автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Обоснование электротехнологических параметров и режимов низковольтного активатора для предпосевной обработки семян лука

На правах рукописи

ХНЫКИНА Анна Георгиевна

ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ НИЗКОВОЛЬТНОГО АКТИВАТОРА ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЛУКА

Специальность: 05.20.02 - Элекгротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005554939

Краснодар - 2014

005554939

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетнол1 образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Рубцова Елена Ивановна

Официальные оппоненты: Курзин Николай Николаевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», кафедра «Физика», заведующий кафедрой

Федорищенко Михаил Геннадиевич

кандидат технических наук, доцент, Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет», кафедра «Безопасность технологических процессов н производств», доцент

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук (г. Зерноград)

Защита диссертации состоится 30 сентября 2014 г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» http://kubsau.ru/.

Автореферат разослан «¿£» Jctymi 2014 года и размещен на официальном сайте ВАК при Министерстве образования и науки России http:// vak2.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» http://kubsau.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета Курасов Владимир Станиславович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение посевных качеств и адаптивных свойств семян сельскохозяйственных культур при их предпосевной обработке, наряду с обычными агротехническими приемами, имеет существенное значение в решении проблемы увеличения производства продукции растениеводства.

Как показывают исследования, наиболее стабильный положительный эффект достигается воздействием на семена сельскохозяйственных культур электрического поля. Положительное воздействие электрического поля на семена обусловлено количественно дозированным энергетическим воздействием. В исследовании эффекта воздействия на семена электрического поля использовались небольшие объемы семенного слоя, что позволяло свободно оперировать широким спектром сигналов воздействия. При переходе на промышленный уровень в активаторе обработке подвергается большой объем слоя семян, поэтому параметры источника питания, активатора, а также слоя семян ограничивают диапазон электрических параметров возможных воздействий. Поэтому для промышленного освоения данных электротехнологий необходимо корректировать ранее определенные параметры режимов обработки семян.

Поскольку известные установки по предпосевной обработке семян импульсным электрическим полем (ИЭП) созданы на основе активаторов, работающих при больших амплитудах импульсов напряжения и потребляющих значительные электрические мощности в пиковом режиме зарядки его электрической емкости, то снижение амплитуды импульсов напряжения позволило бы значительно уменьшить энергопотребление активатора и установки ИЭП в целом, сделать ее малогабаритной и применимой в полевых условиях.

Диссертационная работа выполнена согласно плану НИР Ставропольского ГАУ по госбюджетной тематике 2011-2012 гг. (гос. контракт №9363р/15132 на выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по проекту № 15132, заявка № 11-3-Н5.1-0802 от 30.05.2011 г.) и 2011-2015 гг. (раздел № 1.1 «Исследование влияния физических факторов и озона на посевные качества семян сельскохозяйственных культур»).

Научная гипотеза состоит в том, что повышение посевных качеств семенного материала может быть достигнуто за счет его об-

работки низковольтными импульсами напряжения, обеспечивающими требуемую дозу воздействия.

Целью диссертационной работы является обоснование параметров и режимов обработки слоя семян импульсным электрическим полем с разработкой низковольтного активатора для повышения их посевных качеств.

Для достижения поставленной цели работы сформулированы следующие задачи исследований:

1. Разработать конструкцию и исследовать электротехнологические режимы низковольтного активатора установки для предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем.

2. Исследовать влияние электротехнологических режимов активатора на предпосевную обработку семенного материала лука ИЭП, стабильно улучшающих его посевные качества. На основании полученных результатов разработать инженерную методику определения рациональных режимов работы указанного активатора.

3. Построить математические модели методом регрессионного анализа, описывающие экспериментальные результаты исследований влияния параметров импульсного электрического поля и времени обработки на посевные качества семенного материала лука.

4. Подготовить техническое задание на изготовление макетного образца установки и выполнить технико-экономическое обоснование с целью внедрения способа предпосевной обработки семян низковольтным импульсным электрическим полем в хозяйствах края.

Объекты исследования: электротехнологические параметры, режимы работы, конструкция низковольтного активатора, семена лука.

Предмет исследования: зависимость физических и электрических свойств слоя семян, их посевных качеств (на примере семян лука) в объеме низковольтного активатора.

Методы исследования основываются на известных теоретических положениях и экспериментальных данных технологии предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем, математическом моделировании и математической статистике.

Научную новизну работы составляют:

1. Конструктивные, электрические параметры и режимы работы низковольтного активатора ИЭП, обеспечивающие требуемые

дозы воздействия для улучшения посевных качеств семенного материала (на примере семян лука).

2. Регрессионные модели влияния параметров ИЭП (времени обработки, напряжения, частоты и длительности импульсов) на изменение посевных качеств семенного материала (на примере семян лука).

3. Амплитудные дозы воздействия импульсного электрического поля для высоковольтной и низковольтной обработки семян в рациональных режимах имеют близкие значения, что качественно объясняет возможность применения низковольтного активатора для предпосевной обработки.

4. Теоретически рассчитанные и подтвержденные экспериментально результаты исследования физических и электрических характеристик семенного слоя, позволяющие добиться однородности предпосевной обработки с требуемой напряженностью электрического поля и дозой воздействия.

Практическую значимость работы составляют:

1. Конструктивные, электрические параметры и режимы работы низковольтного активатора ИЭП, обеспечивающие повышение посевных качеств семенного материала (на примере семян лука).

2. Рациональные режимы и параметры ИЭП, повышающие посевные качества семенного материала и снижающие патогенную микофлору.

3. Макетный образец установки для предпосевной обработки семян различных культур ИЭП низкого напряжения, позволяющий сократить время предпосевной обработки семян, повысить урожайность и тем самым обеспечить возможность создания непрерывной технологической линии подготовки семян в производственных условиях.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Электротехнологические режимы и параметры низковольтного активатора установки для предпосевной обработки семян ИЭП.

2. Регрессионные модели влияния параметров ИЭП низкого напряжения на посевные качества семенного материала (на примере семян лука).

3. Экспериментальные результаты исследования физических и электрических характеристик семенного слоя (на примере семян лука).

4. Технико-экономическое обоснование использования способа предпосевной обработки семян ИЭП низкого напряжения.

Реализация результатов работы. Разработанная экспериментальная установка для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем внедрена в ЗАО «Совхоз имени Кирова» Труновского района Ставропольского края для испытаний рациональных режимов. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет».

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались: на Международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2010» (Мурманск, 2010 г.), V Международной научно-практической конференции «Альянс наук: ученый - ученому» (Днепропетровск,

2010 г.), 6-й Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК» (Ставрополь, 2011 г.), Всероссийской научной конференции «Научно-техническое обеспечение АПК Юга России» (Зерноград,

2011 г.), Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, 2011-2013 гг.), Биотехнологической выставке-ярмарке «РосБиоТех» (Санкт-Петербург, 2011-2013 гг.), II Международной научной заочной конференции «Естественнонаучные вопросы технических и сельскохозяйственных исследований» (Москва, 2011 г.), выставке «Русь-Агро» (Москва, 2012-2013 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано: 19 научных работ, в том числе 1 патент РФ, 3 статьи в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК РФ. Общий объем публикаций - 9,5 п. л., из которых 3,8 п. л. принадлежат лично автору.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 168 наименований и приложения. Общий объем диссертации: 169 страниц машинописного текста, включая 42 рисунка, 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, выдвигаются научная и рабочая гипотезы, формулируется цель, объект и предмет исследований, излагаются научная новизна, практическая значимость работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены электротехнологические параметры и режимы устройств для предпосевной обработки семян, электротехнологические способы, воздействие электрического поля на микофлору, физические характеристики слоя семян и оценка степени заполнения ими объема активатора.

Одним из эффективных способов, обладающих одновременно стимулирующим и бактерицидным действием, является предпосевная обработка семян ИЭП, что подтверждено результатами исследований ученых Ставропольского ГАУ. Необходимо расширять исследования в этом направлении на большее число сельскохозяйственных культур с целью определения рациональных режимов обработки семян ИЭП и выяснения механизмов воздействия поля на них. Актуальной задачей также является уменьшение амплитуды напряжений ИЭП, что позволит создавать активаторы по обработке семян с меньшим энергопотреблением, более безопасные в работе, более компактные и мобильные для использования их в полевых условиях.

Сформулированы задачи исследований.

Во второй главе теоретически показано влияние неоднородности толщины воздушной прослойки на изменение напряженности электрического поля в слое семян, рассмотрены электрические схемы замещения активатора для определения режимов его работы, а также обоснован технологический процесс перемещения семян лука в рабочей зоне активатора.

Рассмотрим сечение вертикальной плоскостью активатора с реальным слоем семян при наличии воздушной прослойки (рисунок 1). Электрическое поле в межэлектродном пространстве на интервале Ах плоскопараллельное.

Рисунок 1 - Сечение вертикальной плоскостью активатора с реальным слоем семян при наличии воздушной прослойки

у

Потенциальный электрод

X

Семенной слой

Напряжение II между электродами равно сумме падений напряжений на воздушном промежутке {/в толщиной (с1 - с!{) и на слое семян и толщиной <Лу

и=и + и. (1)

в сл 4 7

Поскольку вектор напряженности электрического поля перпендикулярен поверхности электродов активатора и поверхности слоя семян, то значения напряженностей поля в воздушном промежутке £ ив слое семян Е обратно пропорциональны их диэлектрическим проницаемостям:

Е* I Есл — £Сл / ев > (2)

где гс1 и ев - диэлектрические проницаемости слоя семян и слоя воздуха соответственно.

Выражения (1) и (2) можно представить в виде

1Ев((1-с11) + Еа1с11=и

[-^в^в Есл 6СЛ

Решив систему уравнений (3), получим:

/

Еъ=и I(1

1-

й

1 —

Есл=и-

-1й

а К

1-4

А

'СЛ /

г \ -

1-

V есл )

(3)

(4)

(5)

Из соотношений (4) и (5) следует, что напряженность электрического поля в слое воздуха больше, чем в слое семян, поскольку ев <<: £сл. При изменении толщины слоя семян существенно изменяется напряженность поля внутри него. Дифференцированием соотношения (5) получаем выражение для относительного изменения напряженности электрического поля в слое семян в зависимости от его толщины <1Х:

ДЕ„

V сл

1/

1

МеЛсл)

А й

(6)

Наряду с конструктивной формой активатора существенное значение для режимов его работы имеют электрические характеристики семян лука, из которых в первую очередь необходимо выделить диэлектрическую проницаемость и электропроводность семян.

Помимо электрофизических свойств семян необходимо исследовать и электрические процессы в активаторе во время работы. Для этого необходимо рассмотреть схемы замещения активатора.

Для того чтобы получить наибольшее равномерное влияние электрического поля, исключим из рассмотрения слой воздуха. Соответствующая электрическая схема замещения представлена на рисунке 2. Для простоты расчетов рассмотрим случай, когда последовательным сопротивлением контактов и индуктивностью Ь подводящего кабеля пренебрегаем.

Рассчитаем режим зарядки электрической емкости активатора импульсом напряжения. Определим токи через электрическую емкость - /, сопротивление - /а, суммарный ток источника — /ист, а также напряжение 1/с на конденсаторе. В конечном виде система уравнений, описывающая процесс зарядки конденсатора, приводится к неоднородному линейному дифференциальному уравнению первого порядка:

Ч

**

К

Рисунок 2 - Упрощенная схема замещения активатора при индуктивности Ь = О

\сШс / йг + ис! т = С • £/нст / Лист

(7)

|т = (С-Янст-Я)/(Яист+Д) После преобразования (7) получаем следующие соотношения для токов:

(

и„

1-е

(8)

ип

р

V ИСТ У

К11СТ + ^

(9)

По информации разработчиков генератора импульсов напряжения, выходное сопротивление генератора в диапазоне частот повторения импульсов 100-П ООО Гц можно взять равным Я =100 Ом. Тогда для постоянной времени т из соотношения (7)

получаем: т = 1,5 • 10~8с, т. е. она мала. В силу этого также мала величина времени нарастания напряжения на электрической емкости активатора, которая равна Тфр = 2,2 • Сэкс • = 39 не.

Рисунок 3 — Схема замещения системы «источник - активатор со слоем семян»

Проанализируем работу системы «источник - активатор» с учетом индуктивности соединительного кабеля, которая может значительно влиять на значение тока источника /' . Схема

сг

замещения в этом случае представлена на рисунке 3. Для расчета токов и напряжений в схеме рисунка 3 запишем соответствующую систему уравнений:

'ист 'а 'с

'ист' ^ист + Ь<ИЦСТ / (к + ис — иисг.

/а =ис/ ЯЛ=С-йис1 Ж

(10)

Из системы уравнений (10) получаем линейное неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка для изменения напряжения на емкости С:

й2ис 2

-2^ + 2(3—7^- +(Од

¿г

(к

Я,

Ь

- + 1

■и„ =

и„

ьс

(11)

где 3 - коэффициент затухания колебаний, 1/с;

О)0 - частота собственных колебаний, Гц.

Отметим, что для указанных параметров имеем 7?ист /Ь» 1 /ЯС ир» 7?ист / 2Ь, т. е. процессом разряда электрической емкости активатора через шунтирующее сопротивление утечки можно пренебречь при оценке времен зарядки и разрядки емкости активатора ( тфр и тсРеза )• Например, тфр = 2,2 / 0 = 132 не.

Решение уравнения (11) получаем классическим методом, и оно имеет вид

К итяу Г- -р./ л

Д.1СГ + К

1-е

совшг

(12)

Изменение тока источника в процессе зарядки электрической емкости активатора выражается соотношением

^•£(ЯСр-1)-со8 Ш + КСо-ът юг]-е~рг +1}. (13)

Необходимо отметить, что процессы разряда электрической емкости конденсатора активатора при включении импульса напряжения совершенно похожи на процессы зарядки емкости активатора и описываются практически теми же дифференциальными уравнениями, только с другими начальными условиями для напряжения источника.

Здесь также рассматриваем идеальный случай, т. е. длительностью среза импульса напряжения пренебрегаем (не учитываем).

Из уравнений (12) и (13) получаем соотношения для напряжения на емкости и тока через нее во время процесса разрядки:

Необходимо отметить, что схемотехнические компоненты выходной цепи генератора импульсов напряжения могут содержать дополнительные индуктивности, значительно превосходящие индуктивность кабеля. По информации разработчиков индуктивность выходного каскада генератора импульсов напряжений может составлять величины 250-350 мкГн. Поэтому для времен фронта и среза импульсов напряжений получаем оценку: т = 2,2 /р = 2,2(ЛНСТ /£)« 5,5 + 7,7 мкс. Рассмотренные динамические процессы в активаторе позволяют оценить его энергетические характеристики: пиковую мощность потребления, среднюю потребляемую мощность.

За счет уменьшения амплитуды импульсного напряжения до 200 В в рациональном режиме обработки семян предлагаемая установка «УПОС-1» при достаточно высокой производительности ((2= 1000 кг/с) и однородности предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем имеет энергетические преимущества в сравнении с аналогами, что наряду с небольшими габаритами и массой делает ее предпочтительной для применения в полевых условиях.

■е р' - соесо?,

(14)

Скорость ъ движения семян в активаторе зависит от угла наклона и начальной скорости и0 и может быть оценена по соотношению

(16)

При умеренной скорости перемещения семян внутри объема активатора, т. е. и < 1 м/с, и не очень большом угле его наклона а « 20° коэффициент сопротивления активатора^ можно оценить по выражению

/с =/ + 1,38 А (17)

Ь

Экспериментально установлено, что оптимальное время обработки семян в зоне активатора составляет 6-8 с, а скорость движения семенного слоя внутри активатора экспериментально подобрана из соображений устранения травмирования и разрушения семян. Она существенно меньше величин скоростей, получаемых по соотношению (16), и составляет 5-15 см/с. Чтобы замедлить движение семян в активаторе на его выходе установлен барабан с регулируемой скоростью вращения.

Угол наклона активатора рассчитан по следующему соотношению: ---,-

8та = А2+/с-Л/1 + /с2-^2/(1 + /с2)«/с/Л/1 + /с2. (18)

Здесь обозначили А = \f-HgH и учли, что при и = 1,0-0,5 см/с, /= 1,2 м, А*0,001«/с.

Тогда из (18) получаем, что для обеспечения движения семян в активаторе угол его наклона должен удовлетворять условию

а>агс§т(/с/71 + /с2). (19)

При указанных выше параметрах из (19) получаем, что а >21°.

В третьей главе рассмотрены общие положения, программа и методика экспериментальных исследований, определены угол наклона активатора, его производительность, измерены временные характеристики генератора импульсов напряжения и исследованы электрические характеристики слоя семян лука и влияние ИЭП на их посевные качества.

Для изучения электрических характеристик семенного слоя была использована конструкция в виде плоского конденсатора с регулируемым зазором. Для исследования использованы кондиционные семена с нормативной влажностью. Для визуального контроля заполнения семенами активатора боковые стенки выполнены прозрачными. Экспериментальная оценка коэффициента трения скольжения семян лука выполнена для двух металлических поверхностей: стали и фольгированного медью текстолита.

Полученные экспериментальные результаты измерений представлены в таблице.

Таблица — Критические углы наклона акр и соответствующие им коэффициенты трения скольжения /с для поверхностей нескольких материалов

Материал Металл (сталь) Медный фольгированный текстолит Гладкая фанера Писчая бумага

Ь, мм 100-125 95-120 150-180 125-140

эта 0,33-Ю,417 0,317-0,40 0,5-0,6 0,417-0,467

а ° кр> 19,3-25,5 18,5-23,6 30-37 24,7-27,8

а ° ср, 22,4 21,1 33,5 26,3

/с 0,35-Ю,46 0,334-0,436 0,58-0,75 0,464-0,53

/с '•кр 0,41 0,39 0,67 0,50

Для лабораторной установки «УПОС-1», имеющей размеры: ширина - 0,2 м, длина - 0,4 м, толщина - 0,05 м, скорость движения семян лука в активаторе равна 0,05 м/с. При этом частота вращения барабана равна 1,25 об/с.

Производительность активатора установки «УПОС-1» рассчитана по следующему соотношению:

<7 = ^ • ^попер ' Реем ' Р' (20)

и равна 1112 кг/ч.

Для разрабатываемой промышленной установки «УПОС-2», имеющей большие размеры активатора: ширина - 0,75 м, длина -1,2 м, толщина - 0,05 м и соответствующую скорость движения семян, равную 0,15 м/с, производительность существенно больше и равна 3,5 кг/с (12500 кг/ч).

Для изучения формы импульсов, создаваемых генератором, был изготовлен делитель напряжения с коэффициентом деления

К = 6400 (рисунок 4). Выходной усилительный каскад высоковольтного импульсного генератора создан на основе высоковольтного импульсного трансформатора. Поэтому формируются высоковольтные импульсы напряжения обеих полярностей, следующие поочередно друг за другом с одинаковой скважностью. Необходимо отметить, что времена зарядки и разрядки электрической емкости активатора определяются постоянной времени ¿Кис-цепочки выходного каскада генератора, которая рассчитывается по соотношению

х = 2,2Ы /?ист. (21)

На рисунке 5 изображены осциллограммы импульсов положительной (а) и отрицательной (б) полярностей амплитудами и ~ 1000 В, частотой повторения импульсов V =1000 Гц и длительностью 50 мкс. В качестве второго примера на рисунке 6 представлены осциллограммы импульсов меньшей длительности т = 40 мкс, V = 600 Гц, и~ 200 В.

я.

ВхоЛ

а

Яб

Выход

Я?

1 I

Рисунок 4 - Электрическая схема резисторного делителя напряжения

а) б)

Рисунок 5 - Осциллограммы импульсов напряжения: а) положительного; б) отрицательного: х =50 мкс, /"= 1000 Гц, и= 1000 В

имп ~

(коэффициент ослабления (деления) напряжения - 6400; масштабы: по горизонтали - х = 10 мкс/дел; по вертикали -у = 5 мВ/дел)

а)

б)

Рисунок 6 - Осциллограммы импульсов напряжения:

а) положительного; б) отрицательного: тиШ1= 40 мкс,/ = 600 Гц, и = 200 В (коэффициент ослабления (деления) напряжения - 6400; масштабы: по горизонтали - х = 10 мкс/дел; по вертикали —у = 5 мВ/дел)

Оценка характерных времен фронта и среза по рассмотренным осциллограммам дает величины: -г = 3 мкс и тсреза= 8 мкс, что количественно согласуется с приведенными теоретическими оценками. Таким образом, при расчете длительности импульсов напряжений следует учитывать длительности фронта и среза, т. е. добавлять их полусумму к номинальной длительности импульсов.

На рисунке 7 представлены данные экспериментов по исследованию диэлектрической проницаемости слоя семян лука. Из рисунка 7 видно, что диэлектрическая проницаемость слоя семян зависит от высоты слоя и плотности семян. Диапазон изменения

диэлектрической проницаемости слоя семян указывает на обязательность учета ее величины при разработке режимов обработки. Поскольку удельное сопротивление утечки влияет на рабочий ток активатора и постоянную времени цепи, то учет его значения необходим при проек-

1

0,004 0.006 0,008 0.01 0,02 0,03 0, 04 0,<

Рисунок 7 - Зависимость диэлектрической проницаемости от высоты слоя семян лука

тировании параметров активатора. Экспериментальные данные представлены на рисунке 8. Оно также зависит от высоты слоя и, кроме этого, от величины рабочего напряжения. Суще-

а-гкг------1' --"-;- V ственное снижение со' противления утечки при Рисунок 8 - Зависимость сопротивления высокой напряженности утечки от рабочего напряжения и высоты значительно увеличива-

утечки влияет на рабочий ток активатора и постоянную времени цепи, что необходимо учитывать при проектировании параметров активатора.

Важным электрическим параметром семян является величина напряженности электрического поля. Данные, полученные в экспериментах, подтверждают допустимый высокий уровень напряженности электрического поля в технологии активации семян и воздействия на микофлору.

Дисперсионный анализ показал, что среднее квадратичное отклонение для установки «УПОС-1» сравнительно невелико и составляет 1,55 %, что указывает на небольшой разброс данных выборки относительной средней величины энергии прорастания, равной 77,9 %. Использование критерия Кохрена для сравнения трёх выборок одинакового объёма позволяет сделать вывод о случайном характере расхождения между дисперсиями при выбранном уровне значимости р = 0,05.

Проведен корреляционный анализ для определения степени влияния факторов обработки: ?о6р, тщп, и, / Значения коэффициентов корреляции близки к единице, а следовательно, значимы, и поэтому их следует учитывать при построении математических моделей (уравнений регрессии). Аппроксимация экспериментальных данных для энергии прорастания выполнена полиномом второй степени и дает уравнение регрессии

ух = 86,4 - 0,62*! + 0, 23х2 + 0,03х1 -х2+0,ОЗх,2 + 0,03х2 . (22)

слоя семян лука

ет диэлектрические потери. Сопротивление

Качество указанной модели оценено по множественному коэффициенту корреляции К = 0,86. Это говорит о том, что не следует больше повышать степень аппроксимирующего полинома. О качестве модели также свидетельствует коэффициент множественной детерминации /?2 = 0,74.

Значимость коэффициентов аппроксимирующего полинома была проверена с помощью критерия Стьюдента. Все они оказались значимы. Полученное критическое значение параметра Стьюдента оказалось равным / = 2,093 и превосходящим наблюдаемые значения коэффициентов. Поэтому ни один из них не может быть отброшен в аппроксимирующем полиноме.

Проверка качества рассматриваемой модели проведена по критерию Фишера. Вычисленное значение критерия Фишера F . =122

г наолюд

и критическое значение = 3,21. Так как

кр

ШШ 87 □ 86 Н"Л 85

Рисунок 9 - Диаграмма влияния времени обработки и длительности импульса на значение энергии прорастания

> F , то гипотезу

наолюд кр7 -

о статистической значимости полученной регрессии следует принять. Из рисунка 9 следует, что рациональными величинами времени обработки и длительности импульса являются соответственно 8 с и 35 мкс.

Вторая модель построена для следующих исследуемых факторов: х1 - время обработки (Гпб), с; х3 - напряжение (Ц), В; у1 - энергия прорастания, %. Для этой модели получено уравнение регрессии, имеющее вид

ух = 86,13 - 0,44^ + 1,23*3+0,04.*! -х3 -0,1х? -0,08*! • (23)

Множественный коэффициент корреляции оказался равным = 0,81 и достаточно близким к единице. О качестве модели также свидетельствует коэффициент множественной детерминации Я2 = 0,6. Критическое значение параметра Стьюдента Гкр = 2,093,

и Г =3,21. ^ , то ги-

р « = 136

наолюд

Так как ^ , >

наолюд кр

о статистической

потезу

значимости полученной регрессии следует принять. Из рисунка 10 получаем £ . = 8 с и £7 = 200 В.

обр

Третья модель для исследования значимости факторов /обр (*,, с) и / (*4, Гц) на энергию прорастания (у,, %) представлена на рисунке 11. Математическая модель представлена в виде уравнения регрессии и имеет следующий вид:

Рисунок 10 - Диаграмма влияния времени обработки и напряжения на значение энергии прорастания

У] =62,63 + 3,58*! +3,36*4 -0,17*! 'х4 -0,18х{ -0,15*|. (24)

I I 82 О 80

□ 78

Рисунок 11 - Диаграмма влияния

времени обработки и частоты на значение энергии прорастания

Множественный коэффициент корреляции равен Я = 0,86. Коэффициент множественной детерминации К1 = 0,74 также свидетельствует о качестве модели. Коэффициенты аппроксимирующего полинома оказались значимы, поскольку критическое значение параметра Стьюдента получилось равным ¿наблюд = Я / ^ост>

Г =2,093.

кр 7

а критическое значение равно

^ _ = Я2560/(1 - Я2) = 120,

наолюд ' '

Fкp = 3,21. Так как ^на6лЮ5 > /\,р, то гипотеза о статистической значимости полученной регрессии должна быть принята.

Из диаграммы на рисунке 11 рациональные значения Г и / соответственно равны 8 с и 600 Гц.

Обобщая результаты трех моделей регрессионного анализа можно сделать вывод, что для стимулирующего воздействия на

семена лука необходимо выполнить их предпосевную обработку ИЭП в режиме со следующими параметрами: Г _ = 8 с; т =35 мкс; /= 600 Гц; и = 200 В. °°Р

Интегральным критерием является амплитудная доза воздействия. В рациональном режиме обработки она оценивается по известному соотношению

£> = £-(т „мп+*фр}/-'обр (25)

и для указанного рационального режима обработки имеет значение 691 Вс/м. Для сравнения рациональный режим обработки семян в высоковольтной установке «ФИД-Техника» создает амплитудную дозу, равную 864 В-с/м.

В четвертой главе определена экономическая эффективность от применения технологии предпосевной обработки семян лука импульсным электрическим полем, достигнутая за счет прибавки урожайности, выраженной через суммарный чистый дисконтированный доход за пять лет, который составляет 2538 руб/га.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ и расчет электрических схем замещения активатора с целью исследования переходных процессов зарядки (разрядки) его электрической емкости в рациональном режиме работы со следующими параметрами показал: величина амплитуды импульсов напряжения равна 200 В; длительность импульсов напряжения -35 мкс; частота повторения импульсов - 600 Гц. При этом установлено, что постоянная времени зарядки электрической емкости активатора составляет -150 не.

2. Для обеспечения однородности обработки семян электрическим полем проведен анализ физических параметров и электрических характеристик слоя семян, а также обоснован технологический процесс перемещения слоя семян в активаторе и соответствующие ему особенности конструкции. Показано, что угол наклона плоского корпуса активатора к горизонтальной поверхности составляет 21°, а коэффициент сопротивления активатора /с «0,39, скорость перемещения семян - 0,05 м/с, рациональная толщина слоя семян - 50 мм, производительность - 1112 кг/ч.

3. Времена фронта и среза, по осциллограммам импульсов напряжения, составляют т. = 3 мкс, т =8 мкс, что количественно

г ' фр ' среза '

согласуется с теоретическими расчетами.

4. Статистическая обработка экспериментальных результатов по влиянию на энергию прорастания семян лука позволила определить рациональные режимы для предпосевной обработки семян: t, = 8 с: т =8 мкс; f= 600 Гц; U = 200 В. При этом наибольший

оор ' имп 7 г

эффект увеличения энергии прорастания семян лука составляет 77,9 % в сравнении со значением контроля, равным 70 %.

5. Величина амплитудной дозы воздействия предпосевной обработки семян в низковольтной и высоковольтной установках ИЭП соответственно равна 691 В-с/м и 864 Вс/м, что количественно может являться подтверждением эквивалентности их применения.

6. Экспериментальные исследования режимных параметров предпосевной обработки семян лука показали, что ИЭП оказывает бактерицидное воздействие на патогенную микофлору, а именно:

- наиболее сильное воздействие на патогенную микофлору семян лука оказывают частоты от 300 до 500 Гц;

- обработка семян лука частотой следования импульсов, равной 300 Гц, в обоих вариантах позволяет уничтожить грибы Mucor sp. и Penicillium sp.;

- уменьшение времени отлежки до 3 суток позволяет полностью уничтожить грибы рр. Fusarium sp., Aspergillus sp.

7. Экономическая эффективность от применения низковольтной установки для предпосевной обработки семян лука импульсным электрическим полем, достигнутая за счет прибавки урожайности, выраженная через суммарный ЧДД, за пять лет составляет 1091000 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Хныкина, А. Г. Влияние импульсного электрического поля на энергию прорастания семян сои / Е. И. Рубцова, А. Г. Хныкина // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. -№ 12.-С. 26-27.

2. Хныкина, А. Г. Влияние импульсного электрического поля на микофлору семян сельскохозяйственных культур / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова, Г. П. Стародубцева, Ю. А. Безгина // Электронный журнал «Современные проблемы науки и образования» [Электронный ресурс]. - 2012. -№ 6. - URL: www.science-education.ru/106-7612.

3. Хныкина, А. Г. Факторы, влияющие на формирование параметров и процессов активатора с движущимся слоем семян / А. Г. Хны-

кина, Е. И. Рубцова, Г. П. Стародубцева // Электронный журнал «Современные проблемы науки и образования» [Электронный ресурс]. - 2013. -№ 2. - URL: www.science-education.ru/108-8633A

в других изданиях:

4. Пат. 2467545 Российская Федерация, МПК А 01 С 1/00. Универсальная установка для предпосевной обработки семян / Трухачев В. П., Стародубцева Г. П., Рубцова Е. П., Захаров А. В., Мишин Ю. Д., Хныкина А. Г. ; заявитель и патентообладатель ООО НПО «СПЕКТР».-2011108691/13 ;заявл. 10.03.2011 ; опубл. 27.11.2012, Бюл. № 33.

5. Хныкина, А. Г. Необходимость повышения посевных качеств мелкосеменных овощных культур ИЭП / А. Г. Хныкина, С. В. Ось-кин, Е. И. Рубцова // Университет: наука, идеи и решения. - Краснодар, 2010.-С. 199-201.

6. Хныкина, А. Г. Экологически безопасная технология предпосевной обработки семенного материала / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова, И. А. Боголюбова // Наука и образование - 2010 : материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Мурманск, 2010. - С. 631-633.

7. Хныкина, А. Г. Анализ предпосевной обработки семян капусты сорта «Слава» ИЭП / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. трудов по материалам 74-й науч.-практ. конф - Ставрополь, 2010.-С. 325-331.

8. Хныкина, А. Г. Методы определения посевных качеств семян / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. трудов по материалам 74-й науч.-практ. конф,- Ставрополь, 2010. — С. 331-336.

9. Хныкина, А. Г. Влияние импульсного электрического поля на посевные качества семян свеклы сорта «Бордо» / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. трудов по материалам 74-й науч.-практ. конф - Ставрополь, 2010. - С. 336-340.

10. Хныкина, А. Г. Экспериментальное исследование влияния импульсного электрического поля наносекундной длительности на посевные качества мелкосеменных овощных культур / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова // Альянс наук: вчений вченому : материалы

V Междунар. науч.-практ. конф. - Днепропетровск, 2010. - Т. 1 «Наукови пращ у галузях...» - С. 69-73.

11. Хныкнна, А. Г. Необходимость внедрения в производство установок для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова, Г. П. Стародубцева, А. В. Ромохова, А. В. Динека // Вестник инновационных и исследовательских работ в образовании : сб. науч. тр. - Ставрополь, 2011. - Вып. 2. - С. 52-55.

12. Хныкина, А. Г. Разработка экспериментальной универсальной установки для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем с целью повышения посевных качеств и устойчивости их к болезням / А. Г. Хныкина // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. трудов по материалам 75-й науч.-практ. конф. - Ставрополь, 2011. - С. 307-312.

13. Хныкина, А. Г. Разработка экспериментальной установки для предпосевной обработки семян мелкосеменных овощных культур импульсным электрическим полем с целью повышения посевных качеств и устойчивости их к болезням / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова // Вестник инновационных и исследовательских работ в образовании : сб. науч. тр. - Ставрополь, 2011. - Вып. 2. -С. 65-69.

14. Хныкина, А. Г. Технологические процессы предпосевной обработки семян овощных культур электрофизическими методами / А. Г. Хныкина // Естественнонаучные вопросы технических и сельскохозяйственных исследований : сб. докладов II Междунар. науч. заочной конф. - Москва, 2011. - С. 11-13.

15. Хныкина, А. Г. Разработка способа предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур электрическим полем импульсами наносекундной длительности / А. Г. Хныкина // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе : материалы VI Российской науч.-практ. конф. - Ставрополь, 2011. - С. 185-189.

16. Хныкина, А. Г. Разработка экспериментальной универсальной установки для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем с целью повышения посевных качеств и устойчивости их к болезням / А. Г. Хныкина // Аграрная наука - Северо-Кавказскому федераль-

ному округу : сб. науч. трудов по материалам 75-й науч.-практ. конф. - Ставрополь, 2011. - С. 283-288.

17. Хныкина, А. Г. Новые технологии в сельском хозяйстве с использованием электрофизических факторов / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова, Г. П. Стародубцева // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона : материалы VII Всерос. науч.-практ. конф. - Ставрополь, 2012. - С. 85-89.

18. Хныкина, А. Г. Зависимость посевных качеств овощных культур от частоты следования импульсов при их предпосевной обработке электрическим полем / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона : материалы VII Всерос. науч.-практ. конф. - Ставрополь, 2012. -С. 115-123.

19. Хныкина, А. Г. Обоснование параметров низковольтного активатора и выбор электротехнологического режима обработки семян лука / А. Г. Хныкина // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе : материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Ставрополь, 2013. - С. 114120.

20. Хныкина, А. Г. Активатор установки для предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем / А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова, Г. П. Стародубцева, И. А. Боголюбова, А. В. Ромохо-ва // Научно-обоснованные системы земледелия: теория и практика : материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Ставрополь, 2013. -С. 205-209.

Подписано в печать 25.07.2014. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Тайме». Бумага офсетная. Печать офсетная. "Усл. неч. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 609.

Отпечатано в типографии издательско-полиграфического комплекса СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Пушкина, 15.