют вид

т - fttsign (¡f-¡?s)+/ri2 súix ¡ (17)

■ u* '

m.-~=/¡(t)i- mgcosx-t a/,-

A

t»

56 / - коэффициент трения семени по поверхности некоронк-дацего электрода; /V - сила нормального давления; & -•ол отрыва семени от вращающегося электрода; f9(t) - сушар-

1Я электрическая сила, действующая на заряаанноа семя;

>t i/f - скорость движения частицы и барабанов соответственно;

Чдп - функция, принимающая значения +1 или -I.

(13)

(19)

•¿о -

чет действия переменной во вреиони электрической силы при ьоди» к ¡¡о обходя мости учета кинетики зарядки-разрадш частицы, расположенной на яекоронлрувдек электроде, что потребовало огл сания этого процесса. Решение уравнений (18...20) проводилось чпслеинши истодами на ЭВМ. Сообщение сопенаи л дополнительно, электрическом поле заряда позволяет изменить их угол отрыва от вращающегося пекоронирующего электрода. При этом увеличение уг. лов отрыва происходит при "позшегши скорости вращения цилиндра: что свидетельствует о возможности повшения пропускной способно стл машины такого типа. Полученные решения использовались дл; анализа абсциссы точек группировки. Анализ позволил уяснить влияние параметров частицы, ранима, конструкции на координату точек группировки- Предварительную зарядку целесообразно проводить на электроде в электростатическом поле. При этом семенам необходимо сообщать заряд больший, чем они Получают в поле коронного разряда на некорокирукзщем электроде.

В- электрическом поле на семя вытянутой формы действует момент вращения, проекции которого определяются из выражений:

(го:

M^A£X2E"(J?c~J}a){ (21:

• (И]

где /I - коэффициент, учитывающий параметры среды и объем тела; J)K > Dj . J)c - коэффициенты, зависящие от параметров !гела и его формы.-

Момент ориентации действует только при различии электрических Параметров тела и среды, в которой оно находится. В постоянной эйектраческоы поле момент изменяется от нуля до . У аарпЕонЦых частиц со смещенным центром тяжести равнодействув-щая- заряда образует относитйльио этого центра вращающий момент. Уравнение, описывающее вращательный характер движения частиц вокруг центра тяжести, имеет вид!

Jc (23)

где Jc - механический момент инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести и направленной нормально к плоскости двиаения; - помели; заряда.

лт>"К'; •чнегмя (23) показывав*, чго для удлинешшх часгиц .;о нзнкьом-гакосги при их свободном падении в поло с

обязшшм карадон вращающий момент является фактором, сдер-

г.'П-тзаваиг: 5:ругозое врздеиие. Отсюда вытекает, что различие семян т. координате центра тпкзсти приведет к различиям а характера двивешга. Исходя из этого, можно сформулировать требования, ко-торцм долялш з'довяетворлть устройства, подающие зерновую смесь в рабочую зону коронных сепараторов свободного падения. Они долины обеспечивать предварительную зарядку частиц и управление ее начальной угловой скоростью и начальны:.! углом ориентации.

Технологически исследования новых способов эдзктросепара-щш проводились на каылнах барабанного, транспортерного и ка- . мерного типов на семенах зерновых, трав, сахарной свеклы. Изучались вопроси как очистки семян, так и разделения их по посевным качествам. При этом впервые исследования выполнены на свекеуб-ранных семенах.4

Анализ сепарациоиных характеристик показывает, что процесс разделения свежеубранных семян по посевным качествам методом контактной сепарации возможен в весьма широком диапазона влаж-ностей от 15,8 до 23 %. Фракционирование по посевным качествам' достигается и при сепарации сваквубранншс семян, взятых из разных точек технологической линии КЗС-20Ш. Одновременно с разделением свеквубрааных свыяи по посевным качзстваи происходит их очистка от примесей. При этом, обеспечивая достаточно высокий выход (около 30 %), удается повысить чистоту семян с 96 % до 99 т.е. получить классные семена. При элактросепарацни этих семян происходит такаа разделенно их по масса.

Из анализа результатов электросапарации семян, прошедших послеуборочную'обработку, следует, что в определенной степени происходит раздалзниз семян по аизноспособности. Причем при влакности 7,4 % разделение по жизнеспособности более выражено, чем при влажности 9,4 %, а по массе 1000 семян - наоборот. На ыашанэ этого кз типа проводилась очистка семян пшеницы и ячменя о® головневых примесей (комочков, мешочков). Из сопарацион-пых характеристик следует, что при выходе на менее 90 % имеется возможность получить кондиционные семена пшеницы и ячменя. Вместе с тем, дажз при полном удил знай головневых образований, находящихся в вида механическим прямзезй, споры этих грибов могут оставаться на поверхности езиани. Поэтому использование

этой операции самостоятельно, вне общей подсистем подготовки семян к посеву', нецелесообразно, При изучении возиокностей контактной электросепарации на очистке и сортировании семян сахарной свеклы установлено, что энергия прорастания и вохокзоть семян падают с номером фракция, а одаороегковоейь, наоборот, повышается. При этом разница в Показателях мезду 1-й и 5-ой фракциями у некалиброванных семян больше, чем у калиброванных.

Нолевой опыт подтвердил результаты лабораторных исследовании и показал, что практически целесообразно проводить сортирование семян овса по КЦТ в машине камерного типа. Новые принципы бесконтактной сепарации проверялись такзз пи очистке семян клевера, риса, конопли, ¿¡окно отмстить, что результаты очистки вороха семян клевера сопоставимы с результатами очистки на мамина СБУ на этапе первичной очистки в комплексе по обработке семян трав, а при засоренности 2,3 % результаты сопоставимы с очисткой на триерном блоке этапа основной очистки того не комплекса.

Анализируя работу камерного сепаратора с различными типами предварительной подготовки и конструкциями коронирующего злак« ' трода, можно отметить, что более высокое качество очистки дазФ сепаратор с игольчатыми электродами и предварительной зарядкой в электростатическом поле. В целом технологические исследований •■подтвердили эффективность использования новых способов бескон« тактной сепарации для подготовки семян.

Электрообезвоаивание семян. Анализ резулЫеатйв ёксперимен» 'тальных исследований показывает различие в интенсификации обезвоживания искусственно увлажненных семян в зависимости от вида поля. В первые 5...? мин обезвоживание, семян в поле'коронного разряда, когда на коронирующий электрод подано напряжение одно-полупериодного выпрямления, в 1,5...2 раза выше, чем в случае подачи напряжения двухполупериодного выпрямления. По истечении 30 мин при подаче напряжения переменного тока влажность оем&з уменьшается ка 2,5 при подаче напряжения положительной полярности одно- и двухполупериодного выпрямления, отрицательной полярности двухполупериодного выпрямления - на 3 при подаче напряжения ртрицатедьной полярности однополупориодного выпрямления - на 4 %. Лучших результатов удается достигнуть при совместном воздействии на семена полем коронного разряда и воздушным потоком. Причем, снижение влажности на 6 % происходит за

30 мин при использовании ПКР двухполупериодного выпрямления по-локитзльной и отрицательной полярности. Другие виды полей коронного разряда совместно с воздушный обдувом дают снижение влажности на 4 % за то жа время.

При обезвоживании семян с естественной влажностью результаты оказались несколько ниае. Совместной действие ПНР и воздушного обдува позволило снизить влажность семян пшеницы на 2,5 семян ячменя - на 1,6 %. При этом следует отметить, что раздельное действие этих факторов на семена пшеницы дает практически одинаковые результаты по обезвоживанию, а на сзмека ячменя и совместные я раздельные действия дают одинаковые результаты.

В связи с этим была поставлена серия экспериментов по изучению процессов удаления влаги с открытой водной поверхности. Значительное увеличение удаления влаги наблюдалось в опытах с электрическим полем коронного разряда. После двухчасового воздействия ПК? независимо от полярности норонирующего электрода удаление воды со свободной поверхности, электрически соединенной с осадительным электродом, в 4,8 раза выше по сравнению с контролем. Изоляция воды от оеадительного электрода сникает удаление по отношению к максимальному в 1,75 и 2,63 раза в ПНР положительной и отрицательной полярности соответственно-. Таким образом, результаты по удалении воды в электрическое поле находятся в определенном соответствия с результатами по электрообезвоживанию семян.

Электронанесэниз препаратов на семена. Для реализации этой операции разработаны устройства с перекрестным взаимодействием компонентов. Процесс нанесения на зарязенные семена противоположно заряженного препарата включает движение семян на распределителе я формирование рассева при сходе с него, отрыв частиц препарата от распылителя и формирование факела распыла и, естественно, взаимодействия потоков меяду собой. Ваннейшин оценочным параметром таких процессов является коэффициент захвата, по которому ¡¿окно определить количество осевшего на семени препарата.

В основа математической модели аэрозольного нанесения легат уравнения двиязния аэрозольных и обрабатываемых частиц под действием электростатических, аэродинамических, инерционных и гравитационных сил. для отдельной частицы препарата структура та-

кого уравнения непосредственно вытекает из законов динамики:

т * (24)

где /£ - аэродинамическая сила; Рэ - электрическая сила.

' На основе выполненного решения (24) получено выражение для определения коэффициента захвата:

''-"-¡^Р- ' (25)

где г - радиус частицы; ¿?г , О^ - заряды частицы и капли соответственно; / - скорость движения капли.

Первое слагаемое в (25) соответствует чисто инерционному механизму осаждений, а второе - часто электростатическому осаждению. Расчеты свидетельствуют о положительном влиянии зарядки компонентов дисперсной фазы на коэффициент захвата. В области реальных значений • ¿?2 - КГ ..Л0~*8 Кл2 коэффициент захвата увеличивается на 5...5В % Количество и масса осевшего препарата на семени пропорциональны коэффициенту захвата. Поэтому при использовании методов элзктронанесения долина увеличиваться полнота протравливания, под которой понимают отношение количества осевшего препарата к распыленному. Проведенные эксперименты показывают, что разноименная зарядка семян и капель диспергированной рабочей жидкости способствует увеличению степени 'осаждения препарата на семенах пшеницы до 20,8 %, ячменя -до 32,4 %, кукурузы - до 29 %. Следует заметить, что диапазоны Экспериментальных данных совпадают с диапазонами изменения ко- ' эффицнента захвата, рассчитанными теоретически. Это дает основание говорить о достаточной работоспособности полученной математической модели осаадения заряженных частиц препарата на семена.

Электроактивирование прорастания семян. В организме по мере нарастания ФВ включаются защитно-компенсационные механизмы, что ослабляет его действие. Усиление эффекта воздействия достигается при неожиданном изменении ФВ с одновременным его повышением. В этом отношении возможно использовать ЭП с внезапным началом, характеризующимся резким скачком £ за короткий интервал времени. Организм, попадая внезапно в сильно действующий поток, не успевает подключить свои адаптационные систем!. С точ-

ки зрения характеристики сигнала, речь идет о крутизне его начального фронта. На основа этих положений наш предложен способ активирования прорастания семян последовательной обработкой в электростатическом поле и полз коронного разряда. Ранее было показано, что интенсификация процесса разделения семян на поверхности вращающегося некоронирующего электрода достигается при создании зоны дополнительного электрического поля, напряженность которого больше напряженности основного. Такое формирование зон обработки соответствует рассмотренным выше путям активирования прорастания семян. Для проверки этого соответствия выполнен комплекс лабораторно-полевых экспериментов на семенах пшеницы. Они пропускались на аЭС-Б, в которой в зоне подачи было электростатическое поле, а затем они направлялись в поле коронного разряда. Результаты этих экспериментов показали, что эффект от активирования семян двумя видами полей проявляется стабильнее, чем от одного. Учитывая, что эта операция доляна быть в регламенте подсистемы подготовки семян к посеву, в которой с использованием электрических полей выполняются и другие операции, моано обойтись без специального устройства предпосевного электроактивировашш прорастания семян.

Активные системы подачи семян в машины/Пря всем многообразии процессов подготовки семяи с использованием электрических полей большинство из них осуществляется в четыре этапа: подача материала, его зарядка, организация двиаения, формирование и прием готового продукта. Для выполнения каждого из этапов технологическая установка имеет определенную зону, в которой работает функциональное устройство. По отношению к выполняемой технологической операции подающие системы подразделяются на активные и пассивные, какдая из которых может быть одно- и многофункциональной. Ранее в машинах применялись подающие системы, которые практически являются пассивными относительно электротехнологического процесса.

Разработанные нами устройства подачи позволяют управлять концентрацией семян и положением их входа в мзжэлектродное пространство. В основу работы устройств подачи, например в камерный сепаратор, полозено использование действия электростатического момента , стремящегося развернуть удлиненную частицу большой осью вдоль поля. В основу работы другого устройства положено использование, кроме /Л, , мокеата заряда частиц ,

возникающего при зарядке частиц со смещенным центром тяжести, который стабилизирует положение ориентации. Анализ полученных результатов показывает, что при использовании этих устройств коэффициент ориентации семян увеличивается с 0,3В до 0,68.

Предварительная зарядка частиц могет бить осуществлена на любой транспортирующем элементе - ленте, валике и т.д. Исследования предварительного заряда семян на активных элементах подающих систем показали', что они достаточно эффективно выполняют эту функцию. Причем появляется возможность уне на этапе подачи вести подготовку компонентов смесн дифференцированно.

Одним иэ требований к подающим системам является обеспечение поступления конослоя семян в рабочее пространство. Количество частиц в слое будет найдзно из рассмотрения условий их силового взаимодействия. При сепарации семян в полз коронного разряда при их свободном падении в мояэлектродаом пространстве расстояние менду проводящими частицами' должно быть в /Т раза больше, чем между диэлектрическими. При расположении частиц на электроде может быть допущена более плотная их укладка, чем при свободном падении в полз коронного разряда, а разница между концен- ' трацией диэлектрических и проводящих частиц незначительна.

Исследования электротехнологичзских устройств подготовки семян с электрически активными системами подачи показали, что они позволяют повысить пропускную способность устройств и улучщить качество выполнении'технологической операции.

Методические особенности экономической оценки систем и технических средств подготовки семян с комплексным применением электрических полей.

Прямое использование для оценки экономической эффективности БТС с комплексным применением электрических полей, предлагаемых методиками детерминированных и вероятностных моделей, не всзгда возможно. Это потребовало разработки ряда вопросов методического характера.

В существующих системах подготовки сзмян, когда упор делается на послеуборочный период, стремятся иметь оборудование большой производительности. Вместе с тем необходимость учета физиологического созревания семян трзбует перенесения многих операций их подготовки с послеуборочного на предпосевной период. Выполненные по полученным соотношениям расчеты показывают, что в этом случае экономически более целесообразно ориентировать

системы подготовки семян на более длительный период работы в сезон на менее производительном оборудовании, чем на более производительном, ко на более короткий период.

В тех случаях, когда введение в систему новой операции ве- ■ дет к изменению качества получаемых семян, ко не отражается на их.цене, предложено оценку вести по корме высева. Полученные для этой ситуации расчетные еоотноиения показываЕЗт, что при заданном объеме производства семяк определяющим фактором эффективности введения новой операции является разность кзяду стоимостью сохраненных сзмяяза счет снижения кормы высева и затратами на достижение этого снижения. В тех случаях, когда от введения новой операции и указанный параметр не изменяется, приходится переходить к учету урожайности. Такая задача возникаем, например, при использовании активирования семян высокой всхожести, разделении семян по биологическому потенциалу, hо полученным соотно-иениям выполнены расчеты, которые показывают, что при дополнительных затратах IGCQ рублей на проведение операций разделения семян по КЦТ, отделения травмированных семян и средней урожайности 0,2...0,3 т/га экономический эффект составляет 3...49 рублей на тонну полученных семян.

Вместе с тем, оценка экономической эффективности система от введения козой операции- через урожайность переводит задачу в область вероятностных моделей. В этих случаях предложено использовать функцию полезности, которая монет быть представлена в вида

"гА+Ъп+'-ЪР« . (26)

где £ р; = I.

Если еоть ситуации, которые приводят к функциям полезности U (А3) , то следует выбрать действие с болькиы значением функции полезности. В частности получено, что полезность еле тепы с активированием прорастания семян вше, чем без этой операции, йри ■'этом полезность операции возрастает с увеличением размера посевных площадей, стоимости выходного продукта. При большой разности типу фондами на приобретение техники и стоимостью технического средства возможен риск даае при малой вероятности б Лиг о при íiT}¡ ох1 о исхода. Зсли учесть, что в разработанной подсистеиа подготовки семян к посеву дополнительные затраты на aKitiMiiposuiiие практически отсутствуй?, то вопрос использования отой ono').'.'i\ui доляоя решаться только подогмтелыю.

ЗАКЛЮЧЕНИЙ й ВЫВОДЫ

Положенная з основу настоящего исследования концепция, направленная на повышение эффективности использования электрических полей, привала к ряду новых теоретических положений и более совершенных технических решений. Основные итоги этого исследования заключаются в следующем:

выполнен системный анализ путей использования неоднородно-стей семян зерновых культур и факторов, их обусловливающих, в биотехнических системах подготовки семян с комплексны;.: применением электрических полей. В основу анализа положено изучение параметров физической модели семени, отражающих его морфологию и органогенез, и роля естественного электрического поля;

сформирован методический подход к получению технологических закономерностей процессов злектросепарации и злектроактивирова-яия прорастания семян, основанный на учете вероятностного характера этих процессов;

исследованы электрофизические процессы и закономерности новых способов, технических средств и их элементов для систем подготовки семян зерновых культур с использованием электрических полей, включающих процессы сепарации, обезвоживания семян, нанесения на них защитно-стимулирующих препаратов, предпосевного активирования прорастания семян. Разработанные новые технические решения прошли широкую апробацию и производственную проварку;

рассмотрены методические особенности применения детермина-,рованных и вероятностных моделей оценки.экономической эффективности биотехнических систем и технических средств подготовки семян с использованием электрических полей;

проведены производственные и хозяйственные испытания и внедрение машин, установок и агрегатов для подготовки семян с комплексным применением электрических полей. Результаты исследований использованы в агротехнических требованиях на оборудование, в нормах технологического проектирования, проектах сем-пунктов.

На основании полученных результатов могут быть сделаны следующие выводы.

I. Существующие системы, подсистемы, технологические процессы и технические средства подготовки семян в значительной степени не учитывают особенности последних как биологических

объектов. Они практически копируют принципы обработки товарного зерна. Это приводит к большим потерям семян в отходы (до 30 %) и низкой полевой всхожести (60...70 Подготовка семян должна вестись на принципах биотехнических систем, в которых параметры семян и среды рассматриваются в единстве, а их изменение долвно поддерживать состояние семян в физиологически заданных пределах. Биотехническая система подготовки семян включает подсистемы подготовки семян к хранению, хранения и подготовки их к посеву, й оостав подсистем входят элементы, отражающие естественные фазы развития семян и антропогенные процессы, приводящие к изменению 5иодйгического состояния и технических параметров семян.

2. Выработавшееся в процессе эволюции приспособление вида к звоему сохранению приводит к неоднородности семян по самым раз-. Iым признакам. Параметрами физической модели, достаточно полно отражающими неоднородности семян, являются их влажность, злектри-шское сопротивление, поглоцательная способность в оптическом диапазоне, концентрации парамагнитных центров и протонов вецест-за, координата центра тяяести. Фактором среды, влияющим на сос-сояние семян, является естественное электрическое поле, удельные )бъешая энергия и поверхностный поток которого зависят от географии района л солнечной активности.

3. Признаком разделения семян в электрическом поле являет- \ 1я та часть координаты точек группировки (КТГ), которая зависит

>т параметров семян. В своей основе КхГ является случайной функ-шей. В связи с этим доля материала, поступающего в секцию при-шника фракций, адекватна вероятности попадания КТГ на отрезок, )авный ширине секции. Главной сзларационной характеристикой ма~ ншы на очистке семян является зависимость "качество - выход", юновой получения которой служат вероятностные характеристики

:тг.

При разделении свенеубранных семян по влажности перед суи-;ой на фракцию сухих семян, а такие фракции семян, влажность юторых пиле и выше критической влажности, может быть достигну-■о 5...30 )ь экономии энергии. _

Физические воздействия, используемые для активирования ^емян, представляют собой комплекс взаимосвязанных факторов, 'бщность воздействий, их влияния на семена и универсальность ■тватиой реакции последних делают возможным единообразное дози-ование на основе количества и качества удельной сообщенной

энергии. При использовании постоянных электрических полей для активирования сомпн последний требуется сообщить энергии на по рядок меньше, чзы при других воздействиях.

Физические воздействия электромагнитной •природы, воспроиз-' водящие участки спектра естественного электромагнитного поля, отличаются от него большей мощностью а кеньшш временем действия. Изменение естественного поли связано с солнечной активностью. В годы максимума солнечной активности относительное изме нзние урожайности от активирования семян электрический полем составляет около 5 а в годи минимума - около 15

5. Заряд частиц на нзкоронируюцем электрода определяется механизмами ударной и индукционной зарядки и в предельных случаях равен максимальному заряду частицы в электростатическом коле и полз коронного разряда. При зарядке проводящих частиц на коронирующем электроде предельноз значение заряда определяется распространением коронного разряда по все», ее поверхности,

Момент вращения, действующий в постоянных электрических полях на тела вытянутой форма, в значительной степени определяется проводишетями тела и среды. Сообщение заряда частицам со смещенным центром тянести стабилизирует их ориентацию.

6. Комплексным применением электростатического поля и поля коронного разряда в технических средствах подготовки семян до-

V стигается интенсификация процэссов контактной и бесконтактной сепарации, нанесения защитных препаратов, активирования прораст ния семян. Выполнение подающих систем технических средств под" готовки семян электрически активными дазт возмокность, не уведи чивап габаритов установок, осуществить в зоне подачи целенаправ ленную подготовку исходного материала.

7. Комплексность применения электрических полей обеспечивает энэрго- ц-иатериалосбэрежзкйе, повышает экологическую чистоту биотехнических систем подготовки сзыян за счет получения из убранных семян фракции, параметры которой находятся-в физиологически заданных пределах, обезвоживания влажных семян, доочистки и обеззараживания семян, нанесения на них защитно-стимулирующих препаратов и активирования их прорастания. Комплексное применение электрических полей в подсистеме подготовки семян к посеву дает возможность выполнить весь регламент операций в единой злзктротехнологической цепочке.

■8. Прл использовании детерминированных моделей технико-экономической оценки биотехнических систем подготовки семян в качестве критерия целесообразно использовать массовую'норму высева семян, учитывающую их чистоту, всхоазсть и массу, а при использовании вероятностной ¡..одели - функцию полезности, устанавливающую взаимосвязь меяду экономическим фактором д вероятностным характером результата.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах.

1. Каменир 8.А. Вероятностные характеристики процесса сепарации материалов в поле коронного разряда // Электротехкояогия в сельском хозяйстве: Тр. ч;п,ВСХ. Челябинск, 1974.

2. пзаков Ф.Я., Каменир Э.А., Файя В.Б. Определенна показателей процесса злекгросзпарации // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1974, !,'г 5.

3..Изаков Ф.Я., Каменир Э.А. О вероятностно-статистическое подходе к изучению процессов злзктронно-ионпой технологии // Электротехнология процессов с.-х. производства: Тр. Ч:ШСХ. Челябинск, 1974.

4. Каменир Э.А., ¡¿урканцев Ф.М. Определение экономически целесообразной области применения злектросепараторов // Блектро-технологпя процессов с.-х. производства: Тр. ЧИМЭСХ. Челябинск, 1984.

5. Лзаков Ф.Н., Каменир 2.-А., Мурюанцев ф.И. и др. К теории зарядки частицы на осади тельном электроде в поло коронного' разряда //Известия АН СССР "Энергетика и транспорт", 1974, № 6.

6. Каменир Э.А., Быков В.Г. О контактной зарядке частиц перед их сепарацией в поле коронного разряда // Элзктротехнология процессов с.-х. производства: Тр. Ч.ИЭСХ. Челябинск, 1975.

7. Арнольд А.Э., Камзнлр Э.А. Исследование устройства для подачи ориентированных частиц в камерный элактросепаратор // Электротехнология процессов с.-х. производства г Тр. ЧХУЭСХ. Челябинск, 1975.

В. Изаков Ф.Я., Каменир Э.А. Принятие экономических решений' в условиях неопределенности // Электрификация, механизация и автоматизация производства с.-х. продукции на промышленной основе: Тр. Ч,Й",£СХ. Челябинск, 1975.

9. Грибанова Н.И., Каменир Э.А., Папин Б.Д. и др. Исследо-

ванне свойств и признаков делимости некоторых семян трав и их • засорителей // Электротехнология процессов с.-х. производства: Тр. ЩыЭСХ. Челябинск, 1976.

10. Басов А.М., Грибанова Н.Л., Каыенир Э.й. Влияние инфракрасного облучении на некоторые свойства семян трав // Электрон ная обработка материалов, 1977, й 2.

11. Каыенир Б.А. Пути улучшения качества электросепарации / Электронная обработка материалов, 1977, к» 4.

12. Каменир Э.А. Анализ теории зарядки частиц на патронирующем электроде // Электрификация и автоматизация мобильной с.-х. техники: Тр. ЧЛЮСХ. Челябинск, 1977.

13. Каменир Э.А. К вопросу сортирования семян при промышленной технологии их подготовки // Электрификация, и автоматизация производства с.-х. продукции на промышленной основе: Тр. ЧХоОХ. Челябинск, 1978.

14. Каменир Э.А. К вопросу использования электросемяобраба-тывающих машин барабанного типа в промышленной технологии подготовки семян Ц Электротехнология процессов с.-х. производства: Тр. Ч1ШСХ. Челябинск, 1978.

15. Каменир Э.А. Некоторые вопросы промышленной'технологии • подготовки семян / Научно-технический бюллетень СО ВАШШ. Новосибирск, 1979.

16. Каменир Э.А., Ыурманцев Ф.11. Установка для измерения заряда частиц, находящихся на^некоронирующем электроде // Электротехнология процессов с.-х. производства: Тр. ЧМШСХ. Челябинск, 1979.

17. Басов А.П., Каменир Э.А., Файн В.Б. Определение энергии, поглощаемой семенами при их предпосевной обработке электрически! нолем постоянного тока // Злектротехнология процессов с.-х. производства: Тр. ЧЖ1ЭСХ. Челябинск, 1979.

18. Каменир Э.А. К интенсификации электросепарациоиного процесса // Вопросы электрификации сельского хозяйства: Тр. ЧИМЭСХ. Челябинск, 1979.

19. Арнольд А.3., Каменир Э.А.,• Цевелев В.ф. Подготовка семенного материала // Сельский механизатор, 1979, и 10.

20.' Каменир Э.А. Некоторые вопросы исследования закономерностей электросепарациоиного процесса // Совершенствование способов уборки и послеуборочной обработки зерна: Тр. ЧЛМЭСХ. Челябинск, 1980.

21. Басов А.ы., Каменир Э.А., Файн В.Б. Вопросы дозирования стимуляции семян физическими воздействиями // Вестник с.-х. науки, IS8I, ¡,2 6.

22. Арнольд А.Э., Каменир Э.А. Результаты испытаний электрического очистителя свекловичных семян // ¡.¡еханизация и электрификация сзльского хозяйства, 1981, to 12.

23. Камзнир Э.А. Оценка эффективности процесса сепарации // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1961, II.

24. Камзнир Э.А. Использование электронно-ионной технологии в некоторых процессах сельскохозяйственного производства // Применение аппаратов и средств ЗЙТ в семеноводстве и животноводстве: Сб. науч. тр. / ЧлМЭСХ. Челябинск, 1983.

25. Камзнир З.А. Совершенствовать технологию обработки семян // Техника в сельском хозяйстве, 1984, й 12.

26. Камзнир Э.А., Никитвнко j.A. Прогрессивная технология обработки свехзубранных семян // Техника в сельском хозяйстве,. 1984, й 12.

27. Арнольд А.3., Каменир Э.А., Лихачев Б.С. Сортирование семян овса // Техника в сельском хозяйстве, 1985, й 5.

26. Басов A.M., Каменир Э.А., Никитзнко М.А. Влияние тзрмо-пзлучзния на процесс разделения семян пшеницы в электрическом поле / Научно-технический бюллетень СО ВАСХНИЛ, 1985, К» 49.

29. Каменир Э.А. Некоторые закономерности применения физических воздействий для активирования прорастания семян // Использование электронно-ионной технологии: Сб. науч. тр. / ■ Ч1ЙЭСХ. Челябинск, 1985. .

30. Быков В.Г., Каменир Э.А. Момент вращения, действующий на эллипсоид в электрическом поле // Электронная обработка материалов, 19р6, й 2.

31. Каменир Э.А., Печенкин ¡1.11. Энергозатраты на сушку семян при их фракционировании по влажности // Индустриальные технологии и перспективные рабочие органы мащин для послеуборочной обработки зерна: Сб. науч. тр. / СО ВАСХНИЛ. Новосибирск, 1986.

32. Каменир Э.А., Патикоз II.П. Теоретическая оценка спектра поля коронного разряда // Оптимизация микроклимата и тепловых процзссов в сельском хозяйстве: Сб. науч. тр. / ЧШгЭСХ. Челябинск, 1986.

33. Окулова В.<;.,. Каменир Э.А. Исследование процесса подготовки сеыяй ни элзктросемяобрйбьтызающей машине с устройством

предварительной зарядки // Применение электромагнитных полей в процессах с.-х. производства: Сб. науч. тр. / Ч&ЗСХ. Челябинск, 1586.

34. Камзнир S.A. дифференциальные технологии подготовки семян зерновых культур // Повышение производительности и качества работы зерноуборочных и зерноочистительных машин: Сб. науч. тр. / ЧЛьЗСХ. Челябинск, I98С.

35. Камзнир S.A. Сепарацлонные характеристики электросети рабьтывающих машин // Совершенствование процессов электросепа-рацни и конструкции элзктросепараторов: Сб. кауч. тр. 'Л.: 138'

3S. Арнольд А.Э., Каменлр Э.А., Лихачев Б.С. Обоснование технологической схемы разделения семян овса // Механизация и электрификация сельского хозяйства, IS67, ,'ä 12. . '

37. A.c. 378251 (СССР) ;'лЛ ЗОЗС 7/06. Устройство для разделения сыпучих смесей в электрическом поле / А.М.Басов, А.З.Арнольд, Э.А.Каменлр и др. Б.и. 1972, 1-.1 19.

38. A.c. 380254 (СССР) МКЛ ВОЗС 7/06. Питатель для электро-эерноочистительных машин / А.Э.Арнольд, Э.А.Камзнир. Б.и. 1973, /Й 21.

39. A.c. 40Ь05 (СССР) МЛ AOIC I/0II. Устройство для отделения поврежденных семян растений / и.Р.Влидов, Э.А.Каиенкр, В.А.Козинсклй. Б.и. 1973, fä 41.

40. A.c. 4I7I72 (СССР) !.;КЛ ВОБС 7/12. Устройство для ориентации семян перед подачзй их на электросемяочистительные машины / А.З.Арнольд, А.Ц.Басов, З.А.Кашнар. Б.и. 1974, 1,2 8.

41. A.c. 485769 (СССР). Электросемяочистлтельная кешша / А.^.Арнолъд, А.Ii.Басов, Э.А.Камаяпр и др. Б.и. 1975, й 36.

42. A.c. 493248 (СССР) Ш Б08С 7/Ü6. Устройство для разделения сыпучих смесей / Ф.Я.Изаков, А.3.Арнольд, Э.А.Камзнир

и др. Б.и. 1975, й 44.

43. A.c. 498963 (СССР) ш'вОЗС 7/Ш. Устройство для разделения сыпучих смесей в электрическом поле / Л.М.Басов,

М.Я.Ермолин, 3.А.Камзнир и др. Б..1. 1976, ¡а 2.

44. д.с. 504559 (СССР ) ЖА В08С 7/08. Способ разделения сыпучих смесей на фракция / Э.А.Камекдр, Ф.Я.Лзаков, А.Э.Арнольд. Б.и. 1976,, И Б.

45. A.c. 522658 (СССР) Ш ВОЗС 7/02. Барабанный электросепаратор / А..З..Арволъд, A.Li.Басов, Э.А.Каменир л др. Б.и. 1976, № 28.

46. A.c. 577596 (ССОР) !.1КЛ НО IT I9/GO. Устройство для создания поля коронного разряда / В.Б.Файн, Э.А.Каменир. Б.и. 197?,

!й 35.

47. A.c. 5S00I2 (СССР) МЛ ВОЗС 7/00. Злектросо;, то чистительная горка / А,Э.Арнольд, В.Г.Зыков, Э.Л,Канонир п др. 5.и. 1578, й 4.

48. A.c. 7017Ц (СССР) ШСИ ВОБС 7/12. Электростатический пневматический сепаратор / А.ы.Басов, Б.Д.1ЙШШ, З.А.Камзнпр И др. Б.и. 1979, f,ä 45.

49. A.c. 721031 (СССР) i.'uli ÄOIC 7/04. ИвЫша для предпосевной обработки сзкян в электрической поле / А.3.Арнольд, Э.А.Kaisen ир, З.л.Одикадзс и др. Б.и. 1980, ¡л 10.

50. A.c. 77С041 (СССР) :ЯЛ ВОЗС 7/02. Злзктросепаратор «К11 / А.М.Басов, З.А.Кааенир, а.Я.Зркояш и др. Б.и. 1980, fö 41.

51. A.c. 7ь7и82 '(СССР) ;.;КЛ ВОЗС 7/12. Способ сепарации семенной смеси л устройство для его осуществления / Э.А.Каменир,.

A.Э.Арнольд, В.0.Девел ев. В.и. i960, й 46.

52. A.c. 797772 (СССР) 1ЛКЛ ВОЗС 7/00. Способ разделения сыпучих материалов в электрическом поле / Л.Я.ыубов, С.В.Ауден-ков, З.А.Кименир л др. Б.и. IS8I, й 3.

53. A.c. 646417 (СССР) ыКЛ В 65 ДЬк/74. Загрузочный бункер для электросекяобрабатьшающей машины / В.Ф.Цэвзлев, Э.А.Каменир, А.Э.Арнольд и др. Б.и. 1961, Ü 26.

54. A.c. 87 3916 (СССР) LiKIl AOIC 1/08. Протравливатель семян /

B.В.Батчзнко, З.С.Будько, Э.А.Камэнир и др. Б.и. 1981, !ü 39..

55. A.c. 967318 (СССР) ;»1КЛ AOIC 1/08. Протравливатель семян / Э.А.Каменир, В.В.Батченко, В.С.БудысО и др. Б.и. 1982, & 39.

56. A.c. 1058619 (СССР) B0SC 7/02. Электросепаратор / Э.А.Каменир. Б.и. 1983 , 1,2 45.

57. A.c. Iü72o35 (СССР) LiLl AOIC 1/08. Протравливатель се- ■ к ян / Э.А.Каменир, Я.Я.Осташавсклй* й.В. Ившш и^др.Б.и. 1984,

й 6.

58. A.c. 1085539 (СССР) ЛИ AOIC 1/08. Протравливатель се-мяи / Э.А.Каменир, Л.В.Остаиевский, Й.В.Лвацц и др. Б.и. 1984, Sä 14.

59. A.c. IIC09GG (СССР) LiKü AOIC 1/00. Устройство для определении жизнеспособности семян / А.И.Басоз, ¡.{.Л.Нккитошсо, Э.А.Еаненир. 5.а. 1985, fä 22.

60. A.c. 1176954 (СССР) Ш ВОЗС 7/00. Способ разделения семян в электрическом поле и устройство для его осуществления / А.М.Басов, ГЛ'аршва, З.А.Каменир и др. Б.и. 1985, йЗЗ.

61. A.c. ПЬЗОЮ (СССР) UXli A0IC 1/00. Способ послеуборочной обработки семян / А.Е.Иванов, Ф.Н.Зрк, З.А.Каменир и др. Б.и. 1985, к 37.

62. A.c. 1308255 (СССР) Ш AOIf 25/08. Способ удаления свободной влаги из семян / Е.В.Волдин, З.А.Каменир, И.й.Печен-кин. В.и. 1987, lij 17.

63. A.c. 132796b (СССР) LiKii ВОЗС 7/G0. Способ отделения при месей от семян и устройство для его осуществления / Э.А.Камени! Б.И. 1987, lü 7.,

64. A.c. 1375157(СССР) ¡¿КИ A0IC X/12. Способ определения оптимальных сроков посевов семян, обработанных электрическим пс лем / Е.В.Волдин, З.А.Каменир, А.Ü.Басов и др. Б.и. 1988, ¡¿3.

65. A.c. 1407425 (СССР) МКй AOIC I/U0. Способ подготовки са ыян к посеву / З.А.Каменир, В.В.Брюханов, ¡ü.B.ilanyc и др.

Б.и. 1988, К? 25.

*

Подписано /£ леуага Д oz.gQ Ф512014 формат 60*90

Тираж ро эез. Зажз м97 чимэс/, .