автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Параметры и режимы энергосберегающего светодиодного электрооптического преобразователя для мониторинга численности и вида насекомых - вредителей

На правах рукописи

СУРИНСКИЙ ДМИТРИЙ ОЛЕГОВИЧ

ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО СВЕТОДИОДНОГО ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЧИСЛЕННОСТИ И ВИДА НАСЕКОМЫХ - ВРЕДИТЕЛЕЙ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск-2012

Работа выполнена на кафедре «Энергообеспечение сельского хозяйства» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Возмилов Александр Григорьевич, ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», профессор кафедры «ПЭЭСХ».

Официальные оппоненты: Кирпичникова Ирина Михайловна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет», заведующий кафедрой «Электротехники и возобновляемых источников энергии». Ниязов Анатолий Михайлович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия», заведующий кафедрой «Электротехнологии сельскохозяйственного производства».

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курганская государственная сельскохозяйственная академия».

Защита состоится «30» марта 2012 г., в 14:00 часов на заседании диссертационного совета КМ 220.030.02 при ФГБОУ ВПО «Ижевская ГСХА» по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 9. 3-211.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ижевская ГСХА».

Автореферат разослан «28 » февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

г? /Г /

Литвинюк Надежда Юрьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Защита урожая от сельскохозяйственных вредителей и болезней имеет большую практическую значимость для успешного ведения растениеводства. Сельское хозяйство ежегодно теряет до 40% урожая от действия вредителей, болезней и сорняков. В настоящее время потери увеличиваются в результате снижения потребления ядохимикатов и нарушения работы централизованной системы прогнозирования сроков и объемов проведения защитных мероприятий.

В системе защиты растений от насекомых-вредителей различают четыре основных метода: агротехнический, механический, биологический и химический. На различных этапах научно-технического прогресса роль этих методов в общем комплексе мероприятий по борьбе с вредителями существенно менялась.

Анализ существующих методов показал, что они имеют ряд серьезных недостатков, прежде всего с точки зрения их экологичное™ и трудоемкости.

Таких недостатков нет при использовании электрофизического метода защиты растений от насекомых-вредителей. Однако недостаточная изученность поведения насекомых в оптическом излучении, влияния различных параметров оптического излучения на привлечение насекомых, отсутствие эффективных методов использования электрооптических преобразователей в системе защиты растений обуславливают необходимость продолжения работ по созданию, совершенствованию и исследованию установок электрофизической защиты садовых растений и методов их использования. В работе приняты следующие сокращения: ЭСЭП - Энергосберегающий светодиодный электрооптический преобразователь; ФЭП - фотоэлектрический преобразователь; АКБ - аккумуляторная батарея; ФАС - система «ФЭП - АКБ - Светодиод».

Работа выполнена в соответствии с общероссийской федеральной программой «Энергоэффективная экономика», раздел «Энергоэффективность в сельском хозяйстве» (постановление Правительства РФ от 17 ноября 2001 г. № 796), приказом Минсельхоза РФ от 25 июня 2007 г. № 342 «О концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года» и «Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 -2012 годы», утверждённой постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2007 г. № 446.

Цель исследования. Определение параметров и режимов ЭСЭП для повышения эффективности мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей.

Задачи исследования:

1. На основе анализа научно-технической литературы определить актуальность и практическую значимость работы.

2. Разработать методику расчета основных конструктивных и технологических параметров ЭСЭП.

3. Исследовать основные технические характеристики системы ФАС.

4. Провести технико-экономическую оценку использования разработанного ЭСЭП для проведения мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей.

Объект исследования. Процессы работы системы ФАС в дневной и ночной периоды и мониторинг численности и фазы развития насекомых-вредителей.

Предмет исследования. Закономерности процессов зарядки - разрядки в системе ФАС, связь параметров системы ФАС с эффективностью мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей.

Методы исследования. В работе использованы теоретические основы светотехники и электротехники, методы математической статистики, методы математического анализа. Результаты эксперимента обрабатывались с применением прикладного пакета статистических программ «STATISTIKA» и «EXCEL».

Достоверность полученных результатов. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием известных теоретических положений и апробированных экспериментальных методов исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Получены аналитические зависимости для расчёта основных конструктивных и технологических параметров однощелевой светоловушки.

2. Получены результаты комплексных исследований основных технических характеристик систем ФАС для различных конструкций светоловушек (однощелевая, трехщелевая, трехконфузорная).

3. Получены результаты комплексных исследований основных технических характеристик системы «ФЭП-АКБ-светоловушка однощелевая» в производственных условиях.

4. Дана технико-экономическая оценка использования разработанного ЭСЭП для проведения мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей.

Практическая значимость работы и реализация её результатов.

1. Разработаны рекомендации по расчёту конструктивных параметров однощелевой светоловушки.

2. На основе теоретических и экспериментальных результатов разработана система «ФЭП-АКБ-светоловушка однощелевая».

3. Система «ФЭП-АКБ-светоловушка однощелевая» прошла испытания в садоводческих товариществах Тюменской и Челябинской областей.

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии и Челябинской государственной агроинженерной академии.

Положения выносимые на защиту.

1. Полученные аналитические зависимости для расчёта основных конструктивных и технологических параметров однощелевой светоловушки позволяющие определить основные параметры системы ФАС.

2. Полученные результаты комплексных исследований основных технических характеристик систем ФАС для различных конструкций светолову-шек (однощелевая, трехщелевая, трехконфузорная) позволяющие успешно осуществлять мониторинг численности и фазы развития насекомых-вредителей.

3. Полученные результаты комплексных исследований основных технических характеристик системы «ФЭП-АКБ-светоловушка однощелевая» в производственных условиях.

Личный вклад автора. Модели и методика, результаты теоретических и экспериментальных исследований, их анализ и интерпретаця, представленные в диссертации, получены автором лично.

Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научных конференциях ТГСХА (Тюмень, 2007 - 2010), ЧГАА (Челябинск, 2007-2010), ЮУрГУ (Челябинск, 2008 - 2010).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи научных статьях, две из которых в изданиях, рекомендуемых ВАК. Получены два патента РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (из 163 наименований), 6 приложений и содержит 100 страниц основного текста, в том числе 49 рисунков и 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава «Состояние вопроса и задачи исследования» посвящена анализу состояния вопроса и постановке задач исследования.

На основе литературных данных сформулированы требования к энергосберегающим светодиодным электрооптическим преобразователям для мониторинга численности и видового состава насекомых-вредителей на полях сельхозугодий и в садах.

Многочисленные исследования (Блягоз A.M., Халилова Э.А., Шабаев Е.А., Щербаева Л.П., Щербаева Э.В. и др.) различных систем и методов борьбы с насекомыми-вредителями на полях сельхозугодий и в садах показали, что применение светодиодных электрооптических преобразователей для мониторинга численности и видового состава насекомых-вредителей дает положительные результаты.

Сравнительный анализ технических характеристик существующих свето-ловушек, используемых для борьбы с насекомыми-вредителями, показал, что наиболее полно требованиям РФ и Европы к установкам электрофизической борьбы с насекомыми-вредителями отвечают энергосберегающие светодиодные электрооптические преобразователи.

В связи с большим объёмом факторов, отвечающих за достоверность получаемых данных при мониторинге численности и видового состава насекомых-вредителей, перспективным аппаратом может стать энергосберегающий светодиодный электрооптический преобразователь.

На основании проведенного анализа сформулирована научная задача настоящей работы: теоретическое и экспериментальное обоснование технических условий на создание энергосберегающего светодиодного электрооптического преобразователя для мониторинга численности и видового состава насекомых-вредителей на полях сельхозугодий и в садах, отвечающего требованиям РФ и Европы.

Вторая глава «Теоретические аспекты расчёта основных конструктивных и технологических параметров ЭСЭП» посвящена методике расчёта основных конструктивных и технологических параметров светоловушки, а также методике расчета системы «ФЭП - АКБ - Светодиод».

К основным геометрическим параметрам светоловушки мы относим параметры, которые влияют на технологический эффект улавливания насекомых. Под технологическим эффектом мы понимаем эффективное улавливание всей гаммы насекомых, находящихся в зоне действия ЭСЭП. Расчет геометрических параметров рассмотрим на примере однощелевой светоловушки, общий вид которой представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Общий вид светового пучка, испускаемого однощелевой световой ловушкой

Световой пучок, испускаемый однощелевой светоловушкой в пространстве, его эффективная зона воздействия (пространственная зона в которой насекомые привлекаются аттрактантом) зависят от ряда геометрических параметров. Для определения этих параметров и их взаимосвязи рассмотрим одноще-левую светоловушку более подробно. На рисунке 2 представлены проекции светоловушки (вид спереди, сверху и сбоку) и отдельно на рисунке 3 вид сверху и сбоку.

Анализ конструкции однощелевой светоловушки показал, что к основным ее геометрическим параметрам относятся высота с!,, радиус г, угол а между вертикальными стенками улавливающего жерла светоловушки. Выясним, от чего зависит видимость светодиодов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, следовательно, объем эффективной зоны улавливания насекомых.

Рисунок 2 - Однощелевая светоловушка в трех геометрических проекциях с проекцией излучаемого ею светового пучка на вертикальную плоскость

Рисунок 3 - Вид сверху и вид сбоку светоловушки с обозначением геометрических параметров

Видимость светодиодов ловушки в горизонтальной плоскости определяется углом а между вертикальными стенками улавливающего жерла светоловушек, который задается напрямую при конструировании светоловушек и не зависит от других геометрических параметров, таких, как радиус, высота ловушки, расстояние до нее. Видимость светодиодов в вертикальной плоскости сЬ определяется углом 13. Чтобы определить, от каких геометрических параметров зависит с12, проведем ряд преобразований.

Зависимость границы светового пучка.

Рассмотрим АВСО, из которого определим зависимость 62 от угла В и длины светового пучка Ь. Данная взаимосвязь имеет следующий вид:

2 Ь 2 Ь

Рассмотрим АСРО, из которого определим зависимость (12 от угла В и радиуса светоловушки г:

(г 1 = ^1 = ^1. (2) 2 г/2 г

Приравняв правые части уравнений (1) и (2), получим:

ы2 2Ь

(4)

Выразим из (3) й2:

Г

Таким образом видимость светового потока светодиодов в вертикальной плоскости с12 имеет прямо пропорциональную зависимость от расстояния светоловушки до рассматриваемой плоскости Ь, высоты светоловушки с^ и обратно пропорциональную зависимость от радиуса самой светоловушки г. Для дальнейшего рассмотрения примем во внимание только геометрические параметры светоловушки — с! | иг.

Наибольшего охвата по вертикали можно добиться, либо увеличивая с1ь либо уменьшая г. Существенно уменьшать радиус не имеет смысла, т. к. должен быть буферный объем внутри светоловушки для нахождения пойманых насекомых. Увеличить вертикальный охват можно увеличением высоты одной светоловушки либо расположением нескольких светоловушек одна над другой на одной оси. Последний вариант представляется более выгодным, т.к. размещенные на одной оси друг над другом однощелевые светоловушки можно повернуть на разные углы относительно оси, обеспечив также большую по сравению с одной светоловушкой зону горизонтального охвата.

Охвата зоны 360° в горизонтальной плоскости вокруг светоловушек можно добиться при конструкции из трех однощелевых светоловушек, расположенных на одной оси друг над другом, при угле а=\20° для каждой светоловушки. Вид данной конструкция представлен на рисунке 4.

1 - Светодиод; 2- Корпус светоловушки; 3 - Улавливающие жерла Рисунок 4 - Вид конструкции из трех однощелевых светоловушек, расположенных на одной оси друг над другом, при угле а=120° для каждой светоловушки.

Данная конструкция обеспечит как наибольший объем действия световых ловушек, так и более эффективное улавливание насекомых для проведения мониторинга численности насекомых-вредителей.

В системе ФАС каждый элемент выполняет определенную и заданную функцию. Первоисточником энергии для питания светодиодов является солнце. Энергия солнца с помощью ФЭП преобразуется в электрическую энергию, далее данная энергия накапливается в АКБ и питает светодиоды в ночной период времени, то есть когда работает светоловушка. Таким образом, в рассматриваемой системе светоловушка играет роль потребителя электрической энергии, аккумуляторная батарея - роль накопителя электрической энергии, а ФЭП используется в качестве преобразователя энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Светоловушка для эффективного улавливания насекомых должна получать качественное электропитание, которое должна обеспечить подсистема ФЭП - АКБ. АКБ в свою очередь должна успеть накопить необходимую энергию в течение времени, ограниченного светлым периодом суток и возможной непогодой, и иметь при этом рациональное количество циклов «заряд-разряд» при эксплуатации. ФЭП должен обеспечить необходимый ток для полной зарядки аккумуляторной батареи. Следовательно, разрабатываемая методика расчета должна обеспечить согласованную работу всех элементов ФАС.

В третьей главе «Программа и методики экспериментальных исследований ЭСЭП» описываются программа и методика экспериментальных исследований.

Программа исследований включала в себя:

1. Исследования зависимостей 1!зар=ад и ифэп=Й^), зависимости напряжения на зажимах АКБ (СА-1270) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 13 Вт (ТР8-936А) без нагрузки от времени и зависимости напряжения на зажимах АКБ (СА-1270) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 28 Вт (ТРБ-936М) без нагрузки от времени.

2. Исследования зависимостей Е=ед и зависимости освещенности и тока зарядки, протекающего от ФЭП к АКБ (СА-1270), от времени.

3. Исследования зависимостей Е=Д1) и Р=Й^), зависимости освещенности и мощности, потребляемой АКБ (СА-1270) от ФЭП, от времени.

4. Исследования зависимости накопления энергии АКБ (СА-1270) в ходе зарядки от ФЭП.

5. Исследования зависимостей и=Г(0 и 1=ВД, зависимости напряжения на зажимах АКБ и потребляемого светоловушками тока от времени.

6. Исследования зависимости Р=Й(1), зависимости мощности, потребляемой светоловушками от аккумуляторной батареи, от времени.

7. Исследования зависимости энергии, потребленной светоловушками в течение эксперимента.

8. Определение эффективности улавливания насекомых-вредителей в зависимости от типа конструкции светоловушек. Наше исследование проходило в два этапа:

• экспериментальные исследования в лабораторных условиях;

• экспериментальные исследования в производственных условиях.

С целью проведения мониторинга динамики развития насекомых-вредителей (численность насекомых, вид и стадия развития) были разработаны светоловушки на основе светодиодов. Питание светоловушки в ночное время работы получают от аккумуляторной батареи (АКБ), которая заряжается в дневное время от фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).

Для проведения комплексных исследований системы ФАС в полевых условиях была разработана экспериментальная установка для исследования работы системы «Электрооптический преобразователь - АКБ - ФЭП» был разработан экспериментальный стенд.

Для испытания были выбраны две панели ФЭП - ТР8-936М (28 Вт) и ТРБ-936А(13 Вт), две АКБ СА-1270 емкостью 7 А-ч и светоловушки - трех-конфузорная, трехщелевая и однощелевая. Испытания проводились отдельно при работе стенда с ФЭП ТР5-936М (28 Вт) и с ФЭП ТР5-936А(13 Вт). В обоих случаях ФЭП работали в паре с АКБ марки СА-1270, а нагрузкой служили три параллельно включенные светоловушки.

Цель эксперимента:

• изучить процесс зарядки АКБ от ФЭП при дневном режиме работы светоловушек;

• изучить процесс разрядки АКБ на светодиоды светоловушек при ночном режиме работы;

• исследовать зависимость интенсивности зарядки от освещенности фотоэлемента;

• испытать эффективность световой ловушки для насекомых в производственных условиях, определить оптимальные параметры составляющих световую ловушку частей;

• оценить полученные результаты.

В состав экспериментальной установки вошли:

1. ФЭП ТРБ-936А номинальной мощностью 13 Вт и ТРБ-936М номинальной мощностью 28 Вт.

2. Две АКБ СА-1270 емкостью 7 А-ч.

3. Три светоловушки различных конструкций - трехконфузорная, трехщелевая и однощелевая.

4. Переключатель.

Приборное оснащение установки включало в себя:

•три мультиметра ЗГЫОМЕТЕЯ УС89В (постоянное напряжение (ОСУ) 200шУ/2/20/200У +/-0.5%. ЮООУ +/-0.8%; постоянный ток (ОСА) 20шА/200шА +/-1.5%. 20А +/-2.0%);

•Люксметр.

Все элементы экспериментальной установки соединены по принципиальной электрической схеме, представленной на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема экспериментальной установки электрическая принципиальная

Схема обеспечивает возможность исследовать работу в составе экспериментальной установки системы ФАС, в частности, исследовать режимы заряда аккумулятора от ФЭП, разряда аккумулятора на светоловушки и эффективность улавливания насекомых различными конструкциями светоловушек.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований эффективности ЭСЭП» описываются результаты исследований в лабораторных и производственных условиях.

Все исследования проводились на экспериментальной установке согласно программе и методике экспериментов.

Исследование основных характеристик системы «ФЭП - аккумулятор» проводится по одноименной методике. При исследовании зарядки АКБ использовались ФЭП двух типов: ТРБ-936А (13 Вт) и ТР5-936М (28 Вт).

Исследование напряжения на зажимах АКБ при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки (холостой ход ФЭП). Результаты исследований зависимостей Шар=А[і) и ифэп=А^) представлены на рисунках 6 и 7.

Анализ рисунка 6 показал, что напряжение на зажимах АКБ в ходе зарядки повысилось на 16,38% с (11,6 до 13,5 В). Среднее значение напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки 22,58 В превышает среднее значение напряжения на зажимах ФЭП под нагрузкой 12,6 В (при подключенной АКБ) на 9,98 В (79,21%).

є <*>! З 9 У . х ТУ

5 213-4 г: „--------1 -У--------------*

X Ч ГГ 22 їй

І |2.9 О^-О—---Яз ^ л

ї й 12-8 21,5Ї га

і 5І2.4 - —.. £ І

ко. із «—" Т2 З к п

1=11,9 • :2': »

« 2 га С

1<:м "І1-6 20,? %

0 20 40 60 80 100 120

—Я-изар, В Время зарядки-ї. мин

Рисунок 6 - Зависимость напряжения на зажимах АКБ (СА-1270) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 13 Вт (ТР8-936А) без нагрузки от

времени

16

15,5

15

44,5 а.

1 л

п 14

Аз.5

ж ч

Ъ.ъ

1&6Ї 18

14

13Д, -

13.fr. у Г

■г»

12,2 12,. Иг— ■ 12,3 ..... ________________

20

-изар, В

40 60 80 100

Время зарядки — і. мин

120

19.$ с: т

18,56 СО х го

17,5І га і " і

16,5" -

Ф >> 2 215,5? ™ К 1

К

о.

".55

Рисунок 7 - Зависимость напряжения на зажимах АКБ (СА-1270) при зарядке и напряжения на зажимах ФЭП 28 Вт (ТРБ-936М) без нагрузки от

времени

Графики на рисунке 7 показывают, что напряжение в ходе зарядки повысилось на 14,75% (с 12,3 до 14 В). Среднее значение напряжения на зажимах ФЭП без нагрузки 19,16 В превышает среднее значение напряжения на зажимах ФЭП под нагрузкой 12,93 В (при подключенной АКБ) на 6,23 В (48,18%).

Исследование освещенности поверхности ФЭП и тока зарядки АКБ.

Результаты исследований зависимостей Е=^) и 1-Г(0 представлены на рисунке 8.

700

■.а

ш-600 ^ 500 о

§400

X ф

д-зоо

ф

¿200 100

Зависимость освещения и тока от времени

40 60 80 100

Время зарядки - г. мин

—* ■ I, шА (ФЭП ТР5-936А, 13 Вт)

Рисунок 8 - Зависимость освещенности и тока зарядки, протекающего от ФЭП к АКБ (СА-1270), от времени

Итак, при уменьшении освещенности поверхности ФЭП ток резко падает на 90-й минуте исследования. Средний ток зарядки АКБ от ФЭП 28 Вт (ТРБ-936М) 1,08 А превышает средний ток зарядки от ФЭП 13 Вт (ТРБ-936А) 0,68 А на 58,82% (0,4 А).

Исследование освещенности поверхности ФЭП и его мощность. Результаты исследований зависимостей Е=А[1) и Р=ОД представлены на рисунке 9. Мощность ФЭП в период работы определялась расчетным путем: Р=1)*1.

1000

Зависимость освещенности и мощности от

времени

800 ----82- ■ — '

__

22.50

300

ібД

Л

/

80^

16,8 /г /

"?23

\\

\

40

60

У 12,501

// 10> I

У к

/ / 7,50 я / У 2

2 ,30 I

Р-

100

Время зарядки -1. мин

—« - Р. мВт (ФЭП ТР5-936А, 13 Вт)

120

Рисунок 9 - Зависимость освещенности и мощности, потребляемой АКБ (СА-1270) от ФЭП, от времени Таким образом при уменьшении освещенности поверхности ФЭП его мощность резко падает, как это видно на 90-й минуте работы установки. Средняя мощность, которую развивает ФЭП 28 Вт (ТР5-936М) 13,38 Вт превышает среднюю мощность от ФЭП 13 Вт (ТР5-936А) 8,38 Вт на 59,67% (5 Вт).

Исследование энергии, передаваемой ФЭП в АКБ. Результаты исследований зависимости \\'=1?(1) представлены на рисунке 10,

50,00

Накопление энергии АКБ в ходе зарядки

5> 30,00

і У

о 10,00

27,18

і

11,56^

у 13,20 „¿її —"Л — а 16,54 ___А

2.3&--

0,00

0-15 15-45 45-75 75-90 90-120

- й- \Л/, Вт ч (от ФЭП ТРБ-ЭЗбМ, 28 Вт;

Рисунок 10 - Накопление энергии АКБ (СА-1270) в ходе зарядки от

ФЭП

За 120 минут заряда АКБ при зарядке от ФЭП 28 Вт (ТРБ-936М) получила энергии 27,18 Вт-ч, что на 65,73% больше, чем при заряде от ФЭП 13 Вт (ТР5-936А) - 16,4 Вт-ч. Среднее значение энергии, передаваемой от ФЭП 28 Вт (ТРБ-936М) к АКБ за одну минуту составило 0,23 Вт-ч, от ФЭП 13 Вт (ТРБ-936А) к АКБ-0,14 Вт-ч.

Исследование основных характеристик системы «АКБ - ЭСЭП» Исследование напряжения на зажимах АКБ при разрядке и потребляемого тока в период их работы проводилось по методике, изложенной в третьей главе диссертации.

Исследование напряжения на зажимах АКБ при разрядке и потребляемом светоловушками током. Результаты исследований зависимостей и=ґ(ї) и І=ґ(0 представлены на рисунке 11. Анализ зависимостей и=ОД и показал, что за 1440 минут (24 часа) разряда АКБ на светоловушки напряжение на ее зажимах понизилось на 6,78% - с 13,13 В до 12,24 В. Ток, потребляемый светоловушками снизился на 76,79% - с 280мА до 65мА. Таким образом, при полном заряде АКБ обеспечивается нормальная работа светоловушек в течение 24 часов, то есть в течение трех ночных циклов.

Исследование зависимости мощности АКБ в период работы светоловушки. Результаты исследований зависимости Р=ОД представлены на рисунке

12.

Анализ зависимости показал, что за 1440 минут (24 часа) работы

системы «АКБ - светоловушка» мощность АКБ снизилась 78,26% - с 3,68 до 0,8 Вт.

250 200<

13,2 Z> I

in 13

і:" <

x ■¡2,8 ;s

® if?? «12.45 С 52,4 4—.............:?.47 к» .........50(g

I A"2 12 28 ' II

0

400 600 800 1000 1200 1400 1600 . і mA Время работы светоловушек -1. мин

Рисунок 11 - Зависимости напряжения на зажимах АКБ и потребляемого светоловушками тока от времени

I- 3.60 ш

о.

I 3,10

2,10

к 1.60 с: ю ф

р 1,10

0,60

© _

«3,41

здз- © V'76

© 2.55-. 2,15 ® "

2,0а4 S 2 1,56

® . 1,05

В -_з 0,98 0,93^9

о

Р. Вт

200

400 600 800 1000 1200 Время работы светоловушек -1. мин

1400

1600

Рисунок 12 - Зависимость изменения мощности АКБ в период работы светоловушки Исследование зависимости энергии, потребляемой светоловушками от аккумуляторной батареи. Результаты исследований зависимости представлены на рисунке 13.

Анализ зависимости показал, что за 1440 минут разряда АКБ на светоло-

вушки значение потребленной энергии составило 42,05 Вт-ч. Среднее значение энергии, потребляемой светоловушками от АКБ, за одну минуту составило 0,029 Вт-ч.

Рисунок 13 - Энергия, потребленная светоловушками в течение времени эксперимента

Исследования системы ФАС в полевых условиях. Исследования системы ФАС проводились в СТ «Вавиловец» Челябинской области и СТ «Заура-лец» Тюменского района Тюменской области с мая по июль.

Испытывались три типа светоловушек (одношелевая, трехщелевая и трехконфузорная).

1 - трехконфузорная светоловушка; 2 - трехщелевая светоловушка; 3 - однощелевая светоловушка; 4 - ФЭП (ТРБ-936М); 5 - люксметр. Рисунок 14 - Работа экспериментального стенда в дневной период (режим зарядки аккумулятора) Результаты улова насекомых при проведении экспериментальных исследований приведены на рисунках 15, 16, 17,18.

1 - Корпус светоловушки; 2 - Липкие картриджи; 3 - Улавливающее жерло; 4 - Светодиоды; 5 - Пойманные насекомые Рисунок 15 - Результаты улова насекомых трехщелевой светоловушкой

1 - Корпус светоловушки; 2 - Липкие картриджи с пойманными насекомыми; 3 - Улавливающее жерло; 4 - Светодиоды Рисунок 16 - Результаты улова насекомых трехконфузорной светоловушкой

Рисунок 17 -

1 - Корпус светоловушки; 2 - Светодиоды; 3 - Липкий картридж; 4 - Пойманные насекомые Результаты улова насекомых однощелевой светоловушкой

1 - Корпус светоловушки; 2 - Светодиоды, 3 - Липкий картридж; 4 - Пойманные насекомые

Рисунок 18 - Результаты улова насекомых однощелевой светоловушкой В пятой главе «Технико-экономическая эффективность использования ЭСЭП для мониторинга насекомых - вредителей» определена экономическая эффективность использования ЭСЭП на основе исследований разработанной установки в полевых условиях. Исследования проводились в период с мая по сентябрь 2010 и 2011 годов. Расчет технико-экономической эффективности показал, что использование ЭСЭП в производстве позволяет снизить энергозатраты на мероприятия, связанные с защитой растений от насекомых-вредителей, уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду и трудозатраты.

Основные выводы

1. На основе анализа научно-технической литературы определили актуальность и практическую значимость работы.

2. Получены аналитические выраженя взаимосвязи основных конструктивных параметров однощелевой светоловушки. Получен аналитический аппарат для расчета основных технологических параметров системы ФАС.

3. Разработан экспериментальный стенд для проведения комплексных исследований основных характеристик системы «ФЭП-АКБ-Светоловушка». Составлена программа экспериментальных исследований и методика их проведения.

4. Исследования работы светоловушек трех типов (трехконфузорная, трехщелевая, однощелевая) показали, что они могут успешно осуществлять мониторинг численности и фазы развития насекомых-вредителей.

5. Наибольшая эффективность улавливания насекомых, следовательно и более качественный мониторинг обеспечивает однощелевая светоловушка. Худшие результаты улавливания насекомых наблюдались у трехщелевой и трехконфузорной светоловушек, что можно объяснить эффектом «проветривания».

6. Расчет технико-экономической эффективности показал, что использование ЭСЭП позволяет снизить энергозатраты на мероприятия связанные с защитой растений от насекомых-вредителей, уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду и трудозатраты. Срок окупаемости составляет 0,15 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в журналах, рекомендуемых ВАК:

1. Возмилов, А.Г. Светоловушки для проведения мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей/ А.Г. Возмилов , А.Ю. Дюрягин, Д.О. Суринский // Достижения науки и техники в АПК. - 2011. - № 7. - с. 76-78.

2. Возмилов, А.Г. Методика расчета основных геометрических параметров однощелевой светоловушки/ А.Г. Возмилов, А.Ю. Дюрягин, Д.О. Суринский // Достижения науки и техники в АПК. - 2011. - № 4. - с. 77-78.

Публикации в других изданиях

3. Возмилов, А.Г.Электрофизические методы борьбы с вредителями в АПК/ А.Г. Возмилов, Д.О. Суринский, Михайлов П.М., // Сборник трудов международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного и конкурентоспособного развития агроинженерной науки на современном этапе» // Челябинск - 2008. - с. 37-39

4. Возмилов, А.Г. Применение электрофизических методов борьбы для мониторинга насекомых-вредителей в АПК/ А.Г. Возмилов, Д.О.Суринский, П.М. Михайлов, A.B. Козлов // Сборник трудов международной научно практической конференции «Проблемы инновационного и конкурентоспособного развития агроинженерной науки на современном этапе» // Челябинск - 2009. - с. 35-37

5. Возмилов, А.Г. Результаты исследований системы «фотоэлектрический преобразователь-аккумулятор-светоловушка»/ А.Г. Возмилов, Д.О. Суринский, A.B. Козлов // Сборник трудов международной научно практической конференции «Проблемы инновационного и конкурентноспособного развития агроинженерной науки на современном этапе» // Челябинск -2010.-е. 37-39

6. Световая ловушка для насекомых. Суринский Д.О. и др. Патент РФ № 85799 Приоритет полезной модели 20 августа 2009.

7. Световая ловушка для насекомых. Суринский Д.О. и др. Патент РФ № 97245 Приоритет полезной модели 10 сентября 2010.

Подписано в печать «24» февраля 2012 г. Формат 60x84/16. Гарнитура Times New Roman. Объем 1,0 уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ № 4387 ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11.

1 г -7

2012098767