автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Научное обоснование и разработка технологических процессов и технических средств предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур

На правах рукописи

ХАСАНОВ ЭДУАРД РИФОВИЧ

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ II РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Специальность 05.20.01 — Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук 2 9 АПР

Уфа 2015

005567779

005567779

Работа выполнена на кафедре строительно-дорожных, коммунальных и сельскохозяйственных машин Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Мударисов Салават Гумерович

Официальные оппоненты: Дринча Василий Михайлович, заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор, генеральный директор ООО «Агроинженерный инновационно-исследовательский центр»

Нуруллин Эльмас Габбасович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Машины и оборудование в агробизнесе» ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет»

Запевалой Михаил Вениаминович, доктор технических наук, доцент, доцент кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Защита состоится 10 июня 2015 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ, ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им П.А.Столыпина», ФГБОУ ВПО Казанский ГАУ по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34, ауд. 257/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ http://www.bsau.ru/science/dissertation_council/d4/2015§/Ьазапоу/.

Автореферат разослан «_2_» ^ 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

Мударисов Салават Гумерович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность избранной темы. Обеспечение продовольствием — основа национальной безопасности и важный фактор развития экономики государства. Значимым направлением в решении данного вопроса и получении стабильно высоких урожаев сельскохозяйственных культур является защита растений. По данным продовольственной и сельскохозяйственной организации FAO (Food and Agriculture Organization) ООН потери урожая от вредителей и болезней составляют 25-30%, в годы массового распространения болезней достигают 60%. В России потери урожая зерновых культур составляют 25%, картофеля — 32%. Ведущее место в системе защиты растений занимают мероприятия по борьбе с грибными, бактериальными и вирусными болезнями растений, особенно теми, которые передаются через семена и клубни картофеля. Предпосевная обработка семян и клубней — необходимое и эффективное мероприятие по защите растений от болезней и вредителей для получения высокого и качественного урожая, в том числе в сочетании с дополнительной обработкой стимуляторами роста и развития растений. Основной способ предпосевной обработки — протравливание проводится с применением химических препаратов и позволяет снижать потенциальные потери урожая до 25-30%. Вместе с тем, из-за нанесения экологического вреда, протравливание постепенно заменяется безопасными биологическими и физическими методами защиты и стимуляции роста растений. Однако широкое применение биологических средств в системе защиты растений сдерживается отсутствием специальных технологических приемов, технологических линий и специализированных технических средств, а также недостаточной научной разработанностью конструктивных и технологических параметров. Нами установлено, что применение существующих технических средств для образования аэрозольных смесей из биологических препаратов отрицательно сказывается на жизнедеятельности микроорганизмов. В связи с этим выдвинута научная гипотеза о том, что повышение эффективности предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур можно обеспечить не только совершенствованием технологических приемов и технических средств, но и снижением механического воздействия рабочих органов машин на используемые биопрепараты и семена.

Степень разработанности. Отсутствие работ в области теоретического исследования образования аэрозольной смеси и ее взаимодействия с семенами затрудняет разработку более совершенных конструкций технических средств. В связи с чем возникает необходимость создания математических моделей технологических процессов предпосевной обработки семян. При этом одной из основных проблем остаются вопросы качества выполнения технологических приемов для предпосевной обработки, связанных с размером капель получаемого аэрозоля. Кроме того, не изучена степень влияния воздействия рабочих органов технических средств предпосевной подготовки на биопрепараты. Все эти факторы приводят к тому, что сельское хозяйство России ежегодно недополучает 30...50% возможного урожая. Следовательно, отсутствие научно обоснованных подходов для описания процессов образования аэрозольной смеси и ее взаимодействия с семенами для разработки и совершенствования технологических

приемов и технических средств, направленных на повышение качества выполнения предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, является актуальной и практически значимой научной проблемой.

Научные исследования и разработки, составившие основу диссертационной работы, выполнены в соответствии с научно-исследовательскими программами на 2007-2010 гг. «Разработка современных технологий и технических средств для возделывания сельскохозяйственных культур» (Рег.№ И081205111557) и на 2010-2014 гг. «Повышение качества выполнения технологических операций на основе совершенствования рабочих органов сельскохозяйственных машин» (Per. № 01.2010.58947) на кафедре строительно-дорожных, коммунальных и сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.

Цель исследований. Повышение эффективности предпосевной обработки семян зерновых культур и клубней картофеля путем научного обоснования и разработки технологических приемов и технических средств на основе моделирования процесса их работы.

Задачи исследований:

1. Исследовать влияние рабочих органов машин на жизнеспособность микроорганизмов при использовании биопрепаратов и определить пути совершенствования технологических приемов и технических средств предпосевной обработки семян.

2. Обосновать условия применения методов динамики «двухфазных сред» для математического описания технологических процессов предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.

3. Разработать математические модели процессов образования аэрозоля техническими средствами предпосевной обработки и обосновать их основные конструктивно-технологические параметры.

4. Разработать математическую модель технологического процесса работы технических средств предпосевной обработки семян зерновых культур барабанного типа и обосновать их основные конструктивно-технологические параметры.

5. Совершенствовать технологические приемы и разработать технические средства обработки семян зерновых культур и клубней картофеля с учетом использования биопрепаратов, стимуляторов роста и микроэлементов.

6. Провести агротехническую и технико-экономическую оценку эффективности рекомендуемых технологических приемов и разработанных технических средств предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.

Объект исследований. Технологические процессы и технические средства для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.

Предмет исследований. Закономерности технологических процессов работы технических средств для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.

Методология и методы исследований. Исследования проводились на основе анализа и синтеза технологических процессов с использованием положений и законов классической механики, гидро- и аэродинамики, механики двухфазных сред, математического моделирования. Моделирование аэродина-

мических процессов происходило в пакетах программ KOMTIAC-3D и FLOWVISION. Забор проб при исследовании аэрозолей осуществлялся иммерсионным методом (В.Ф.Дунский) в лабораторных и полевых условиях. Определение размеров капель и перевод в цифровую форму проводился по собственной методике с использованием пакетов программ Photoshop, IMAGE-PRO PLUS, обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПК с использованием пакетов программ MathCAD, STADIA, STATGRAPH, Excel.

Определение посевных качеств семян (лабораторная всхожесть, размеры проростков) проводилось в соответствии с ГОСТ 12038-84. Эффект обеззараживания (снижения зараженности) семян определен по результатам фитоэкс-пертизы. Для контроля качества предпосевной обработки семян (полнота протравливания) использовался метод экстракции тебуконазола из проб органическим растворителем с последующим количественным определением вещества методом газожидкостной хроматографии в соответствии с МУК 4.1.1834-04. Степень равномерности покрытия семян проводился разработанным нами методом графического анализа.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту.

1. Установлено влияние механического воздействия рабочих органов машин предпосевной обработки семян на жизнеспособность микроорганизмов при использовании биопрепаратов.

2. Определены объемные концентрации аэрозольных частиц, образованных различными типами распылителей, согласно которым установлены наличие и интенсивность межфазного взаимодействия «воздушно-капельной» смеси в технических средствах предпосевной обработки.

3. Установлены режимы течения, условия деформации, дробления и отражения аэрозольных частиц в камерах образования аэрозоля и обработки семян, позволяющие использовать методы динамики «двухфазных сред» для математического описания технологических процессов предпосевной обработки.

4. Установлены зависимости коэффициента сопротивления аэрозольных частиц от числа Рейнольдса в пневматических камерах образования аэрозоля.

5. Обоснованы области расчета и разработаны математические модели процессов предпосевной обработки семян зерновых культур и клубней картофеля с учетом конструктивно-технологических параметров технических средств и режимов их работы.

6. Установлены аналитические выражения для определения траектории полета семян внутри барабанной камеры, позволяющие учитывать наличие семян при обосновании граничных условий математических моделей технологических процессов предпосевной обработки.

7. Предложены методики и обоснованы условия численной реализации разработанных математических моделей, позволяющие визуализировать технологический процесс предпосевной обработки семян.

8. Разработаны и предложены методики экспериментального определения размеров капель аэрозоля и качества покрытия семян препаратами.

Новизна технических решений подтверждена 7 авторским свидетельством и патентами на изобретение, 1 патентом на полезную модель.

Теоретическая значимость работы. Обоснованы условия применения методов динамики «двухфазных сред» для математического описания технологических процессов предпосевной обработки семян. Разработанные математические модели позволяют визуализировать технологический процесс предпосевной обработки семян в технических устройствах различной конструкции и обосновывать их конструктивно-технологические параметры и режимы работы. Результаты теоретических исследований с использованием методов динамики «двухфазных сред» позволяют анализировать существующие и разрабатывать новые технические устройства предпосевной обработки семян.

Практическая значимость работы. Опытные образцы разработанных технических устройств для предпосевной обработки семян и клубней (дисковый протравливатель клубней ПКД-20, барабанные протравливатели семян ПСБ-1,5, ПСБ-4,0, ПСБ-10, барабанный инкрустатор семян БИС-4,0) изготовлены опытной партией в ООО «Заря» (г. Миасс, Челябинская обл.), защищены авторским свидетельством и патентами. Разработанные устройства прошли производственную проверку при обработке семян и клубней в учхозе «Мидовское» Башкирского ГАУ, УНЦ Башкирского ГАУ, СПК «Дружба» и СПК «Нива» Благовещенского р-на, СПК им. «XXII партсъезда» Илишевского р-на, ООО «Племзавод Победа» и КФХ «Куваш» Дюртюлинского р-на, КФХ «Гуль-наз» Чекмагушевского р-на, ГУ СП совхоз «Рощинский» Стерлитамакского р-на Республики Башкортостан в 1998-2014 гг. Разработанные технологические линии с техническими устройствами внедрены совместно с ОАО «Головное специализированное конструкторское бюро «Зерноочистка» (г.Воронеж) в хозяйствах Республики Башкортостан: СПК «Урожай» Аургазинского р-на, СПК «Бишинды» Туймазинского р-на, СПК Ленина Татышлинского р-на, СПК «Красная Башкирия» Абзелиловского р-на, ООО «Агрофирма Правда» Стерли-башевского р-на, 8 отделениях ГУ СП МТС «Башкирская», 4 отделениях ОАО «Зирганская МТС», 2 филиалах ГУСП МТС «Зауралье», ГУСП «Тавакан»; в условиях Карачаево-Черкесской Республики: ООО ПР «Хаммер», ООО ПР «Тандем», ООО ПР «Югагрохим», ООО ПР «Ахтамас»; в условиях Тульской обл.: 2 филиалах агрохолдинга ОАО «САХО-Агро Тула»; в условиях Ульяновской обл.: 2 филиалах агрохолдинга ОАО «САХО-Агро Ульяновск».

Рекомендации «Перспективные направления совершенствования способов и конструкции машин для инкрустации семян защитно-стимулирующими препаратами» рассмотрены и одобрены секцией аграрного образования и сельскохозяйственного консультирования Министерства сельского хозяйства России (протокол № 30 от 24.09.2012 г.).

Разработанные технологические приемы и технические средства удостоены дипломов конкурсов и выставок: протравливатель клубней ПКД-20 удостоен диплома финалиста конкурса инновационных проектов Республики Башкортостан (2005 г.), протравливатель ПСБ-4 удостоен двух дипломов II степени (XVIII выставка «Агрокомплекс-2008», XIX выставка «Агрокомплекс-2009»), стал победителем конкурса «Десять лучших инновационных идей Башкорто-

стана» в 2008 г., барабанный инкрустатор семян БИС-4 — победитель конкурса «Десять лучших инновационных идей Башкортостана» в 2010 г. Усовершенствованный барабанный протравливатель-инкрустатор БИС-4 получил диплом II степени и серебряную медаль на XXI выставке «Агрокомплекс-2011», награжден золотой медалью XIV Российской агропромышленной выставки «Золотая осень - 2012» (г. Москва).

Степень достоверности результатов. Обоснованность полученных результатов обусловлена корректным использованием математического аппарата и адекватностью разработанных моделей. Достоверность научных результатов и положений подтверждена экспериментальными исследованиями в лабораторных и производственных условиях. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальными исследованиями на физических моделях, лабораторных и производственных установках. Достоверность результатов работы подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, которая составляет не менее 90 %, при погрешности опытов не более 5%.

Вклад автора в проведенное исследование. Разработаны математические модели процессов предпосевной обработки семян и клубней картофеля. Определена объемная концентрация капель в воздушном потоке создаваемого различными типами распылителей аэрозоля. Определены режимы течения и аэродинамические коэффициенты сопротивления капель для технических средств предпосевной подготовки. Обоснованы области расчета, начальные и граничные условия математических моделей технологических процессов образования аэрозоля. Раскрыты механико-технологические основы процесса предпосевной обработки семян с учетом применения микроэлементов и биопрепаратов для повышения эффективности возделывания культур. Обоснованы параметры рабочих органов и технических средств для предпосевной обработки. Предложена методика, изготовлены лабораторные установки и приборы для определения качества обработки семян. Предложены технологические приемы для предпосевной обработки семян и изготовлены технические средства для их осуществления. Проведены сравнительные опыты различных приемов обработки семян при предпосевной обработке. Заложены трехлетние стационарные опыты по влиянию способов предпосевной обработки семян на урожайность сельскохозяйственных культур и снижение степени зараженности от вредителей и болезней.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Экспериментальное обоснование влияния воздействия рабочих органов машин предпосевной обработки семян на жизнеспособность микроорганизмов при использовании биопрепаратов.

2. Теоретическое обоснование условий применения методов динамики «двухфазных сред» для математического описания технологических процессов предпосевной обработки семян.

3. Теоретическое обоснование технологических процессов обработки семян зерновых культур и клубней картофеля биологическими и химическими препаратами.

4. Теоретическое обоснование технологического процесса работы технического средства барабанного типа для обработки семян зерновых культур.

5. Конструктивно-технологическое обоснование технологических приемов и технических средств предпосевной обработки семян.

6. Агротехническая и технико-экономическая оценка рекомендуемых технологических приемов и разработанных технических средств.

Апробация результатов исследований. Основные положения работы и результаты исследований доложены и одобрены на выездном заседании Бюро отделения механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемии «Инновационное развитие сельского хозяйства в области растениеводства, животноводства и технического сервиса» (2013г., г.Уфа), научно-технических конференциях Башкирского ГАУ (1997...2014 гг.), Челябинской ГАА (2003,2009...2012 гг.), НТС Минсельхоза Республики Башкортостан (2000 г.), научной конференции (форума) молодых ученых России и Германии ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ (2012 г.), научно-практических конференциях в: Бир-ском ГПИ (2009 г.), Курской ГСХА (2010 г.), Дагестанской ГСХА (2010 г.), Саратовском ГАУ (2010 г.), Ижевской ГСХА (2011 г.), Казанском ГАУ (2014г.).

Результаты научной работы используются в учебном процессе Башкирского ГАУ, Оренбургского ГАУ, Самарской ГСХА, Волгоградском ГАУ, Северо-Кавказской ГТТА.

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 70 научных работах, в том числе 21 статье в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 монографии (10,12 п.л.), рекомендации для специалистов сельского хозяйства (1,74 п.л.). Новизна технических решений защищена 8 патентами и авторским свидетельством, 1 из которых на полезную модель. Общий объем публикаций составляет 36,9 п.л., из них авторских — 24,5 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 293 страницах, включая 108 рисунков, 34 таблицы и список литературы из 354 наименований, имеется 113 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность исследований, определены цели, задачи и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы, цель и задачи исследования» на основании анализа литературных источников по исследуемой проблеме определены пути повышения эффективности использования технологий и технических средств предпосевной обработки семян зерновых культур и клубней картофеля, обоснованы приоритетные направления исследований.

Вопросы технологий предпосевной обработки семян и клубней отражены в трудах К.Я. Калашникова, И.Ф. Павлова, П.А. Хижняка, A.C. Воловика, Н.Ф. Дунай, С.М. Волкова, Н.В. Бондаренко, М.В. Запевалова; технических средств процессов предпосевной обработки семян и клубней - в трудах Г.Е. Листопада, И.Ф. Бородина, В.А. Вялых, В.А. Смелика, Е.И. Кубеева, В.М. Дринча, В.И. Дзюба, В.Н. Кононученко, К.А. Пшеченкова, Ш.Р. Галиуллина, Э.Г. Нуруллина, В.И. Курдюмова, Б.В. Пушкарева, В.И. Клименко, И.М. Киреева; распыливания

жидкостей, образования и движения аэрозоля — в трудах В.М. Волощука, Б.Е. Гельфанда, А.Л. Гонора, Ю.Ф. Дитякина, Л.А. Клячко, Б.В. Новикова, В.Ф. Дунского, Н.В. Никитина, М.С. Соколова, Л.М Левина, Д.Г. Пажи, B.C. Галу-стова, H.A. Фукса и многих других ученых. Установлено, что наиболее широко используемым способом предпосевной обработки является протравливание химическими препаратами. Однако его негативные аспекты (высокая стоимость, токсичность препаратов, отсутствие избирательности действия и кумулятивные свойства, разрушение биологических связей, развитие резистентных линий вредителей и патогенов) привели к необходимости разработки и использования других технологий и технических средств. В настоящее время все большее распространение получает биологический способ, что объясняется экологической безопасностью используемых биологических средств для окружающей среды, человека и сельскохозяйственных животных. Однако в практике широкому применению биопрепаратов препятствует отсутствие серийных машин для обработки семян, приспособленных для использования в них микробиологических препаратов.

Нами экспериментальным путем установлено, что применение наиболее распространенных камерных и шнековых технических устройств при предпосевной обработке биопрепаратами снижает жизнедеятельность микроорганизмов из-за отрицательного воздействия на них механических рабочих органов и высокого давления жидкостей.

распыгштепь

гастоеде-литепьно, устройство

Объекты взаимодействия

мехаиическне свойства раб(мей жидкости

г;

£

Физ»жо-мехшмчесгие

свойства биопрепарате

свойства воздухе

математическая модель технологического процесса | _предпосевной обработки семян_

Характеристики

межфазного

взаимодействия

сред.воздух -

аэрозоль;

аэрозоль -

семена;

воздух-семена

Конструктивно-технологические параметры и режимы работы устройств

Область расчета j математической модели

Начальные условия

Математическое описание процесса

Граничные условия

Кинематика и динамика воздушного потока

Кинематика и динамика воздушно -капельной смеси

Кинематика и динамика процесса взаимодействия воздушно -капельной смеси с семенным материалом

Требуемые показатели качества работы устройств (монодисперсность, качество, равномерность покрытия)

Критерии оценки функционирования модели (равномерность размеров капель скоростей воздушно -капельной смеси и т.д.

Результат реализации математической модели (полученное качество обработки, обоснование,

параметров и режимов работы устройств

Рисунок 1 - Структурная схема функционирования технических устройств предпосевной обработки

Анализ теоретических исследований показывает, что на сегодняшний момент отсутствуют работы в области образования аэрозоля, его пневмотраспор-тирования и взаимодействия с обрабатываемым материалом. Отсутствуют математические модели, определяющие процесс образования капель аэрозоля различными распылителями и описывающие движение аэрозольной струи до встречи с обрабатываемым материалом и степени взаимодействия с ним.

Наиболее перспективными для технических средств предпосевной подготовки, на наш взгляд, являются исследования по оптимизации параметров работы за счет совершенствования распылительных устройств и характеристик камеры обработки путем рассмотрения взаимодействия воздушного потока с каплями аэрозоля методами описания двухфазных течений. Все структурные связи работы технического средства для предпосевной подготовки отражены на рисунке 1 и представляют собой алгоритм реализации модели технологического процесса.

Качество обработки семян зависит от физико-механических свойств рабочего препарата, семенного материала, конструктивно-технологических параметров рабочих органов — вентилятора, распылителя, пневмонасадки, конструкции камеры обработки и др. (рисунок 2).

технологические параметры

ЬН'

N4'

Н-Ь НФ

лятор воздушного распылители образование аэрозоля с яаеалка образование аэрозоля с камера обработка

каплями рассекатель "вторичными" обработки материала

I лы|»ям*т|>м В вентилятора I (количество, форма лопаток рабочего

»

тна

II №)[ШМГ^1М

распылителя

I

форма рассекателя I! парлм*туы

I

геометрические

параметры

камеры

конструктивные параметры

Рисунок 2 - Структурная схема технологического процесса предпосевной аэрозольной обработки семян

Анализ сложившихся технологий предпосевной обработки и используемых технических средств позволяет сделать заключение о необходимости комплексного подхода к разработке как эффективных технических средств, так и технологий, включающих последовательное выполнение всех необходимых операций предпосевной обработки.

Во второй главе «Механико-технологические основы процессов предпосевной обработки семенного материала» приведены физические аспекты и параметры технологических процессов предпосевной обработки, влияющие на дисперсность образования аэрозоля, к которым относятся конструктивные параметры распылителя, скорость воздушного потока, сила поверхностного натяжения, плотность и вязкость жидкости. Рассмотрено образование капель аэрозоля в камерных технических средствах механическими и пневматическими распылителями, в штанговых технических средствах центробежными форсунками, а также обработка семян в камерах технических средств.

Процесс движения аэрозоля можно рассмотреть как движение двух сплошных взаимопроникающих фаз — воздуха и жидких аэрозольных частиц, обладающих разными скоростями. При таком подходе обработку семян можно

описывать методами механики двухфазных течений. Однако не все двухфазные потоки поддаются точному математическому описанию. Для определения возможности математического описания используется совокупность классификаций двухфазных течений по объемной концентрации а„ которая позволяет оценить наличие и интенсивность межфазного взаимодействия и обменных процессов и определяется как отношение объема капель в рассматриваемом объеме камеры \¥р,м3/с к объему поступающего воздуха за единицу времени \\^,м3/с

(1)

Объем капель можно определить через объем частиц аэрозоля шарообразной формы диаметром с1р и количество капель (счетную концентрацию) п. Для определения счетной концентрации капель в рассматриваемом объеме камеры можно использовать формулу, предложенную В.Ф. Дунским

9,24/? | 15, п =-1,5(2)

где д = у/в-величина, характеризующая высоту и ширину камеры обработки; Но—радиус сопла распылителя; По—начальная счетная концентрация частиц (определяется экспериментальным путем и зависит от расхода рабочего препарата за единицу времени); х—длина камеры обработки.

Объем воздуха в камере образования и транспортирования аэрозоля создаваемого пневматическим распылителем определяется по формуле

и^у^.^-л-^М , (3)

где у8„ — скорость воздушного потока на выходе; Б, и с1Е - площадь и диаметр сопла распылителя. С учетом формул (2) и (3)

а,=24,64^>0|1-^'5|/(у^ад. (4)

При принятых параметрах объемная концентрация меняется в пределах: центробежные форсунки ак = 1,14*10~7...3,18*10~7; механические распылители ак = 1,10*10"13...1,16*10"12; пневматические распылители ак = 1,16*10-1"... 5,89*10"12. При таких а, течение воздушно-аэрозольной смеси относится к переходной области от «низкозапыленного» при низкой концентрации капель (а < 10"9) до «слабозапыленного» при незначительной объемной концентрации капель (а < 10~6). Обратное воздействие капель на воздушный поток при этом отсутствует, что удовлетворяет условиям моделирования двухфазных потоков.

Следовательно, для математического описания течения воздуха с каплями в технических средствах для предпосевной обработки можно использовать системы уравнений двухфазных течений, включающее уравнение Навье-Стокса для описания движения воздушного потока и уравнение движения жидких частиц. Для решения системы (для исключения неизвестных) включаем в систему еще три уравнения: неразрывности, сохранения массы и сохранения импульса. С учетом этого общая система уравнений течения двухфазной среды «воздух-капли» запишется в систему уравнений (5).

Для численной реализации системы уравнений (5) необходимо определить значения входящих в систему параметров и задать границы рассматриваемой

области, зависящих в большей степени от конструктивно-технологических параметров устройств и протекающих в них процессов.

<1и р* = х — — + цДи Эх ^

(IV р* = У Эу

е1со "л = г ах 1

У-(р^ас)= ?-((Рв01 + £)Уас)^ (5)

+ V • ® V,) = —УР + V ■ т&ар + рб8

0Р = „.3=1

•ас.

$ = £спрв|уг|уг + 8(1-*)

где р-плотность частицы, кг/м3; и = ух, V = уу, о) = рв-плотность несущей фазы, кг/м3; V -лапласиан; их-скорость несущей фазы, м/с; (^„и^-источник массы частиц, кг/м3с; О]—коэффициент диффузии; ц,—турбулентная динамическая вязкость, Па с; 8С(-турбулентное число Шмидта; Р—давление, Па; §-вектор силы тяжести, м/с2; я^-расход капель за единицу времени, шт/мин; Уас-объем камеры образования и транспортирования аэрозоля, м3; Си-коэффициент сопротивления; ш-масса частицы, кг; рр-плотность частицы, кг/м3; \',-скоросгь частицы относительно несущей фазы, м/с.

Одним из основных физических параметров для решения системы (5) является средний диаметр «первичных» капель (рисунок 2). Рассмотрим процесс образования капель различными типами устройств.

Центробежные распылители. Основным показателем работы центробежных форсунок является дисперсность распыла. Для условий предпосевной подготовки для определения среднего диаметра капель наиболее близка формула, полученная Дитякиным Ю.Ф., Клячко Л.А. для смесей воды с глицерином

= (6) где 5-толщина пленки, м; Ьр-критерий Лапласа; \\^-вращательное число Вебе-ра; М—коэффициент, характеризующий соотношение плотности воздуха и жидкости, М=рв/рж; р„ рж-плотности воздуха, жидкости.

В центробежной форсунке при вращательном движении жидкости с угловой скоростью а число Вебера

И; =(2 ЯсУру/(т. (7)

Толщина пленки определяется по геометрическим характеристикам сопла форсунки (рисунок 3)

3 = Яс(1—ф^рсоьа)/со% а, (8)

где, Яс - радиус выходного сопла, мм; а - угол при вершине факела сопла; ц — коэффициент расхода.

Подставив выражения (7-8) в формулу (6) найдем средний диаметр капли l-yjl-fimsa

,, __ cosa_• (9)

"К ,

Рж&Т I

'|(2RjjW

tef

Рисунок 3 — Центробежная форсунка а) схема распылителя, в) схема течения жидкости в выходном сопле 1 - входной канал; 2 — камера закручивания; 3 - выходное сопло

I Средний диаметр капель 90... 160 мкм, полученный по формуле (9), хорошо согласуется с опытными данными (70... 180 мкм). Однако большая полидисперсность и сравнительно крупный средний диаметр капель не удовлетворяет требованиям мелкодисперсного аэрозоля.

Механические распылители. Образование аэрозоля механическими распылителями происходит на дисках с вертикальной или горизонтальной осью вращения. Процесс распиливания одинаков - течение жидкости по диску, образование капель за кромкой диска и начальное движение капель в воздушном потоке. Образование капель механическим распылителем с вертикальной осью вращения рассмотрено Дунским В.Ф., Никитиным Н.В., в связи с чем исключим его из рассмотрения. Процесс движения жидкости по диску с горизонтальной осью вращения происходит в две стадии: течение по диску и дробление на капли кромкой диска. Основное уравнение динамики для относительного движения частицы М по диску имеет вид

та, = Т.Ф,+ Ф+Фк, (Ю)

где т—элементарная масса частицы; ХФ; —геометрическая сумма приложенных к частице сил; ХФС -переносная сила инерции; ХФС —кариолисова сила инерции.

Геометрическая сумма приложенных к частице сил в разработанной расчетной схеме (рисунок 4) равна следующему выражению

Ф/ = Р+ N+ Ап ,

Рисунок 4 — Схема действия сил

(И)

где Р —сила тяжести, Н; Л'—реакция опоры со стороны диска. Н; А,— аэродинамический напор, Н; /г{.—сила поверхностного натяжения жидкости, Н.

Под суммарным действием этих сил частица жидкости спирально перемещается по диску. Определим диаметр частиц, образуемых кромкой диска, исходя из условия равновесия, при разложении уравнения на оси хуг

(12)

d^^aUpJRm'-g).

Определение диаметра капель по формуле 12 с диапазоном значений: с= 15...540* 10"3 Н/м, Я= 10...360* 10"3 м, рж=70...157*10 кг/м3, ю= 150...500 рад/с (рисунок 5) показывает, что диаметр капель находится в пределах 150...770 мкм, что не отвечает требованиям мелкодисперсного аэрозоля (до 50 мкм).

600 500 400

\ S

\ \

\ ч d„ V I -

ч -г ~

0) - / R

о Í.

\

р ж

-4- -1-4- j—-I—I—I— I I I I I 1 М I —I—I—I—I—I—--I—I—I—I— 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 410 430 450 СО,рад/С

15 45 75 105 135 165 195 225 255 285 315 345 375 405 435 465 О "10;3 Н/М

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 R-1CC3 М

70 75 60 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 р^10.кг/м

0— угловая скорость; с - поверхностное натяжение; R — радиус диска; рж — плотность

Рисунок 5 - Зависимость диаметра капли от показателей по формуле 12

Пневматические распылители. Образование капель аэрозоля пневматическим распылителем, состоящим из центробежного вентилятора и насадки, происходит при подаче препарата насосом через жиклеры в насадку под небольшим давлением в скоростной поток воздуха, где дробится на капли. Для расчета диаметра капель используем эмпирическую формулу, приведенную Дунским В.Ф., Никитиным Н.В., обобщающей экспериментальные данные, но при этом отмечается большая степень полидисперсности распыляемого препарата.

Размер «первичных» капель, полученных рассмотренными типами распылителей, не соответствует требованиям мелкодисперсного аэрозоля, в связи с чем необходимо вторичное дробление капель для всех рассмотренных случаев.

Рассекатель. Одним из простых способов получения «вторичной» капли является дробление капли о неподвижное препятствие — рассекатель (рисунок 6). В этом случае диаметр «вторичных» капель, образовавшихся после дробления «первичных» будет одного размера, аэрозоль из полидисперсного превратится в монодисперсный. Рисунок 6 — Схема образования капель: Механизм дробления зависит

1-направление движения пленки; 2-вторичные от капиллярной неустойчивости капли; 3 -нити между каплями; 4 - рассекатель; релся> составляющей силу тяжести

5 - граница пленки; 6 - первичная капля

пленки т и силу аэродинамического потока А, ведущим к разрыву образовавшейся после удара жидкостной пленки на «вторичные» капли, а сила поверхностного натяжения 8 способствуют замедлению этого процесса

т + А = кБс, (13)

где к — коэффициент распада капли, с — скорость ударной волны, м/с.

Аэродинамический поток характеризуется числом Вебера, скоростью удара капли V], диаметром с1р капли перед ударом.

Сила поверхностного натяжения

Б = лба, (14)

где 5-толщина пленки жидкости, мм, 5 = с!в (с1в - диаметр «вторичных» капель).

Тогда формула (13) запишется

.уЫ.

- = клЫас.

(15)

6 2а

С учетом формул (13—15) выведена формула определения диаметра «вторичной» капли

(16)

При подстановке в формулу (16) значений: о=0,073 Н/м, рж^998.23 кг/м3, (1Р =100...400 мкм, при v¡ = 10 м/с размер «вторичной» капли составит 8,7...34,9 мкм, что соответствует требованиям мелкодисперсного аэрозоля (рисунок 7).

с*,

мкм 50 -

40

20

2258х 9125

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 с1р.мкм 1 - экспериментальные данные; 2 - теоретические данные Рисунок 7 — Зависимость диаметра «вторичной» капли от диаметра «первичной» капли при ударе о рассекатель

Обработка семенного материала. Процесс обработки семян аэрозолем в технических средствах для предпосевной обработки осуществляется в камерах образования аэрозоля и обработки семенного материала.

В обоих типах камер обработка происходит при условии, что семена крупнее капель, распределены по всему объему камеры и образуют плотную многослойную завесу («сито») на пути следования капель аэрозоля (рисунок 8).

Воздушный поток аэрозоля проходит через всю камеру обработки, последовательно теряя капли рабочей жидкости, осаждаемые за счет сил межмолекулярного взаимодействия в слоях «сита». Процесс обработки можно представить, как движение частиц вблизи изолированного шара.

Проходя через слоя «сита», поток аэрозоля разделяется на тонкие струйки. Капли, обладая инерцией, стремятся перемещаться прямолинейно, сталки-

ваются с семенами и удерживаются ими. Размер капель играет важное значение при зацеплении и захвате их за счет касания поверхности обтекаемого тела. Кроме размеров, на качество обработки влияет равномерное покрытие каплями семян. Для этого необходимо отыскать оптимальную толщину потока семян («сита»), проходящего через зону обработки.

¡Шщё

капли аэрозоля

I - линия тока; II - траектория касания частицы; III - траектория оседания частицы Рисунок 8 - Процесс обработки семян аэрозолем в барабане: а) распределение семян в барабане; б) траектории частиц аэрозоля вблизи семени

В камерах образования аэрозоля качество обработки семян зависит от зоны обработки, производительности технического средства, подачи и вида семенного материала. Диаметр зоны обработки по В.А. Смелику

d. = kd„.

(17)

где с1— диаметр зоны обработки семян, м; ¿^-диаметр сопла распылителя, м; ¿—коэффициент, зависящий от конструкции распылителя.

Для нахождения толщины потока («сита») семян определим подачу семенного материала на единицу длины зоны обработки

<7, =?/7к/3, (18)

где д- подача семенного материала и рабочего препарата, кг/с.

Исходя из геометрических характеристик зоны обработки

а I

=и,и2у = --у> (19)

где П]—количество единиц семенного материала по толщине, шт; п2-количество единиц семенного материала по длине окружности, шт; V—скорость подачи семян, м/с; ¿^толщина потока семян, проходящего через зону обработки, м; ¿-"толщина единицы семенного материала, м; /-длина окружности зоны обработки, м; с—ширина единицы семенного материала, м.

Тогда, с учетом формул (17-19) найдем толщину потока семян («сита»), проходящего через зону обработки, м

0,27766с

а =-(20)

В камерах обработки семенного материала для определения толщины потока воспользуемся схемой, где в качестве модели слоя семян и проходящего через него потока аэрозоля принят плоский полупроницаемый слой (рисунок 9). Для круглой струи количество движения в набегающей части

м° = ЯРжКи1 при 0<Х<Х! (21)

где Rc—радиус сопла, м; z/c—средняя скорость воздуха в сечении сопла, м/с.

Для участка xi<x<x2:

ищ «12AucRJx-<xp[-e(.x-xx)l2\ (22)

где в — величина, постоянная для всего слоя и характеризующая степень его проницаемости.

Очевидно, что расход аэрозоля через поперечное сечение струи при увеличении х сначала растет, достигает максимума, затем убывает. При этом максимум расхода достигается при хт =2/в.

Толщина потока семян («сита») при этом а = х„-хх= 2/в-х,. (23)

При 2/ в <Xi толщина потока семян становится равной нулю или приобретает отрицательные значения. Это означает, что при достаточно густом слое (большие значения в) струя не в состоянии его преодолевать. Полученные параметры распределения семян в камерах в процессе обработки должны быть приняты в качестве граничных условий при решении системы уравнений (5) и позволят учесть наличие семян в математической модели.

Для решения системы (5) необходимо определить аэродинамический коэффициент сопротивления частицы Со- Перемещение капли в воздушном потоке вызвано действием силы гидродинамического сопротивления, на которую влияет разность скоростей воздушного потока vg и капли vr„ а также коэффициент сопротивления. Коэффициент сопротивления для двухфазных сред определяется эмпирическим путем согласно кривой Рэлея в зависимости от числа Рейнольдса Re (CD = f (Re)). Число Рейнольдса определяется по относительному запаздыванию частиц

R^Vsh-^h' (24)

где о^-диаметр частиц, м; ^-динамическая вязкость воздуха, Па-с; /^плотность воздуха, кг/м3.

По формуле (24) в диапазоне скоростей воздушного потока 20...75 м/с нами определено число Рейнольдса для различных типов распылителей в камерах образования и транспортирования аэрозоля: центробежные форсунки Re = 61. ..205; механические (дисковые) распылители Re = 36. ..302; пневматические распылители Re = 13...219. Таким образом, число Рейнольдса в зависимости от типа распылителя изменяется в пределах Re = 13...302. В данном интервале коэффициент сопротивлетм частицы находится в промежуточной области и его невозможно описывать только стандартизованными зависимостями Ньютона или Стокса. Наиболее подходящими, на наш взгляд, являются зависимости, полученные С.Т. Hammond, P.W. James, Stein Schmehl. Расчет по данным зависимостям позволил установить коэффициент сопротивления Cd = 0,5...4,3.

а

Рисунок 9 — Схема струи аэрозоля, проходящей через слой обрабатываемых семян

При моделировании двухфазных течений необходимо обосновать допущения и упрощения модели технологического процесса, основными из которых являются утверждения, что дисперсная фаза считается недеформируемой и процессы дробления, приводящие к образованию новых частиц, отсутствуют. Критериями, определяющими режимы деформации и дробления кроме числа Рейнольдса, являются критерий Вебера \¥е и число Маха Мр

(25)

где а—поверхностное натяжение жидкости, Н/м.

Mp=\vg-vp\lvэ, (26)

где V, - скорость звука в воздухе (при 20°С = 340 м/с).

Согласно формулам (25) и (26), число Вебера и число Маха для различных видов распылителей: форсунки ,Л'е=5...20*10"3, Мр=Т2...21*10"3; механические - \Уе=3...40*10"3, Мр=6...24*10"3; пневматические - \Уе=3...17*10"3, Мр=6...15*10"3. При данных значениях деформация и дробление капель под воздействием скоростного напора отсутствуют, что позволяет не учитывать эти факторы при моделировании процессов образования и движения аэрозолей.

В третьем разделе «Математическая модель технологического процесса образования аэрозоля при предпосевной обработке семенного материала» для моделирования технологического процесса работы технических средств предпосевной обработки барабанного типа с пневматическим распылителем необходимо определить расчетные области в соответствии с технологической схемой функционирования (рисунок 10). Расчетная область представляет из себя систему уравнений (5) с заданными начальными и граничными условиями.

В качестве граничных условий расчетной области вентилятора (область 1) принимаем следующие границы:

- вход воздуха в вентилятор (скорость Увх', давление Р„х');

- выход воздуха из вентилятора (скорость Увьк', давление Рвы*1);

- граничные условия (условие непроницаемости) стенок вентилятора, граничные условия (условие непроницаемости) стенок лопастей.

1 - барабан; 2 -насадка; 3 — воздуховод; 4 - вентилятор; 5 — питающая трубка Рисунок 10 —Технологическая схема барабанного технического средства

Граничные условия камеры обработки и транспортирования аэрозоля

(область II): — вход воздуха из вентилятора (Рв.

- вход капель рабочей жидкости из жиклера (параметры - потери давления, количество и диаметр капель);

- граничные условия стенок внутренних рабочих поверхностей камеры образования и транспортирования аэрозоля (параметры — скорость и давление, условия отражения капель о рабочие поверхности, условие непроницаемости стенок воздушным потоком);

- выход аэрозоля (Р,ьк", Увь|х").

Граничные условия камеры обработки семенного материала (область III):

- вход (Рвхш = Рвьк", скорость воздуха, скорость капель, количество и диаметр капель);

- выход (РВыхШ, стенка - условие непроницаемости, семена - дополнительное сопротивление).

Для постановки начальных и граничных условий при моделировании рассмотрим технологический процесс каждого из узлов и аспекты взаимодействия воздушного потока и капель аэрозоля с рабочими поверхностями устройства.

Вентилятор. В качестве начальных условий модели с вращающейся системой координат необходимо задать частоту вращения лопастей. Область расчета создается на основе трехмерных твердотельных моделей ротора и статора, спроектированных по исходным конструктивно-технологическим параметрам. Обоснование конструктивных параметров вентилятора проводилась по результатам моделирования в программном комплексе ИоиЛ^йюп из условия обеспечения равномерности скорости воздушного потока на выходе нагнетательного канала по эпюре скоростей. Численная реализация модели показывает неравномерное распределение скорости и динамического давления воздушного потока по ширине нагнетательного канала (рисунок 11). Устранить это возможно изменением конструктивно-технологических параметров вентилятора, например формы и количества лопаток на рабочем колесе.

б)

Рисунок 11 — Модель центробежного вентилятора (1 — ротор, 2 — статор) а) твердотельная модель с граничными условиями; б) эпюра скорости на выходе

Как видно из приведенных зависимостей, при использовании вентилятора с 8 направленными вперед лопатками радиальной формы неравномерность скорости воздушного потока на выходе снижается (рисунок 12).

Получив в результате моделирования (область I) необходимые параметры воздушного потока, перейдем к моделированию образования капель в насадке (область II). Для этого определена скорость капли после удара (10...42 м/с) по видам распылителей и коэффициент восстановления нормальной скорости капли к„ = 0,68... 0,71. При таких параметрах для капельной фазы при формулировке граничных условий требуется задать законы взаимодействия капли с поверхностью исходя из условий неупругого отражения капли от стенки и растекания капли по поверхности с образованием пленки.

Камера образования аэрозоля. Для выбранной математической модели создаем четыре типа граничньгх условий.

- Вход - тип граничного условия «Вход/Выход», задаем значение скоростей, определяемое по модели вентилятора - Рвх1- РВы.ч', вход капель рабочей жидкости из жиклера (параметры - потери давления, количество и диаметр капель);

- Стенка - тип граничного условия «Стенка», условие непроницаемости по аналогии с вентилятором У„"=0; граничные условия стенок внутренних рабочих поверхностей камеры образования и транспортирования аэрозоля (параметры - скорость и давление, условия отражения капель о рабочие поверхности, условие непроницаемости стенок воздушным потоком);

- Выход - тип граничного условия «Давление Рвых Ратм^-

Для подтверждения полученных ранее данных реализация модели осуществлялась различными формами пневмораспылительных насадок. Предварительные расчеты показали, что мелкодисперсный аэрозоль можно получить только при использовании дополнительных рассекателей. Нами исследовались различные формы рассекателей в пневмораспылительной насадке. Наилучшие результаты образования капель аэрозоля показала модель с конструкцией рассекателя, представленного в виде воронки с установленным внутри конусом

варианты формы лопаток а) б)

Рисунок 12 - Зависимость коэффициента вариации скорости воздуха на выходе: а) от количества лопаток; б) от формы лопаток (1 - радиальные, направленные вперед; 2 - круглые; 3 - радиальные, прямые)

91,12

Рисунок 13 - Визуализация результатов расчета по траектории движения капель аэрозоля

мкм 60

варианты конструкции рассекателя:

1- без рассекателя; 3- в виде воронки;

2- в виде пластины; 4- в виде воронки с конусом

Рисунок 14 - График распределения средних размеров капель в зависимости от конструкции рассекателя

(рисунок 13). Результаты моделирования показывают, что представленная конструкция рассекателя позволяет образовывать «вторичные» капли из «первичных» средним диаметром 14...21 мкм (рисунок 14), что соответствует требованиям мелкодисперсного аэрозоля (до 50 мкм). Дробление «первичных» капель при этом равномерное, выброс крупных капель в камеру обработки минимален, аэрозоль является монодисперсным. При этом эпюра скоростей воздушного потока на выходе равномерна, рекомендуемые скорости - 10... 15 м/с. Капли аэрозоля двигаются преи-

мущественно по центру потока, не перетекая в пристеночную область, вследствие чего отсутствует их прилипание и концентрация остается постоянной. Разработанная модель позволяет обосновать конструктивно-технологические параметры устройств. Наименьший средний размер капель аэрозоля образуется при диаметре центральной части насадки Внц=0,06...0,11 м (рисунок 15а). Диаметр насадки 0н=0,15 м принят из конструктивных соображений равным диаметру выхода вентилятора. Соответствующим образом определена длина Ьи пневмораспылительной насадки. Наименьший средний размер капель аэрозоля получен при Ьн = 0,35...0,55 м (рисунок 156).

7

у = о. 5001Х1 - д 013х= -С 2644Х * 56.874 /

¡! = 0 958 3 !

■

. " ■

20 40 60

100 120 140 "н„.

590 (та

а) б)

Рисунок 15 - Графики среднего значения диаметра капли: а) от размера 0Нц; б) от размера Ьн

Для определения степени монодисперсности «вторичных» капель изучена частота распределения размеров «вторичных» капель на основе аппроксимации экспериментальных данных в статистической диалоговой системе STADIA. Данный процесс представлен уравнением регрессии

у=1,137-2,606E-3*xl-l,204E-2*x2+2,78E-6*xl*xl+4,001E-5*x2*x2+7,037E-6*xl*x2

Уравнение представляет собой зависимость размера «вторичной» капли у от размера «первичной» капли xl и скорости соударения х2 «первичной» капли с рассекателем. Частота распределения «вторичных» капель при классе размеров «первичных» капель от 200 до 300 мкм свидетельствует, что основная масса «вторичных» капель находится в интервале 10...50 мкм, при этом имеются лишь незначительные выбросы крупных капель в интервале 50...350 мкм. Среднее значение диаметра «вторичной» капли - 45,58 мкм, а среднеквадрати-ческое отклонение - 39,23 мкм. Размеры «вторичных» капель удовлетворяют требованиям, предъявляемым к мелкодисперсным аэрозолям.

Получив необходимые параметры воздушного потока и размеры капель (область II), перейдем к моделированию движения аэрозоля в камере обработки семенного материала (область III). Для этого создаем три типа граничных условий области расчета (рисунок 16):

— Вход - тип граничного условия «Вход/Выход», задаем значение скоростей и давления, определяемое по расчету модели пневмораспылитель-ной насадки - Рвх" - Рвых", VBXIU=VBbKn;

— Стенка — тип граничного условия «Стенка», условие непроницаемости по аналогии с насадкой

Рисунок 16 — Расчетная схема камеры VnIn=0;

обработки — Выход — тип граничного ус-

ловия «Давление, равное атмосферному Рвькш = Рщ-м»- Начальные граничные условия входа в барабан «вторичных» капель, устанавливаем, исходя из данных, определенных на втором этапе моделирования (таблица 1).

Таблица 1 - Объемные доли капель по размерным группам

Скорость воздушного потока, м/с Объем капель (%) по размерам de

0-10 мкм 11 -20 мкм 21-30 мкм 31-40 мкм

10 30 40 15 15

15 30 30 30 10

20 25 15 60 -

25 20 35 45 -

Данная модель позволит определить предельные геометрические характеристики барабана (длина и диаметр Ое), при которых аэрозоль способен заполнять рабочий объем барабана.

Моделирование скорости движения аэрозоля с условной длиной 10 м показывает, что на расстоянии до 2 м от входа аэрозоль распространяется со ско-

ростью 5... 10 м/с, на расстоянии 2...3,5 м - 0,9...2,9 м/с, на расстоянии от 3,5 скорость падает до 0,1 м/с (рисунок 17).

Рисунок 17 - Визуализация заливки по модулю скорости частиц аэрозоля

у =-0.234 Зх2- 0.4617

А I _ Л ЛСПИ

0 0.5

Рисунок 18

Следовательно, переместить капли аэрозоля в барабане (рисунок 18) возможно на расстояние не более 2,5 м, при этом средняя скорость аэрозоля составляет 1,5 м/с. Для определения диаметра барабана при предельных значениях Пб=3 м и Ьб = 4м рассмотрим

- Зависимость средней скорости частиц от длины барабана

траектории движения частиц и качественные характеристики аэрозоля. Объем барабана на расстоянии 0.5 м от стенки не используется, большинство частиц двигаются по траекториям в объеме на расстоянии до 1,0 м от центра барабана (рисунок 19). Отсюда рекомендуемый диаметр Вб=0,25...2,0 м. Однако качественные характеристики аэрозоля показывают, что минимальный средний размер аэрозольных частиц возможно получить при диаметре барабана до 1,25 м. Тогда соотношение Ь6/Вб=(2,5...3):1 (рисунок 196).

а)

Рисунок 19 - Результаты расчета: а) визуализация скорости частиц; б) график зависимости среднего размера частиц от длины барабана

Дальнейшие расчеты проводились с барабаном при 05=0,5 м и Ьб=1,5 м (рисунок 20). Аэрозоль, выходя со скоростью 10 м/с из пневмораспылительной насадки, вследствие резкого расширения объема снижает скорость до среднего значения 3,8 м/с. В центральной части барабана скорость аэрозоля составляет в среднем 3,1 м/с. С середины барабана скорость аэрозольного облака увеличивается до среднего значения 5,9 м/с (рисунок 206). Результаты численного моделирования позволяют усовершенствовать конструктивно—технологические параметры вентилятора, насадки и барабанной камеры обработки для получения качественного по составу аэрозоля.

а) б)

Рисунок 20 - Результаты расчета: а) визуализация траекторий движения частиц аэрозоля; б) график изменения скоростей частиц аэрозоля по сечению: 1- на входе в барабан; 2 - в центральной части барабана; 3 — на выходе барабана

В четвертом разделе «Моделирование процесса обработки семенного материала в устройствах барабанного типа и методики определения качества работы» рассмотрен механизм обработки семян в барабане.

Выявлен механизм образования равномерного слоя препарата на поверхности семян, в том числе при использовании барабанного технического устройства с нестационарным режимом вращения барабана. Математическая модель процесса обработки семян внутри эксцентрично закрепленного барабана построена, исходя из теории М.Н. Летошнева о установившимся цикле движения 2 ---..........частицы внутри вращающегося барабана (ри-

. сунок 21), который проявляется в переменен X 11 . . X . .

0 3 [/ г " ных состояниях: относительного покоя; отно-

. сительного движения; свободного движения.

' > Полный цикл движения семени определяется

? \ : К \ у/ четырьмя переменными состояниями: фаза

_ _ Ч" ' 4-1 — относительный покой; фаза 1-2 —

4 скольжение; фаза 2-3 —свободное движение;

Рисунок 21 - Циклы движения фаза 3-4 - скольжение, которые оцениваются

частицы в барабане уравнениями

а>]ЯеШ<Р~ со$(0)^ + су,№<р + g со8(й>0-/,-- ЯзЦйу,) - а]Я, зт(©5/, + = О

2 Яе(а>6-а>) Я6(а>,+а>6)

I <а2Д3С05(а>,<2-йуг+й>;2) | ёик(соб1г-а>12) (&), - а>, + со) Яе(о>б- со)

2 "

•2Я, (^(ш,;, -соб/, + /¡>1,) gcos(coбt,-cot¡)

¿у = 0.

(да, - + со) Яй (аб-со)

g со $(ш2 -абг2) + (со6 - со)2 Я6 + (о2 К, со 5(соэ12 -соб12+со12) = 0.

х = -Я0 ¡т(соэ12)~ Я6 вт(собг2 + ш2)+ У3(/ -12)со$а

(1 — I )2

У = -Я, СОз(й>,/2)-Л0- соз(й)6/2-т2)+У3(1-12)$1ва-^ ^ 2'

(30)

(31)

(*-Д,5т(юэ/))2 + (у-«3соз(йу))2 = Я2 где е)б- угловая скорость вращения барабана, с"1; радиус барабана, м; ^ср коэффициент трения семени; со, - угловая скорость вращения кривошипа, с"1; - радиус кривошипа, м.; <р- угол трения, град.; г,- момент времени, соответствующий началу проскальзывания семени относительно поверхности барабана, е.; г2— момент времени, когда происходит отрыв семени от поверхности барабана, с; а - угол между вектором скорости и горизонтальным диаметром барабана, град.; ^-скорость семени, м/с.

Решение системы уравнений (29-31) позволило установить оптимальный радиус кривошипа барабана, при котором семя производит максимальный по времени полет и имеет возможность более полно покрываться препаратом (рисунок 22). Чем выше значение тем большее количество времени семена

находятся в свободном полете. С учетом полученных данных и исследования процесса движения семян, помещенных на внутреннюю поверхность горизонтального вращающегося барабана проведено моделирование процесса обработки семян. Однако обрат-Рисунок 22 -Графическая иллюстрация Д1 ное воздействие частиц на несущую

фазу, а также взаимодействие частиц между собой делает процесс моделирования сложным и трудновыполнимым. Для упрощения процесса поток падающих семян имитирован слоями сетки, установленными по длине барабана, через ячейки которого проходит поток аэрозоля. При этом форма сетки соответствует траекториям движения семян по рисунку 22, полученным по уравнениям 29-31 (рисунок 23). Сетка соответствует площади семян, находящихся в барабане.

а) б)

Рисунок 23 - Результаты расчета: а) визуализация траекторий движения частиц через сетку; б) изменение скоростей частиц по сечению: 1-скорость частиц на входе;

2-скорость частиц после прохождения сетки; 3-скорость частиц на выходе

При установке сетки из слоя семян в качестве граничного условия средняя скорость аэрозоля на входе в барабан составляет 3,7 м/с, после прохождения сетки 3,9 м/с, на выходе из барабана повышается до 4,1 м/с (рисунок 23).

Объясняется это разделением воздушных потоков при прохождении через сетку на воздушные струи с разным скоростным режимом и вследствие этого турбулизацией аэрозольного потока, что и приводит к увеличению скорости. Анализ результатов на рисунке 246 показывает, что на расстоянии до 2,5 м от входа аэрозоль распространяется со средней скоростью 4.. .2,5 м/с.

Для определения качества для предпосевной обработки семенного материала нами предложены оригинальные методики по отбору проб; регистрации размеров капель аэрозоля и способов автоматической обработки полученных результатов. Забор пробы для определения площади покрытия проводили с использованием лабораторных предметных стекол с нанесенным на их поверхность составом 10%-го силикона. Подсчет проводился при помощи визуально-измерительного комплекса, включающего в себя микроскоп МБИ-15, цифровой фотоаппарат и ПК. Комплекс позволил получить изображения капель, которые далее обрабатывали с использованием программы обработки визуальных данных «IMAGE-PRO PLUS 2,0». Программа позволяет выделить капли, определить их размер и площадь покрытия.

Визуализация движения семян в барабане на экспериментальной установке позволила получить данные о циклах движения семян внутри вращающегося барабана. Эксперименты позволили установить, что полнота протравливания растет с увеличением радиуса кривошипа до R3=0,033 м. Дальнейший рост R3 приводит к увеличению вибрации и росту доли поврежденных от удара семян.

Оптимальный R3 составляет 0,027.....0,033 м, что и было установлено в ходе

теоретических исследований. Для определения оптимальной скорости шэ применялась аналогичная методика, она составляет соэ=6... 8 с" .

Результаты моделирования показывают, что поток аэрозоля с заданными размерами и концентрацией капель при увеличении скорости аэрозоля и тур-булизации воздушных струй способен качественно и многократно обработать семенной поток препаратом. Определено, что для обеспечения производитель-

ности 4 т/ч протравливатель должен иметь следующие конструктивные параметры: диаметр барабана 0,5 м; длина 1,5 м, а угол наклона барабана должен быть выполнен с возможностью изменения в интервале 6—10 град.

В пятом разделе «Технологии и технологические линии с комплексом машин для предпосевной обработки семенного материала» рассмотрены технологические процессы при предпосевной подготовке семенного материала, требования к техническим устройствам для трех типов хозяйств, отличающихся по размерам площадей производимой продукции - мелких, средних и крупных. В зависимости от типа хозяйств рекомендуются разработанные технические средства: для мелких производительностью до 5 т/ч, для средних — производительностью 5... 15 т/ч с барабанными и камерными устройствами протравливания с возможностью обработки семян биопрепаратами и стимуляторами роста, для крупных хозяйств и агрохолдингов - производительностью 15...50 т/ч с устройствами дозирования и смешивания преимущественно барабанного типа и возможностью обработки семян биопрепаратами и стимуляторами роста.

В целях качественной очистки семян перед предпосевной обработкой использовали усовершенствованные нами технологические линии с комплексом машин для очистки и предпосевной подготовки семян.

*—, - ГЪлок оВраВатЛаегт кипытры - оскЛнай лоток

' Для крупных хо-

зяйств нами рекомендуются линии ЗАВ (рисунок 24) с протравливанием семян предложенными протравливателями ПСБ и инкрустаторами БИС, работающими в режиме протравливания. Например, технологическая линия в Ульяновской области работает по 6 схемам, в том числе в режиме протравливания.

Для мелких и средних хозяйств для протравливания клубней картофеля с применением химических средств нами рекомендуется в существующей технологической линии использовать разработанный протравливатель клубней картофеля с рециркуляцией аэрозоля ПКД-20, обеспечивающий дробление капель до размеров мелкомонодисперсного аэрозоля и его рециркуляцию, что повышает эффективность и качество обработки клубней.

Для средних и крупных хозяйств для протравливания химическими средствами и биопрепаратами нами рекомендуются передвижные протравливатели семян барабанные ПСБ-1,5, ПСБ-4 и ПСБ-10 (рисунок 25).

- - Круг*.Р и тяхё/яе принеа/ - Лёгкие пригаси

- . пршет

----ГЪмщхЯю***! папериал

БЧПС - Б^кер ихгтх БЧ1С - 'Ч"-'Т исгшг № 'I-*1Ч* < -»*.> л БО-отходов

ГЬх Нсцка НжнАые

1 ОП-$002000 Лилате*,-Зох/хр

2 *В-320 Трохпартер илего&л

мк-я Норив Х1груягч№

т-ю~ Нория

6 Чсяап пднЬц1ЯГ1ыси сгичи МЛР-Я

7 ЮС-50 Лрия

Рисунок 24 - Технологическая схема протравливающего комплекса

Рисунок 25 Протравливатель семян барабанный ПСБ-1,5 а) схема; б) внешний вид 1-бункер; 2—барабан; 3-затвор; 4—привод; 5-выгрузное окно; 6-кожух; 7-распылитель; 8,10-трубопроводы; 9-вентилятор; 11-завихритель

Применение барабанных устройств не снижает количество микроорганизмов биопрепаратов. Исследования по определению влияния технологического процесса обработки семян в барабанных технических средствах на жизнедеятельность бактерий рода Bacillus subtilus проводились с биопрепаратами четырех штаммов (рисунок 26). Воздействие давления воздушного потока

10 20 30 , 40 50 t, мин

п - количество клеток, в 1 мм * 10

1 - штамм 26 Д; 2 - штамм Ш'Н; 3 - штамм 118РН; 4 - штгамм 119РН

и механического вращения в барабане не оказывает существенного влияния на развитие колоний микроорганизмов. Кроме того определено, что в рекомендованных барабанных устройствах семена минимально травмируются по сравнению с камерными и шнековыми техническими устройствами.

Рисунок 26 - Влияние времени воздействия

в барабане на микроорганизмы Для уничтожения патогенной микрофлоры при обработке семян биопрепаратами нами рекомендуется использовать СВЧ - обеззараживание (рисунок 27).

зараженные семена СВЧ установка по обеззараженные семена инкрустация обеззараженных семян биопрепаратами с созданием оболочки инкрустированные семена в ^

обеззараживанию семян оболочке г

Рисунок 27 Система технологического процесса предпосевной обработки семян

Проведены исследования по определению качества обеззараживания семян пшеницы и семян ячменя 2 видами обработки: обработка с применением озона и обработка токами СВЧ (рисунок 28). Данные стимуляции роста про-

а) б)

1-бункер; 2-камера обработки; 3-вентилятор; 4-бункер для биопрепарата;

5-распылитель; 6-рама; 7—резервуар; 8-насос; 9—электродвигатель Рисунок 29 Барабанный инкрустатор семян БИС-4: а - схема, б - общий вид

Обеззараженные семена подвергались инкрустированию в барабанном инкрустаторе, при этом биопрепараты наносились на поверхность семян, а сверху образовывалась защитная оболочка, которая растворяется в почве по мере поступления влаги.

Для реализации предлагаемых технологических приемов нами в ООО «Заря» и ООО «Биофорт» освоено производство технических устройств ПКД-20, ПСБ-1,5, ПСБ-4, ПСБ-10 и БЙС-4. Производственные испытания позволили установить (таблица 2): протравливатель ПКД-20 уменьшает повреждаемость клубней в три раза и увеличивает степень покрытия на 10.5% по сравнению с протравливателем Гуматокс-С; протравливатели типа ПСБ и инкрустатор БИС-4 уменьшают повреждаемость семян на 25...50%, увеличивают степень покрытия до 7%, увеличивают полноту протравливания на 2...4% и снижают расход рабочей жидкости на 0,5...2,5 л/т по сравнению с протравливателем ПС-10.

ростков семян пшеницы свидетельствуют о том, что стимулирующий эффект при всхожести семян отмечался в вариантах с экспозицией 10... 20 с и мощности 90...900 Вт (рисунок 286). Анализ зараженности семян показал, что при мощности 300...450 Вт. и экспозиции 20 с число колоний фитопато-генных грибов уменьшилось по сравнению с контролем на Рисунок 28 Влияние выбранных режимов СВЧ на: 20%, а зараженность снизи-а) численность фитопатогенных грибов на поверх- лась на 60...80% (рисунок ности семян; б) всхожесть семян 28а).

Обеззараженные токами СВЧ семена, попадая в почву при посеве, повторно инфицируются почвенными фитопатогенами. Предупредить повторное перезаражение семян возможно путем инкрустирования. Для этих целей разработан инкрустатор БИС-4 (рисунок 29).

Таблица 2 Показатели качества обработки по техническим средствам

Показатели качества обработки Технические средства

Раз эаботанные Серийные

ПСБ-1,5 ПСБ -4 ПСБ -10 БИС -4 пкд-20 ПС-10АМ Гуматокс-С

Полнота протравливания, % 92 92 92 94 92,7 90 не определялась

Степень покрытия поверхности семян препаратом, % 89 92 93 92 94 87 85

Степень повреждаемости семян, % 0,2 0,3 0,4 0,3 0,4 0,4 1,2

Расход концентрата суспензии, л/т 7 7,5 9 7,5 0,3 9,5 не определялся

Более качественная предпосевная обработка семян яровой пшеницы биопрепаратами протравливателями типа ПСБ дает прибавку урожая на 15...20% по сравнению с ПС-10 за счет повышения качества обработки и благоприятных условий действия микроорганизмов биопрепаратов. Применение технического устройства БИС-4 обеспечивает повышение полевой всхожести пшеницы на 7...10%, плотности продуктивного стеблестоя на 5...7%, массы зерна с одного колоса на 2.. .3%, что обеспечивает увеличение урожайности до 8 ц/га.

В шестом разделе «Рекомендации производству и технико-экономическая эффективность» приведен расчет эффективности и предложены перспективы использования результатов исследования в АПК.

Наряду с задачей устойчивого производства продукции растениеводства с каждым годом все настойчивее ставится проблема повышения требования к экологичности процесса, осуществляемого техническими средствами для предпосевной обработки семенного материала. Поэтому для стабильного обеспечения населения основными продуктами питания, а промышленности — сырьем, встают две задачи. Во-первых, максимально снизить процент зараженности семенного материала болезнями, во-вторых, применять большее количество безопасных для окружающей среды препаратов, в частности биологических.

Для решения первой задачи рекомендуется использовать предлагаемые технологии и технические средства:

— при протравливании клубней картофеля необходимо отказаться от крупнокапельного опрыскивания клубней различными распылителями, допускающими при невысоком качестве обработки попадание ядохимиката в окружающую среду. При устойчивой технологии возделывания использовать технологические линии со встроенным в них протравливателем, способным обрабатывать клубни микромонодисперсным аэрозолем;

— при протравливании семян зерновых культур необходимо отказаться от сухого, полусухого, мокрого способов предпосевной обработки вследствие низкой экологичности процессов и большого расхода препарата. Использовать мелкодисперсный способ, осуществляемый барабанными протравливателями, способными обрабатывать семена химическими средствами защиты монодисперсным аэрозолем с минимальным повреждением семян.

Для решения второй задачи рекомендуется применять барабанные протравливатели при обработке семян биопрепаратами, т.к. они оказывают минимальное воздействие на жизнедеятельность микроорганизмов по сравнению с другими техническими средствами. Кроме того при инкрустации семян зер-

новых культу р рекомендуется применять предлагаемую систему предпосевной обработки, включающую в себя предварительное уничтожение патогенной микрофлоры физическим способом и формирование симбиотической микрофлоры на семенах путем инкрустации. Разработанные, испытанные и внедренные в производство технические средства, а также экономическая эффективность их использования представлены в таблице 3.

Таблица 3 Общий экономический эффект по внедренным техническим средствам

№ № Техническое средство Эконом, эффект на 1 ед.прод., руб/т Объем выполненных работ, т Экономический эффект, руб

1 Протравливатель клубней дисковый ПКД-20 1781,04 360 т 641174,4

2 Протравливатель семян барабанный ПСБ-1,5 7461,8 250 т 1865450

3 Протравливатель семян барабанный ПСБ-4 8539,4 620,7 5300405,58

4 Протравливатель семян барабанный ПСБ-10 8238,1 180 1485858

5 Инкрустатор семян барабанный БИС-4 12995,4 1327,7 17253992,58

Общий экономический эффект от внедрения разработанных машин составляет 26,5 млн. рублей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментальные исследования по определению реакций бактерий рода Bacillus subtilus на воздействие рабочих органов технических средств предпосевной обработки выявили, что:

— действие избыточного статического давления и распыла гидравлической форсунки не оказывает существенного влияния на развитие колоний микроорганизмов;

— действие транспортировки биопрепарата под давлением по трубопроводу с арматурой и шестеренчатого насоса уменьшило количество способных к размножению микроорганизмов;

— использование устройств осуществляющих механическое перемешивание даже при непродолжительном воздействии вызывает снижение жизнеспособности и (или) гибель микроорганизмов.

Производственные испытания барабанного технического средства с пневматическим распылителем ПСБ-1,5 подтвердили минимальное воздействие на микроорганизмы в составе биопрепаратов. Опытные данные показали, что предпосевная обработка семян яровой пшеницы биопрепаратами разработанным ПСБ-4 дает прибавку урожая на 15...20% по сравнению с обработкой серийным ПС-10 за счет того, что в барабанных устройствах не происходит угнетения действия микроорганизмов.

2. Обоснованы условия применения уравнений динамики двухфазных сред «воздух-частицы» для математического описания процесса движения воздушно-капельной смеси (аэрозоля) в технических средствах для предпосевной обработки. Объемная концентрация капель в воздушном потоке в рассмотрен-

ных технических средствах колеблется в пределах 1,10*10"13 < ак < 3,18* 10~7 , что соответствует переходному характеру течения воздушного потока с «низко-запыленного» при низкой концентрации жидких частиц (а < 10"9) до «слабоза-пыленного» при незначительной объемной концентрации капель (а < 10"6). Обратное воздействие капель на воздушный поток незначительно.

3. Разработаны математические модели процессов образования аэрозоля техническими средствами предпосевной обработки и обоснованы их основные конструктивно-технологические параметры:

— для построения модели взаимодействия капли с воздушным потоком определены силы гидродинамического сопротивления, возникающие при разности скоростей воздушного потока и частицы, а также числа Рейнольдса, Ве-бера и Маха, влияющие на степень деформации и дробления капель. В рабочем диапазоне скоростей воздушного потока 20...75 м/с коэффициент сопротивления частиц CD = 0,5...4,3. При числе Рейнольдса от 10 до 170, критериях Вебера We = 0,003...0,04 иМахаМр = 6...24*10"3 отсутствуют условия для деформации и дробления капель;

— определены средние диаметры капель аэрозоля, образованных гидравлическими (90...160 мкм), механическими (90...300 мкм) и пневматическими (80...230 мкм) типами распылителей. Установлено, что для достижения размера капли, отвечающего требованиям мелкодисперсного аэрозоля необходимо вторичное дробление капель о рассекатель. При ударе о рассекатель «первичной» капли диаметром 100...400 мкм и скорости удара 10 м/с диаметр «вторичной» капли составляет 8,7...34,9 мкм, что соответствует требованиям мелкодисперсного аэрозоля. Скорость капель после удара в зависимости от вида распылителя составляет 10...42 м/с, коэффициент восстановления нормальной скорости капли к„ = 0,68...0,71, что свидетельствует о неупругом столкновении капли со стенкой.

4. Разработана математическая модель процесса работы технических средств предпосевной обработки семян зерновых культур барабанного типа, которая позволила обосновать основные конструктивно-технологические параметры устройств и технологические параметры аэрозолей.

Установлено, что равномерность скорости воздушного потока на выходе из нагнетательного канала повышается при использовании вентилятора с 8 радиальными, направленными вперед лопатками.

Результаты моделирования в программном комплексе FlowVision показали, что качественный по составу аэрозоль образуется при использовании рассекателя в виде воронки с установленным внутри конусом. При этом происходит образование «вторичных» капель со средним диаметром 14...21 мкм из «первичных» размером 100...250 мкм, аэрозоль становится монодисперсным. Рекомендуется использовать пневмораспылительную насадку длиной 0,35...0,55 м при диаметре центральной части 0,06...0,11 м; рекомендуемые скорости воздушного потока— 10...15 м/с.

Для определения степени монодисперсности «вторичных» капель проведена аппроксимация экспериментальных данных в статистической системе STADIA. Определено, что частоты распределения размеров «вторичных» ка-

пель менее 50 мкм образуются при классе размеров «первичных» капель 200...300 мкм при скоростях 10...20 м/с. Определены скоростные режимы аэрозольного облака (средняя скорость по длине барабана 3,1...5,9 м/с) и геометрические характеристики барабана: длина - 0,5... 2.5 м, диаметр - 0,25... 1,25 м.

5. Разработана математическая модель рабочего процесса обработки семян барабанным устройством. Получены уравнения, позволяющие определить моменты времени: начала проскальзывания семени от поверхности барабана; отрыва семени и время попадания семени на поверхность барабана. Предложено численное решение полученных уравнений для определения оптимального значения радиуса кривошипа барабана, при котором семена в нестационарном режиме работы производят максимальный по времени полет. Для обеспечения производительности 4 т/ч протравливатель должен иметь диаметр барабана 0,5 м, длину 1,5 м, угол наклона — 6... 10°. Оптимальное значение радиуса эксцентриситета 0,027...0,033 м.

Моделирование процесса обработки семян каплями аэрозоля в барабане показало, что на входе в барабан средняя скорость аэрозоля составляет 3,7 м/с, после прохождения потока семян, падающего сверху со стенки барабана, скорость увеличивается на 0,2 м/с. Увеличение скорости происходит вследствие разделения воздушных потоков на струи с разным скоростным режимом и тур-булизацией потока. По качественным характеристикам установлено рекомендуемое соотношение длины барабана к его диаметру — (2,5...3): 1 для обеспечения производительности 1,5... 10 т/ч.

6. Разработаны технологические приемы предпосевной обработки семян зерновых культур, включающие: - протравливание химическими или биологическими препаратами, - инкрустацию биологическими препаратами с предварительным обеззараживанием семян токами СВЧ, - инкрустацию с предварительной обработкой химическими препаратами, - инкрустацию с добавлением микроэлементов и стимуляторов роста с предварительной обработкой химическими или биологическими препаратами; а также клубней картофеля химическими препаратами в составе стационарных технологических линий. Для реализации этих технологических приемов разработаны технические средства: для протравливания семян зерновых культур — протравливатели семян ПСБ-1,5, ПСБ-4, ПСБ-10; для протравливания клубней картофеля химическими средствами — дисковый протравливатель ПКД-20; для обеззараживания семян токами СВЧ с последующей инкрустацией семян биопрепаратами, стимуляторами роста и микроэлементами — инкрустатор БИС-4. Разработанные технологические приемы и технические средства в составе технологических линий внедрены в хозяйствах Республики Башкортостан, Карачаево-Черкесской Республики, Тульской и Ульяновской областей.

Установлено, что протравливатель ПКД-20 уменьшает повреждаемость клубней в три раза и увеличивает степень покрытия на 10,5% по сравнению с протравливателем Гуматокс-С; протравливатели типа ПСБ и инкрустатор БИС-4 уменьшают повреждаемость семян на 25—50%, увеличивают степень покрытия до 7%, увеличивают полноту протравливания на 2...4% и снижают расход рабочей жидкости на 0,5...2,5 л/т по сравнению с протравливателем ПС-10.

7. Установлено, что использование инкрустатора БИС-4 дает прибавку урожая на 14% за счет повышения качества обработки и создания благоприятных условий для жизнедеятельности биопрепаратов. Апробация предложенного технологического приема, реализуемого инкрустатором БИС-4, обеспечило повышение полевой всхожести семян на 7... 10%, плотности продуктивного стеблестоя на 5...7% и массы зерна с одного колоса на 2...3%, что привело к повышению урожая пшеницы до 8 ц/га. Установлено, что при обеззараживании семян токами СВЧ мощностью 300...450 Вт при экспозиции 20 с число колоний фитопатогенных грибов уменьшается на 21%, а зараженность составляет 23...40% по сравнению со 100% в контроле. Оценка эффективности разработанных технических средств показала их соответствие назначению и агротехническим требованиям при предпосевной обработке и они предложены к серийному производству. Внедрение разработанных технологических приемов с использованием рекомендуемых машин повышает рентабельность возделывания картофеля с 18,5 до 38%, зерновых культур с 13 до 47,6%. Общий экономический эффект от внедрения машин составляет 26,5 млн. рублей.

РАБОТЫ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Хасанов, Э.Р. Использование машинных экспериментов при анализе протравливания корнеклубнеплодов [Текст] / А.П. Иофинов, P.P. Камалетди-нов, Э.Р. Хасанов // Техника в сельском хозяйстве. - 2005.-№6. - С. 13-16.

2. Хасанов, Э.Р. Исследование процесса протравливания корнеклубнеплодов с использованием методов имитационного моделирования [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005.-№11. - С.5-7.

3. Хасанов, Э.Р. Протравливание клубней картофеля [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов // Сельский механизатор. - 2006. - №10. — С.12.

4. Хасанов, Э.Р. Установка для жидкостной обработки клубней картофеля [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов // Картофель и овощи.-2006.-№7.-С. 13-14.

5. Хасанов, Э.Р. Особенности машин для обработки сельскохозяйственных культур биопрепаратами [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов, P.M. Хайруллин и др. // Механизация и электрификация сельского хозяйства,-2007—№6.-С. 2-3.

6. Хасанов, Э.Р. Метод оценки качества аэрозольного покрытия [Текст]/ Р.Р.Камалетдинов, Э.Р.Хасанов //Техника в сельском хозяйстве.-2007—№5 — С.39-40.

7. Хасанов, Э.Р. Обеззараживание и стимуляция прорастания семян токами СВЧ [Текст] / Э.Р. Хасанов, P.P. Камалетдинов, P.M. Хайруллин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2010. — №3. — С. 14—15.

8. Хасанов, Э.Р. Исследование поведения зерна в эксцентрично закрепленном барабане протравливателя семян [Текст] / М.Х. Байгускаров, Э.Р. Хаса-

нов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2010. — №4.-С.35-39.

9. Хасанов, Э.Р. Расчет параметров эксцентрично закрепленного барабана протравливателя семян [Текст] / Э.Р. Хасанов, М.Х. Байгускаров // Вестник Саратовского государственного аграрного университета,— 2010—№6. — С.27—30.

10. Хасанов, Э.Р. Расчет полета частицы внутри эксцентрично закрепленного вращающегося барабана протравливателя семян [Текст] / М.Х. Байгускаров, Э.Р. Хасанов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета.- 2011 .-№2,- С.42-45.

11. Хасанов, Э.Р. Построение математической модели движения зерновки внутри эксцентрично закрепленного барабана протравливателя семян [Текст] / Известия Оренбургского государственного аграрного университета.—2012.—№ 3(35).-С.76-78.

12. Хасанов, Э.Р. Определение конструктивных параметров барабанного протравливателя семян при нестационарном режиме его работы [Текст] / Э.Р. Хасанов, М.Х. Байгускаров // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.—2012,—№ 4(20)- С.138—143.

13. Хасанов,Э.Р. Инкрустация семян зерновых культур при разработке конструкции барабанного протравливателя-инкрустатора семян [Текст] / Вестник Башкирского государственного аграрного университета. — 2012. — №1. — С.52-56.

14. Хасанов, Э.Р. Анализ процесса инкрустации семян в барабанном протравливателе-инкрустаторе [Текст] / Вестник Башкирского государственного аграрного университета - 2013.-№1- С.87-90.

15. Хасанов, Э.Р. Совершенствование режимов работы инкрустатора семян путем определения зон взаимодействия воздушных потоков [Текст] / Э.Р. Хасанов, Р.В. Танеев // Известия Международной академии аграрного образования. - 2013.-№17,- С.126-131.

16. Хасанов, Э.Р. Предпосевная обработка семян токами СВЧ с последующей инкрустацией [Текст] / Известия Оренбургского государственного аграрного университета. — 2013. —№ 5(43). — С.83-86.

17. Хасанов, Э.Р. Система предпосевной обработки семян токами СВЧ с последующей инкрустацией [Текст] / Вестник Башкирского государственного аграрного университета.-2013.-№4 - С.105-109.

18. Хасанов, Э.Р. Совершенствование режимов работы барабанного инкрустатора семян [Текст] / Э.Р. Хасанов, Р.В. Танеев // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2014. -№ 2(46). - С.77-80.

19. Хасанов, Э.Р. Совершенствование режимов работы барабанного инкрустатора семян [Текст] / Э.Р. Хасанов, С.Г. Мударисов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. — 2014. -№ 2(30). — С.90-94.

20. Хасанов, Э.Р. Пневмомеханический протравливатель семян [Текст] / Р.В. Ганиев, Э.Р. Хасанов // Сельский механизатор. - 2014. - №8. - С.40-41.

21. Хасанов, Э.Р. Моделирование процесса образования монодисперсного аэрозоля при предпосевной обработке семян [Текст] / Э.Р. Хасанов, С.Г. Муда-

рисов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. -2014.-№ 4(48).- С.72-74

Публикации в журналах

22. Хасанов, Э.Р. Протравливание клубней — одна из важнейших операций при возделывании картофеля [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов // Информационный бюллетень Минсельхозпрода РБ.-2000.-№ 9 - С.35-36.

23. Хасанов, Э.Р. Оценка качества работы дискового распылителя погружного типа [Текст] / Э.Р. Хасанов, P.P. Камалетдинов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета.-2005.-№3.— С.143-145.

24. Хасанов, Э.Р. Установка для жидкостной обработки клубней [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов // Главный агроном - 2008.-№1,- С.60-61.

Патенты

25. Пат. на изобретение 2239970 РФ, А 01 С1/06. Установка для жидкостной обработки корнеклубнеплодов [Текст] / Камалетдинов P.P., Хасанов Э.Р., Варисов М.А. (Россия) - № 2002122047/12 ; заявл. 12.08.2002 ; опубл. 20.11.2004, Бюл. № 32.

26. Пат. на изобретение 2354097 РФ, А 01 С1/06. Устройство для предпосевной обработки семян [Текст] / Камалетдинов P.P., Хасанов Э.Р., Сираев Р.Х. (Россия) — № 2006144686/13 ; заявл. 14.12.2006 ; опубл. 20.06.2008.

27. Пат. на полезную модель 87600 РФ, А 01 С1/08. Устройство для предпосевной обработки семян [Текст] / Камалетдинов P.P., Хасанов Э.Р., Хайрул-лин P.M., Байгускаров М.Х. (Россия) - № 2009122852/22 ; заявл. 15.06.2009 ; опубл. 20.10.2009.

28. Пат. на изобретение 2346422 РФ, А 01 С1/06. Устройство для протравливания семян [Текст1 / Камалетдинов P.P., Хайруллин P.M., Хасанов Э.Р., Сираев Р.Х. (Россия) -№ 2007125200/13 ; заявл. 03.07.2007 ; опубл. 20.09.2009.

29. Пат. на изобретение 2409015 РФ, А 01 С1/00. Устройство для предпосевной обработки семян [Текст] / Байгускаров М. X., Камалетдинов P.P., Хасанов Э.Р. (Россия) —№ 2009127207/13 ; заявл. 14.07.2009 ; опубл. 20.01.2010.

30. Пат. на изобретение 2395953 РФ, А 01 С1/00. Устройство для предпосевной обработки семян [Текст] / Байгускаров М.Х., Камалетдинов P.P., Хасанов Э.Р. (Россия) - № 2008144759/13 ; заявл. 12.11.2008 ; опубл. 10.08.2010.

31. Пат. на изобретение 2459401 РФ, А 01 С1/00. Устройство для предпосевной обработки семян [Текст] / Камалетдинов P.P., Хасанов Э.Р., Галлямов Ф.Н. (Россия) - № 2011109761/13 ; заявл. 15.03.2011 ; опубл. 27.08.2012.

32. Пат. на изобретение 2533917 РФ, А 01 С1/00. Устройство для предпосевной обработки семян [Текст1 / Камалетдинов P.P., Танеев Р.В., Хасанов Э.Р. (Россия) - № 2013127086/13 ; заявл. 13.06.2013 ; опубл. 27.11.2014.

Монографии и рекомендации

33. Хасанов, Э.Р. Перспективные направления совершенствования способов и конструкции машин для инкрустации семян защитно — стимулирующими препаратами [Текст] : рекомендации / Хасанов Э.Р., Камалетдинов P.P., Широков Д.Ю. - Уфа: Башкирский ГАУ, 2012. - 30 с.

34. Хасанов, Э.Р. Предпосевная обработка семенного материала защитно-стимулирующими препаратами [Текст] : монография / Хасанов Э.Р. - Уфа: Лань, Башкирский ГАУ, 2013. - 171 с.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

35. Хасанов, Э.Р., Протравливатель корнеклубнеплодов с рециркуляцией аэрозоля [Текст] / Э.Р. Хасанов, P.P. Галиев // Материалы Всероссийской научно—практической конференции «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье» - Уфа: Башкирский ГАУ, 1997. - С.60 - 64.

36. Хасанов, Э.Р. Обоснование конструкции протравливателя корнеклубнеплодов [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье» - Уфа: Башкирский ГАУ, 1998 - С.307-309.

37. Хасанов, Э.Р. Анализ мелкодисперсного дробления частиц дисковыми распылителями [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье» - Уфа: Башкирский ГАУ, 1999 - С. 162-167.

38. Хасанов, Э.Р. Имитационное моделирование процесса протравливания корнеклубнеплодов [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов // Сборник трудов факультета механизации сельского хозяйства — Уфа: Башкирский ГАУ, 2001. — С.118-124.

39. Хасанов, Э.Р. Анализ работы дискового протравливателя корнеклубнеплодов с рециркуляцией аэрозоля [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития производства продовольственных ресурсов и рынка продуктов питания» — Уфа: Башкирский ГАУ, 2002,- С.315-319.

40. Хасанов, Э.Р. Метод определения среднего размера частиц аэрозоля при протравливании клубней картофеля [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной XLII научно — технической конференции «Достижения науки

— агропромышленному производству». — Челябинск: Челябинский ГАУ, 2003,— Ч.2.- С.375-379.

41. Хасанов, Э.Р. Методы оценки свойств аэрозолей при протравливании клубней картофеля [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно

- практической конференции (к XIII международной специализированной выставке «АгроКомплекс—2003»). — Уфа: Башкирский ГАУ, 2003.-Ч.1.-С.282-284.

42. Хасанов, Э.Р. Определение конструктивных параметров и режимов работы дискового распылителя погружного типа [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Всероссийской научно - практической конференции (к XVI международной специализированной выставке «АгроКомплекс-2006»). - Уфа: Башкирский ГАУ, 2006.-Ч.З.-С.99-102.

43. Хасанов, Э.Р. Производственные испытания протравливателя ПСБ -4,0 в хозяйствах Республики Башкортостан [Текст] / Э.Р. Хасанов, М.Х. Бай-гускаров // Материалы Всероссийской научно - практической конференции с международным участием (к XVIII Международной специализированной выставке «АгроКомплекс-2008»).- Уфа: Башкирский ГАУ, 2008.-Ч.4.-С.122-123.

44. Хасанов, Э.Р. Пути повышения качества обработки семян с минимальным травмированием [Текст] / Э.Р. Хасанов, М.Х. Байгускаров, М.Р. Бик-тимиров // Материалы Международной XLVIII научно - практической конфе-

ренции «Достижения науки-агропромышленному производству». - Челябинск: Челябинский ГАУ, 2009.-Ч.4.-С.260-263.

45. Хасанов, Э.Р. Пути решения вопросов экологии при протравливании [Текст] / Э.Р. Хасанов, М.Х. Байгускаров // Материалы Международной IV научно — практической конференции «Актуальные экологические проблемы». — Уфа: Бирская ГСПА, 2009,- С.247-250.

46. Хасанов, Э.Р. Снижение повреждаемости семян при протравливании [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов, Ф.Н. Галлямов, М.Х. Байгускаров // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК». 4.1. — Уфа: Башкирский ГАУ, 2009. - С. 82-84.

47. Хасанов, Э.Р. Экологизация защиты семян сельскохозяйственных культур при протравливании [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы научно — практической конференции «Безопасность жизнедеятельности: проблемы и пути их решения в АПК»,-Уфа: Башкирский ГАУ, 2010.-С. 263-266.

48. Хасанов, Э.Р. Защита сельскохозяйственных культур и окружающая среда [Текст] / Э.Р. Хасанов, М.Х. Байгускаров // Материалы Международной V научно — практической конференции «Актуальные экологические проблемы».— Уфа: Башкирский ГАУ, 2010 - С.176-179.

49. Хасанов, Э.Р. Оценка влияния кинематических режимов на качество работы барабанного протравливателя [Текст] / Э.Р.Хасанов, М.Х.Байгускаров // Материалы Международной XLIX научно — технической конференции «Достижения науки — агропромышленному производству». — Челябинск: Челябинская ГАА, 2010. - С.82—86.

50. Хасанов, Э.Р. Использование СВЧ и биотехнологий при протравливании семян сельскохозяйственных культур [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно — практической конференции «Современные проблемы и перспективы развития аграрной науки». — Махачкала: Дагестанская ГСХА, 2010—4.1.-С.264-267.

51. Хасанов, Э.Р. Защита от болезней и стимуляция прорастания семян токами СВЧ [Текст] / Э.Р. Хасанов, М.Х. Байгускаров // Материалы Международной научно — практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». - Курск: Курская ГСХА, 2010.-4.3.-C.298-300.

52. Хасанов, Э.Р. Озонирование и СВЧ-обработка семян зерновых культур — перспективные способы предсеменного протравливания [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО Башкирский ГАУ. — Уфа: Башкирский ГАУ, 2010.-Ч.2,—С.111-113.

53. Хасанов, Э.Р. Усовершенствование конструкции барабанного протравливателя семян [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно - практической конференции «Вавиловские чтения - 2010». т.З - Саратов: Саратовский ГАУ, 2010,- С.379-381.

54. Хасанов, Э.Р. Разработка технологии инкрустации семян зерновых культур и обоснование конструкции устройства для ее технической реализации [Текст] / Э.Р. Хасанов //Материалы Всероссийской научно—практической кон-

ференции «Научное обеспечение развития АПК в современных условиях». т.З — Ижевск: Ижевская ГСХА, 2011.-С.206-208.

55. Хасанов, Э.Р. Методика оценки качества предпосевной обработки семян барабанным протравливателем—инкрустатором [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно—практической конференции, в рамках XXII Международной специализированной выставки «АгроКомплекс-2012». 4.1. — Уфа: Башкирский ГАУ, 2012. -С.394-399.

56. Хасанов, Э.Р. Особенности выбора технологических параметров инкрустатора семян сельскохозяйственных культур биопрепаратами [Текст] / P.P. Камалетдинов, Э.Р. Хасанов, Ф.Н. Галлямов // Материалы Международной LI научно-технической конференции «Достижения науки — агропромышленному производству». Ч.Ш. - Челябинск: Челябинская ГАА, 2012. -С. 173-176.

57. Хасанов, Э.Р. Направления совершенствования конструкции инкрустатора семян защитно-стимулирующими препаратами [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Всероссийской научно—практической конференции, посвященной 80-ю со дня рождения профессора А.П. Иофинова «Роль науки в инновационном развитии АПК»-Уфа: Башкирский ГАУ, 2012.-С.85-89.

58. Хасанов, Э.Р. Разработка барабанного инкрустатора семян зерновых культур [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной LI научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск: Челябинская ГАА, 2012—Ч.З.-С.192-196.

59. Хасанов, Э.Р. Визуализация движения воздушных потоков внутри инкрустатора-протравливателя семян сельскохозяйственных культур [Текст] / Р.В. Танеев, Э.Р. Хасанов // Материалы Второй Международной молодежной научной конференции молодых ученых России и Германии «Научные исследования в современном мире: проблемы, перспективы, вызовы»,— Уфа: Башкирский ГАУ, 2012.-Ч.1.-С.28-33.

60. Хасанов, Э.Р. Моделирование движения воздушных потоков внутри инкрустатора-протравливателя семян [Текст] / Р.В. Танеев, Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно—практической конференции, в рамках XXIII Международной специализированной выставки «АгроКомплекс—2013»,— Уфа: Башкирский ГАУ, 2013.-Ч.1.-С.327-328.

61. Хасанов, Э.Р. Использование токов СВЧ при обеззараживании и стимуляции прорастания семян [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные основы научно-технической и технологической модернизации АПК». Ч.1.— Уфа: Башкирский ГАУ, 2013.-C.318-323.

62. Хасанов, Э.Р. Взаимодействие семян и воздушного потока в барабанном инкрустаторе [Текст] / Э.Р.Хасанов // Материалы Международной конференции «Новые технологии и технические средства в АПК», посвященной 105-летию со дня рождения профессора Красильникова В В. — Саратов: Саратовский ГАУ, 2013.-С.210-214.

63. Хасанов, Э.Р. Обоснование конструкций картофелесажалок с одновременным протравливанием клубней [Текст] / Т.И. Нуртдинов, Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно-практической конференции, в рамках

XXIII Международной специализированной выставки «АгроКомплекс-2013».— Уфа: Башкирский ГАУ, 2013.-Ч.1.-С.367-369.

64. Хасанов, Э.Р. Обоснование конструкции инкрустатора семян зерновых культур [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно-практической конференции «Современные проблемы агроинженерной науки и образования» — Екатеринбург: Уральское аграрное изд—во, 2013.—С. 110-111.

65. Хасанов, Э.Р. Моделирование аэродинамического процесса в инкрустаторе семян // Российский электронный научный журнал. 2013. № 2: [Электронный ресурс]. URL:http://journal.bsau.ru/directions/05-00-00-technical-sciences/index.php?ELEMENT_ID=135 (Дата обращения: 15.09.2013).

66. Хасанов, Э.Р. Обеззараживание семян токами СВЧ и последующая их инкрустация в системе предпосевной подготовки [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно-практической конференции «Совершенствование конструкции, эксплуатации технического сервиса автотракторной и сельскохозяйственной техники» — Уфа: Башкирский ГАУ, 2013. —С.390—395.

67. Хасанов, Э.Р. Обеззараживание семян токами СВЧ с последующей их инкрустацией [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно-практической конференции, в рамках XXIV Международной специализированной выставки «АгроКомплекс-2014». - Уфа: Башкирский ГАУ, 2014. -Ч. II. -С.145-150.

68. Хасанов Э.Р. Предпосевная обработка семян техническими средствами [Текст] / Э.Р. Хасанов, A.M. Якупов // Материалы Международной научно-практической конференции. — Казань: Казанский ГАУ, 2014. — С. 146-150.

69. Хасанов Э.Р. Система предпосевной обработки семян в биологическом земледелии [Текст] / Э.Р. Хасанов // Материалы Международной научно-практической конференции. — Уфа: Гилем, Баш.энцикл., 2014. — С.218-224.

Отчеты НИР

70. Хасанов, Э. Р. Разработка технологии протравливания и инкрустации микроэлементами и биопрепаратами семян сельскохозяйственных культур и обоснование рациональных параметров конструкции устройств для их технической реализации [Текст] / Э.Р. Хасанов, P.P. Камалетдинов, Д.Ю. Широков, Р.В. Танеев, P.P. Гараев// Отчет НИР по заказу Министерства сельского хозяйства РФ - Уфа: Башкирский ГАУ, 2012. - 99 с. *

Подписано в печать 05.03.2015 г. Формат бумаги 60х84'/|б. Усл. печ. л. 2,0 Бумага офсстная. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Заказ 123. Тираж 100 экз.

РИО ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34