автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Сепарация и стимуляция семян в электрическом поле

На правах рукописи УДК 631 362 633 1

Владимир Викторович ШМИГЕЛЬ

СЕПАРАЦИЯ И СТИМУЛЯЦИЯ СЕМЯН В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Специальность' 05 20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 2004

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия» и в ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

Научный консультант: академик РАСХН, заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор, И.Ф. Бородин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.А. Воробьев; «

доктор технических наук, профессор А.К. Лямцов;

доктор технических наук, профессор ,

A.B. Авдеев

Ведущая организация - Всероссийский НИИ овощеводства

Защита состоится « 2004 г. в/^ часов на заседании

Диссертационного совета Д220.044.02 йо защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Московском государственном агроинженерном университете имени В.П. Горячкина по адресу: 127550 Москва, ул. Тимирязевская, дом 58, МГАУ. Отзыв на автореферат просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАУ. Автореферат разослан « Z У» CtUUjtSpl 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор

В.И. Загинайлов

2-006-4 гюЧОЧЪ

1106

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Решение продовольственной проблемы - это стратегическая задача страны В ее решении большую роль играет урожайность сельскохозяйственных культур, во многом зависящая от качества посевного материала и технологии возделывания Существующие методы и средства подготовки семян к посеву не обеспечивают необходимых требований, поэтому до 40% семян в полевых условиях дают редкие всходы и экологически неустойчивы Использование такого посевного материала снижает урожайность и приводит к перерасходу семян из-за вынужденного увеличения нормы высева в 1,52,0 раза и повышению трудозатрат при возделывании сельскохозяйственных культур Современные технологические средства подготовки семян к посеву при разделении семян культурных и сорных растений, которые по форме и свойствам поверхности идентичны семенам культурных растений, не обеспечивают достаточно высокой доли выхода семян основной культуры, потери которых могут достигать 40% и более

Поэтому научные исследования, направленные на создание эффективных, экологически чистых, энерго- и ресурсосберегающих технологий сепарации и стимуляции семян в электрическом поле, обеспечивающих получение высококачественного посевного материала актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение. Решению этой проблемы и посвящена диссертация.

Исследования в указанном направлении соискателем начаты в 1981 году Они проводились по координационным планам НИР Ижевского СХИ, ас 1991 года - Костромского СХИ в порядке выполнения координационных планов Минсельхоза СССР и Госагропрома СССР по разработке и производству машин для механизации работ в селекции, сортоиспытании и первичном семеноводстве в соответствии с системой машин на 1986-1995 гг.

Цель исследований Разработка методов, средств и теоретических положений для создания высококачественных технологий подготовки семян к посеву при их сепарации и стимуляции в электрическом поле

Задачи исследований а) провести анализ существующих технических методов и средств подготовки высококачественных семян; б) разработать конструктивные схемы электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян; в) разработать математические и физические модели и теоретические положения способов и устройств высокоэффективных электростатических сепараторов различных типов и электрического стимулятора семян ленточного типа, г) провести испытания электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян для получения высококачественного посевного материала, д) провести сравнительные лабораторные испытания экспериментального электростатического решетного сепаратора с отечественными аналогами; е) определить область использования разработанных электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян и эффективность их реализации.

Объект исследования - система, включающая свойства семян, рабочие органы и режимы их работы, которая обеспечивает получение высококачественного посевного материала.

Предмет исследования - определение оптимальных конструктивных параметров и режимов рабочих органов с учетом свойств семян селективно контактно заряжаться и поляризоваться в электрическом поле

Методы исследований В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход Разработка методологических основ решения проблемы, имеющей инженерно-технические и агрономические аспекты, базировалась на математическом и физическом моделировании семенных частиц вытянутой формы, электротехнических и динамических процессов межэлекгродных промежутков сепараторов и стимулятора семян, теории движения частицы по поверхностям сельскохозяйственных машин, теории электромагнитного поля Экспериментальные, подтвержденные теоретическими результатами, исследования выполнены с использованием теории многофакторного эксперимента, методов статистики и биометрии с применением компьютерной техники при использовании специальных прикладных пакетов компьютерных программ.

Научная новизна. Новизна научных положений, изложенных в диссертации, заключается в том, что разработаны и обоснованы

а) теоретические и практические обобщения и решение тучной проблемы улучшения посевных качеств семян при использовании сепарации и стимуляции в электрическом поле, базирующиеся на селективности контактной зарядки и поляризации семян; б) новые эффективные методы сепарации семян на наклонных решетах с круглыми отверстиями в неоднородном электростатическом поле; сепарации семян на горизонтальной траковой ленте-решете с круглыми отверстиями и на вертикальной ленте с полочками в однородном электростатическом поле; сепарации семян на наклонной неподвижной плоскости в неоднородном электростатическом поле; многослойной стимуляции семян в электрическом поле; в) математическая модель семенной частицы вытянутой фермы, г) физические модели- процесса контактной зарядки разновытянутого диэлектрического с проводящей поверхностью эллипсоида вращения на разной полярности электродах в электростатическом поле высокой напряженности и появления в нем положительного коронного разряда, возникающего на остриях, сориентированных на слое, отдельных разновытянутых эллипсоидальных частиц; д) оптимальные параметры режиме» работы электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян.

Практическая ценность диссертации достигнута путем теоретического обоснования методов сепарации и стимуляции семян в электрическом поле, разработке высокоэффективных устройств: для очистки семян от трудноотделимых примесей, сортирования в электростатических однородных и неоднородных полях с одновременной стимуляцией и многослойной стимуляции семян в электрическом поле; разработке электростатических сепаратор«® для селекции, сортоиспытания и первичного семеноводства семян зерновых и овощных культур, обеспечивающих в сравнении с существующими отечественными сепараторами снижение затрат труда в 1,5 раза, эксплуатационных издержек в 3 раза, сокращение количества посевного материала в 1,5 раза, повышение урожайности на 10-20%, повышение производительности при сепарации семян овощных культур в 2 раза, повышение качества сепарации в 3 раза; разработке электрического многослойного стимулятора семян зерновых культур, обеспе-

4

читающего в сравнении с существующими отечественными стимулирующими устройствами снижение эксплуатационных издержек в 3 раза, повышение урожайности на 10-20%, повышение производительности в 8 раз, сокращение количества посевного материала в 1,5 раза

Реализация результатов исследований. Разработаны, изготовлены и испытаны электростатические сепараторы и электрический многослойный стимулятор семян в условиях мастерских КГСХЛ, мастерских хозяйств Удмуртской республики и Костромской области В КГСХА при кафедре электропривода и электротехнологии создана лаборатория электросепарации и стимуляции семян, где эти устройства установлены и использую 1ся для подготовки ссмян по договорам с хозяйствами От применения электростатических сепараторов и электрического многослойного стимулятора семян хозяйствами Костромской области и Удмуртской республики получено за год дополнительной продукции на 112,5 тыс руб., что подтверждено актами внедрения

На защиту выносятся следующие основные положения:

1 Технологии, включая электростатические сепараторы и электрический стимулятор семян, их режимы, которые обеспечивают получение высококачественных семян зерновых и овощных кучьтур при их сепарации и стимуляции в электрическом поле

2 Математическая модель вытянутой семенной частицы в форме разновы-гянутого эллипсоида вращения Физические модели процесса контактной зарядки разновытянутого диэлектрического с проводящей поверхностью эллипсоида вращения на электродах разной полярности в электростатическом поле высокой напряженности и появления в нем положительного коронного разряда, возникающего на остриях, сориентированных на слое, отдельных разновытяну-тых эллипсоидальных частиц

3.Теоретические зависимости распределения контактнош заряда по поверхности разновытянутого эллипсоида вращения, нахождения центра заряда, действующих сил и условий движения и ориентировки эллипсоида в однородном и неоднородном электростатическом поле на различных подвижных и неподвижных технологических поверхностях Теоретические зависимости положительного коронного разряда, возникающего при ориентации разновытянутых эллипсоидов вращения на поверхности их слоя в электрическом поле.

4 Методы, позволяющие осуществить комплексные исследования свойств семян и электрических полей, создаваемых заряженными электродами электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян, исследовать силовое воздействие электрических полей на семена и результаты их практического применения

Апробация работы Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на международных и всероссийских специализированных конференциях' всероссийском научно-техническом семинаре МГАУ «Высокоэффективные электротехнологии и биоинформационные системы управления АПК» (Москва, 1997); научно-технических конференциях МГАУ (Москва, 2000, 2003, 2004); международной научно-технической конференции «Автоматизация сельскохозяйственного производства» (Углич,1997), международных научно-технических конференциях ВИЭСХ (Москва,2000, 2003, 2004), ВИМ (Москва, 2003), научно-технических конференциях Костром-

5

ской ГСХА (Кострома, 1996- 2004), Ижевской ГСХА (Ижевск, 1998, 1999, 2000), Кировской ГСХА (Киров, 1989).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации изложены в 62 печатных работах, одной монографии и описаниях к 3 авторским свидетельствам и 9 патентам на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, библиографического списка и 9 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 321 странице, включая 30 таблиц, 210 иллюстраций и библиографию из 143 наименований. Приложения на 84 страницах включают графики в Matkade и Maple, таблицы результатов измерений и математическую обработку экспериментальных данных по семенам, цифровые фотографии исследования электростатического поля, протоколы испытаний, патенты и акты внедрения. i

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены состояние проблемы, цель и задачи исследований, сформулированы научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ технических требований и средств подготовки высококачественных семян» рассматриваются вопросы электросепарации и стимуляции семян как один из путей повышения их качества. Использование различия в физических свойствах компонентов семенной массы позволяет не только очищать семена от сорных примесей, но и выделять для семенных целей наиболее биологически ценные семена. В свою очередь биологическая ценность семян характеризуется их посевными качествами - всхожестью, энергией прорастания, силой начального роста. Увеличение количества и качества продукции растениеводства является главной задачей в развитии сельскохозяйственного комплекса. Центральным звеном в решении этой проблемы является семеноводство. Семена, носители биологических свойств, в решающей степени определяют качество и количество получаемого урожая. Ученые и специалисты сельского хозяйства постоянно совершенствуют и разрабатывают новые агро-приемы и технические средства для очистки, сортирования и предпосевной стимуляции семян с целью улучшения их посевных качеств.

Существенный вклад в развитие науки по применению электроэнергии в сельскохозяйственное производство внесли российские ученые: М.Г. Евреинов, П.Н. Листов, С.П. Лебедев, Г.И. Назаров, И.А. Будзко, И.Ф. Бородин, И.И. Мартыненко, В.И. Метревели, Л.Г. Прищеп, A.M. Басов, В.А. Воробьев, Л.С. Герасимович, Ф.Я. Изаков, И.Ф. Кудрявцев, A.M. Мусин, А.И. Цатурян, Ю.П. Секанов, A.B. Авдеев, А.К.Лямцов и др.

На возможность очистки и сортирования зерна в электрическом поле указывал Н.Ф. Олофинский. Наиболее крупные исследования в этом направлении проведены A.M. Басовым, И.Ф. Бородиным, Ф.Я. Изаковым, В.Н. Шмигелем, Г.А. Ясновым, Э.А. Камениром, В.И. Мищенко, A.B. Пожелене. Были созданы электрозерноочистительные машины, в которых используют электрическое поле коронного разряда и электростатическое поле.

Дальнейшим развитием науки, связанной с применением электрических методов разделения семенных смесей, было применение диэлектрическою метода сепарации Крупные исследования в этом направлении проведены В И Тарушкиным и его учениками (В С Леоновым, В М Богоявленским, А А Ни-язкуловым и др ) Ими была доказана возможность и эффективность использования диэлектрического метода при очистке, сортировании и калибровке семян сельскохозяйственных культур Следующим этапом развития науки, связанной с применением электрических методов разделения семенных смесей вытянутой формы и их предпосевной обработки, было использование однородного и неоднородного электростатического поля высокой напряженности на решетах, лентах-решетах, плоскостях, пенточном триере и ленточном транспортере

Рассмотрено следующее характеристики основных физических свойств семян и их засорителей, дана классификация сепараторов и устройств сгимуля-^ ции семян; распределение контактного заряда на семенной частице и нахожде-

ние его центра, силовое воздействие однородного и неоднородного электростатического поля на семена, наложение электростатического поля на решето с « круглыми отверстиями для повышения их разделяющей способное га Здесь

изучены следующие вопросы электростатическое поле диафрагмы с отверстием, электростатическое поле в зоне круглого отверстия решета-электрода, элек-гростатическое поле между заземленной плоскостью с системой круглых диафрагм и расположенным над ней потенциальным электродом с диэлектрической подложкой, поведение зерновой частицы в отверстии решета в электростатическом поле.

Для выполнения в полном объеме исследований, определяемых целью и научными задачами, разработана концепция решения проблемы сепарации и стимуляции семян в электростатическом поле, которая предешвлена в виде с фуктурно-логической схемы (рис. 1)

Эта схема определяет последовательность выполнения в диссертационной работе разноплановых, отдельных и в то же время комплексных исследований, устанавливает логическую взаимосвязь и объединение их в целостную, единую систему. Такая система позволяет достичь глубины исследования проблемы процесса сепарации и стимуляции семян в электрическом поле и осуществить реализацию результатов исследований в научной и практической деятельности.

Во второй главе «Поведение заряженной разновытянутой эллипсоидальной частицы в электростатическом поле на металлическом электроде» представлено семь разделов.

В первом разделе главы «Классификация семян эллипсоидальной формы» представлены семена эллипсоидальной формы (рис 2) по разным культурам и сопутствующих сорняков той же формы

Рис I Структурно-логическая схема исследования сепарации и стимуляции семян электрическом поле

00 0,1 «• 19 ®018§

«.вПвиМУЙоовЗ

1 2 3456789 10

01 01 оо

0100И

1 2 3 4 5

Рис 2 Семена эллипсоидальной формы по разным культурам и сопутствующих

сорняков той же формы

Первый ряд сверху 1 - рис, 2 - овес; 3 - ячмень, 4 - рожь, 5 - пшеница;

6 - овсюг; 7 - василек синий

Второй ряд сверху 1 - костер безостый, 2 - овсяница луговая, 3 - райграс;

4 - мятлик, 5 - лисохвост луговой, 6 - ежа сборная, 7 - костер ржаной,

8 - пырей ползучий, 9 - подорожник ланцетовидный, 10 - василек синий

Третий ряд сверху 1 - огурцы, 2 - кабачки, 3- тыква

Четвертый ряд сверху 1 - лен, 2 - соя, 3 - подсолнечник, 4 - фасоль; 5 - бобы

На рис. 3 дана их классификация. У всех семян на рис. 2 один конец более тупой с закруглением, а другой более заостренный, вытянутый.

Для технологических процессов электротехнологии необходимо достаточно точно определить математическую модель, описывающую форму вытянутой частицы. Это необходимо для более точного рассмотрения математической модели поведения частицы на рабочих органах электросепараторов. Поведение частиц в электрическом поле определяется главным образом величиной электрического заряда, приобретенного в этом поле. Чем больше заряд частицы, тем больше действующие на него силы электрического поля. Зарядка частицы происходит через поверхность при контакте с электродом в электрическом поле. Естественно, заряд, контактно приобретенный эллипсоидальной зерновой частицей в электростатическом поле, не сосредоточивается в одной точке, а распространяется по всей поверхности эллипсоидальной частицы.

§О|0

Рис 3 Классификация семян эллипсоидальной формы по разным культурам и сопутствующих сорняков этой же формы.

Во втором разделе главы «Определение математической модели, описывающей форму вытянутой частицы» сравниваются поверхности трехосного эллипсоида, эллипсоида вращения и приведенного эллипсоида вращения. При одних и тех же размерах частиц разница между площадью поверхности, определенной для 3-осного эллипсоида (с осями а, Ь, с) и эллипсоида вращения (с осями а и Ь), составляет 15%. Разница же, определенная между площадью поверхности трехосного эллипсоида и приведенного эллипсоида вращения, составляет 10%. Действительная площадь трехосного эллипсоида определяется по выражению

8 = 2яс2 + _^Ц[с2р(ср,а)+ (а2 - с2)в(ф,а)], л/а -с

где Р(ф, а) - неполный эллиптический интеграл первого рода; Е (ср, а) -неполный эллиптический интеграл второго рода.

Площадь приведенного эллипсоида вращения определяется по выражению

= ^ =^|к, + + ^^ ,

где ко =^к{к2 - обобщенный коэффициент сферичности приведенного эллипсоида вращения как среднегеометрическое значение коэффициента сферичности по обеим меньшим осям Ь и с.

Форму с разновытянутыми в разной степени противоположными концами имеют семена овса, овсюга, семян злаковых трав. Меньшая степень разновытя-нутости наблюдается у семян ячменя, ржи, пшеницы. Исходя из этого, нами предложена математическая модель формы вытянутых частиц, определяемая разновытянутым эллипсоидом вращения. Он состоит из двух половин эллипсоидов вращения с общей шириной Ь и имеющих длину наименьшего эллипсоида а.2, а наибольшего - а\. Полученный разновытянутый эллипсоид имеет длину а„, ширину Ь и разные радиусы закругления концов (рис. 4).

^_»5__

ь

|р Шл

<

«I ,

Рис. 4. Разновытянутый эллипсоид вращения

Разновытянутый эллипсоид вращения описывает форму вытянутых частиц с погрешностью от 5 до 20%, в отличие от трехосного эллипсоида, который при этом имеет погрешность от 8 до 30% (определено компьютерной обработкой).

Площадь разновытянутого эллипсоида вращения будет определяться по выражению

^ агсвш-у

к,

V1 - к | 7са|к21| | агсят-^-к

к2п +"

,2

ТГ-к^ 4 [

При определении площади поверхности разновытянутого эллипсоида вращения получилось, что трехосный эллипсоид имеет по отношению к разновы-тянутому эллипсоиду вращения ошибку 10%. Ошибки определены по реальным частицам. Это еще раз доказывает, что форма вытяггутых частиц должна математически описываться разновыгянутым эллипсоидом вращения.

В третьем разделе главы «Контактная зарядка эллипсоидальные частиц в электростатическом поле» представлена контактная зарядка разновытянутой диэлектрической эллипсоидальной частицы с проводящей поверхностью, так как на поверхности даже сухих семян всегда имеется пленка, конденсируемой из воздуха влаги На рис 5 показана такая частица на потенциальном электроде отрицательной полярности.

Рис. 5 Разновытянутая диэлектрическая эллипсоидальная частица с проводящей поверхностью на потенциальном электроде отрицательной полярности в электростатическом поле

При отрицательном потенциале электрода и тонкого заряженного слоя на электроде свободные электроны перейдут в проводящую оболочку эллипсоидальной частицы, и она зарядится отрицательно. Одновременно с этим в диэлектрическом слое частицы произойдет поляризация. В нижнем полуэллипсоиде на границе проводящим слоем сконцентрируются положительные связанные заряды, а в верхнем полуэллипсоиде - отрицательные. Далее, отрицательные свободные заряды, отталкиваясь от отрицательных связанных зарядов верхнего полуэллипсоида, стекут в свободную нижнюю часть проводящей оболочки, так как связанный положительный заряд со знаком плюс будет скомпенсирован отрицательным зарядом проводящей оболочки. Таким образом, эллипсоидальная частица будет иметь в верхней половине минусовой связанный заряд от поляризации частицы, а в нижней половине - минусовой заряд от отрицательного свободного заряда оболочки. Учитывая, что оболочка достаточно тонкая (несколько микрон), то можно считать, что центр заряда будет находиться на большой оси эллипсоида и останется на ней и при ориентации частицы большей осью вдоль силовых линий шля.

В четвертом разделе главы «Распределение электрического контактного заряда по поверхности разновытянутого эллипсоида вращения. Определение

центра контактного заряда» показана эпюра (рис. 6) распределения заряда по поверхности разновытянутой эллипсоидальной частицы, построенная для конкретной частицы с параметрами а,/2 = 12 мм; а2/2 = 4 мм; Ь = 4 мм.

Рис 6 Эпюра распределения заряда по поверхности рашовытянутой частицы

Координата центра тяжести заряда О, расположенная на большей оси разновытянутой частицы, запишется выражением

а, -а2Ф

Х 2(1+ Ф)'

где и - длины больших осей полуэллипсоидов, из которых состыкована разновытянутая эллипсоидальная частица.

к2п+-

Ф =

„

k,n+-

arcsin

inVl^kl

На рис. 7 представлена зависимость координаты X, определяющей центр контактного заряда разновытянутого эллипсоида, от функции Ф при различных значениях приведенных коэффициентов сферичности (к2п, к1п) и длинной оси aj.

1,-3<И0>

V7,5-10*,»«

Рис 7 Зависимость координаты X, определяющей центр контактного заряда

разновытянуюго зтлипшида, от функции Ф при разных ¡начсниях приведенных коэффициенюв сферичности (к^п, к]п) и длинной оси (а))

Рис 8 Силы, действующие на частицу, находящуюся на горизонтально колеблющемся, наклонном электроде в электростатическом поле

В пятом разделе главы «Действующие силы и условия движения разновы-тянутого заряженного эллипсоида вращения на горизонтально колеблющейся наклонной плоскости» показаны силы, действующие на частицу, находящейся на горизонтально колеблющемся наклонном электроде в электростатическом поле (рис. 8)

Рассмотрим эти силы: 1. Сила тяжести

где ш - масса разновытянутого эллипсоида вращения, кг; § - ускорение си-

2. Сила взаимодействия электростатического поля с приобретенным раз-новытянутым эллипсоидом контактным зарядом

здесь Ев - напряженность электростатического поля в воздушном промежутке, В/м; О - предельный свободный контактный заряд эллипсоида, Кл; ап -приведенная длина разновытянутого эллипсоида вращения; кп - приведенный коэффициент сферичности его кп = Ь/а„; е - относительная диэлектрическая проницаемость эллипсоида; Ф[ - коэффициент осевой деполяризации эллипсоида при ориентации его большей осью поперек поля; е0 - электрическая постоянная.

лы тяжести, м/с2.

яепЕ^к,

'0ЕВ п л

3. Сила взаимодействия заряда разновытянутого эллипсоида вращения с плоскостью электрода

с Q2 _то0(Ева^кп)2_

г 2 —-2 ~~-2 '

167tS°h 256(~ + Ф( Vk2ncos2 y + sin2 у + х sin y j

здесь h - расстояние от центра стыковки О, до электрода, равное 12 плюс h = xsiny, где х - расстояние от центра заряда Oj до центра стыковки полуэллипсоидов О], k2n - приведенный коэффициент сферичности правильного эллипсоида вращения с осями а2 и Ь, входящего в состав разновытянутого эллипсоида вращения.

4. Сила инерции

F„ = mjcosa,

где a - фазовый угол поворота кривошипа, j - ускорение силы инерции, м/с2; ш - масса частицы.

5. Сила трения

Fip = fa(FTcos3 + F2-F1),

где fj - динамический коэффициент трения; р - угол наклона колеблющейся системы к горизонту.

6. Сила сопротивления среды Fcc при относительном движении частицы приложена в ее центре тяжести и определяется вязкостью среды, параметрами частицы и скоростью ее движения. Для эллипсоидальных частиц выражение запишется так:

где г| - динамическая вязкость воздуха (равна 0,0182 мПа-с); аь а2 - длины больших осей соответственно полуэллипсоидов вращения, образовавших раз-новытянутый эллипсоид вращения с разными приведенными коэффициентами сферичности к|П и к2п.

Учитывая, что сила сопротивления среды очень мала по величине в сравнении с силами, противодействующими ориентировке FT и F2, ею можно пренебречь. Условие движения разновытянутого эллипсоида вращения по наклонному электроду

те„Е2ваХ

где ад - действующее ускорение; Кэл - функция соотношения электрических сил, приложенных в центре тяжести заряда Оз разновытянутого эллипсоида вращения, показывает, насколько прижимающая частицу сила Р2 меньше отрывающей силы Р, и как она зависит от угла у и приведенных коэффициентов сферичности кп и К2п5 и также длин ап, 32 и х.

а„ =

f ■ \ jcosa --8

cosp

64^—+ сов2 у+ 81П2 У + Х81Пу|

Так как дробь в выражении Кэл всегда меньше единицы, то Кэл < 0. Если действующее ускорение ад > 0, то при любых значениях правой части неравенства (Кэл) эллипсоид при любой его ориентации будет перемещаться по колеблющейся плоскости. Если ад < 0, то эллипсоид перемещается по плоскости при условии

та,,

7гвпЕ^апкп

+ф;

к.

то есть вышеприведенное выражение определяет условие начала движения частицы по электроду.

В шестом разделе главы «Условие ориентировки диэлектрического заряженного разновытянутого эллипсоида вращения со смещенным центром тяжести в электростатическом поле на горизонтально колеблющемся наклонном электроде» представлено выражение

М, + MR > MF + MF +MF +MF .

э h Гт h и fee

Рассмотрим слагаемые этого неравенства в порядке записи значений составляющих:

1. Вращающий момент электростатического поля

м £oEBv

02nsin2y,

эп 2п

где Ф2п - функция, характеризующая влияние формы и относительной диэлектрической проницаемости разновытянутого эллипсоида вращения на величину вращающего момента поля; у - угол наклона большей оси разновытянутого эллипсоида вращения к плоскости электродов, образовавших поле; У,п -приведенный объем разновытянутого эллипсоида.

2. Момент силы взаимодействия электростатического поля с зарядом разновытянутого эллипсоида вращения

МР| =Р,(а2<+хсо8у),

где Р, = .

— +

е -1

3. Момент силы тяжести относительно точки касания частицы Л с электродом

M f = mga j cos P

Kl-ibPleosY

" 2(1 + р)

где р - коэффициент симметрии центра тяжести.

4. Момент силы зеркального отображения, силы взаимодействия контактного заряда <3 разновытянутого эллипсоида вращения с плоскостью электрода

МР, =Р2(а2Км +ХС05у),

где F,

ra0(EBa2kJ

2561

cos2 У + s'n2 У + х sin у

5. Переменный момент инерции, действующий на эллипсоид, лежащий на наклонном электроде, совершающем колебания в горизонтальной плоскости

MF = mja2 cosacosp

K2-ilzPLsmy

2(1 + р)

Этот момент как содействует ориентировке эллипсоида, так и противодействует ей.

К

(l-k^n)sin2Y

4i/k|^cos2 y + sin2 у

vn л/к2п cos2 y + sin2 Y

K-M --2-'

Моментом силы сопротивления среды пренебрегаем, как и самой силой. Решая неравенство, получим минимальную напряженность электростатического поля в воздушном промежутке, при которой в разных сочетаниях момента инерции (+) или (-) разновытянутый эллипсоид вращения будет ориентироваться длинной осью вдоль силовых линий поля.

2mga2 cosP К1,- (1-р) cosyl 2(1 + р) ±2mja2 cosacosp k-(1"p) sinyl 2(1+ p)

б0У311Ф2„ sin 2у + ЖУ"К (a2K;M + xcosy)K;

<гН

С увеличением ускорения силы инерции j в два раза, при одинаковой массе П1|, напряженность электростатического поля Ев увеличивается в 1,5 раза, а при увеличении массы в 1,5 раза - увеличивается в 1,3 раза С увеличением j в два раза, при одинаковом коэффициенте симметрии центра тяжести р, Ев увеличивается в 1,5 раза, а при увеличении р в 1,5 раза - увеличивается в 1,3 раза.

В седьмом разделе главы «Характер поведения семян в электростатическом поле на плоскости» рассмотренное уравнение движения вытянутой эллипсоидальной частицы на плоскости вокруг точки ее касания с ней под влиянием моментов действующих сил имеет различный вид в зависимости от физических условий.

Если плоскость с расположенной на ней заряженной частицей не колеблется, то

M,+MFI-MFI-MF2 =J±Ï,

если плоскость колеблется и частица заряжена, то

d2y

M, + MF — MF -Мр ±MF =J—f.

3 r| гт 2 ги

Здесь J - механический момент инерции частицы со смещенным центром тяжести при повороте ее на плоскости вокруг точки опоры.

Уравнение движения частицы решали цифровым методом на ЭЦВМ ЕС-1033 для массива частиц, представляющих всю совокупность выборки. На рисунке 9 представлены зависимости у = f(t) для частиц овсюга и овса на неподвижном (а) и колеблющемся (б) горизонтальном электроде.

Из рисунка видно, что частица, сориентировавшись, совершает колебания относительно своей оси. С течением времени (для овсюга 0,09 - 0,48 с, для овса 0,26 - 0,5 с) амплитуда колебаний уменьшается, и частица принимает устойчивое положение при угле у, близком к 90° (87...890).

С увеличением напряженности поля Е для зерен овсюга и овса амплитуда, период и время затухания колебаний уменьшаются. Такие же изменения наблюдаются с увеличением длины (а) зерна, коэффициента его сферичности к и с уменьшением массы и коэффициента симметрии центра тяжести. При обработке полученных данных выявлено, что изменение частоты амплитуды колебаний плоскости и характера момента силы инерции (+) практически не влияют на характер процесса.

В главе 3 «Теоретическое обоснование процессов сепарации и стимуляции семян разновытянутой эллипсоидальной формы в электрическом поле» рассмотрено девять разделов.

В первом разделе главы «Распределение напряженностей поля в диэлектрической подложке потенциального электрода и межэлектродном пространстве электростатического сепаратора» показано, что при прерывистой подаче напряжения к электродам (к прослойке сверху подать минус, а к заземленному электроду - плюс) без изменения их полярности, потерь в диэлектрике не наблюдается. В момент включения напряжения напряженности в слоях диэлектрика прослойки Е| и в воздухе Ег могут быть найдены

Е| ■ ; -

Ь,е2 +Ь28, Ь,е2 + Ь2е,

при длительной выдержке под напряжением согласно (3.2) значения напряженностей будут определяться следующим образом

Е . Е Г.и

Ь,г2 +Ь2У[ ' 2 Ь,г2 +Ь2у, '

где Е| и Е2 - напряженности поля соответственно в диэлектрической подложке и в воздухе; е, и е2 - диэлектрические проницаемости соответственно в диэлектрической подложке и в воздухе; у, и у2 удельные проводимости соответственно; Ь| и Ъ2 - толщина диэлектрической подложки и воздушного межэлектродного промежутка.

Во втором разделе главы «Расчет поля, образованного заряженным решетом-электродом, электростатического решетного сепаратора» поле определяется в верхнем полупространстве, образованном пластиной на плоскости £=0 шириной 2а и длиной 2в, заряженной до потенциала Ц» и помещенной в бесконечный заземленный экран. В том случае, когда поле определяется в однородной диэлектрической среде с расположенными в ней проводниками, потенциалы которых заданы, мы имеем в чистом виде задачу Дирихле определения потенциала на поверхности полупространства. В общем случае, когда на плоскости £,=0 имеется ряд заряженных полос, параллельных друг к другу и имеющих потенциалы и|,и2...,ип, распределение потенциала в какой-либо плоскости г)=сопз1 может быть определено по формуле.

¡^ я

где фк - угол видимости полосы с потенциалом ик из точки М, в которой определяется потенциал.

На рисунке 10 приведено рассчитанное по формуле поле двух параллельных полос, заряженных до потенциала 11=1,0 и помещенных в бесконечный заземленный экран.

U=0 U=1 U=0 U=1 и=о

Рис. 10. Поле двух параллельных заряженных полос, помещенных в бесконечный заземленный экран.

В третьем разделе главы «Поведение зерновой частицы в отверстии решета в электростатическом поле» дан анализ поведения зерновой частицы у краев отверстия и в нем решетной поверхности в электростатическом поле. Рассмотрены силы, действующие на зерновую частицу, представленную разновытяну-тым эллипсоидом вращения, в зоне отверстия решета-электрода в зависимости от ее расположения и свойств (диэлектрическая частица и диэлектрическая частица с проводящей поверхностью). Особое внимание уделено втягиванию или выталкиванию частицы отверстием.

В четвертом разделе главы «Расчет пондеромоторной силы для разновы-тянутых эллипсоидальных частиц» в результате взаимодействия электрического поля со связанными зарядами поляризованной диэлектрической частицы на поверхности раздела двух диэлектрических сред (среды и частицы) возникает пондеромоторная сила, стремящаяся перемещать или деформировать частицу. В неоднородном электрическом поле с диэлектрической проницаемостью среды меньше диэлектрической проницаемости частицы эта сила направлена в сторону возрастания напряженности поля. Пондеромоторная сила, действующая на разновытянутый эллипсоид вращения, имеет вид

F - 7180 (я'КГ2 +я3К"2 ~Е'1Г и2{ёа

ьпlaiKin +a2K2iJ-— ~т;-rr >

4 \e2+2j|_ (h2 + xtga)

где h2 - межэлектродное расстояние; a - угол наклона потенциального электрода к заземленному горизонтальному; и - приложенное напряжение к электродам от высоковольтного источника питания; х - ширина заземленного горизонтально расположенного электрода; аь аг - длины больших осей соответственно полуэллипсоидов вращения, образовавших разновытянутый эллипсоид вращения с разными приведенными коэффициентами сферичности ki„ и k2n; £ь - относительные диэлектрические проницаемости среды и частицы соответственно; 8о - электрическая постоянная.

В пятом разделе главы «Сортирование заряженных сплюснутых разновы-тянутых эллипсоидальных частиц в неоднородном электростатическом поле на наклонной неподвижной плоскости с поперечным загрузочным транспортером» разновытянутая эллипсоидальная сплюснутая заряженная частица, снятая с поперечного транспортера, перемещается под произвольным углом у по заземленному наклонному плоскому электроду под действием совокупности сил в зону Ь2 и попадает в бункер отходов. На рисунке 11 представлены силы, действующие на заряженную разновытянутую сплюснутую частицу, расположенную на наклонном заземленном электроде.

Рис. 11 Силы, действующие на заряженную разновытянутую сплюснутую частицу, расположенную на наклонном заземленном электроде.

Используя выражения действующих на частицу сил в неоднородном электростатическом поле, получено значение начальной напряженности электростатического поля Еш в зоне И,, при которой частица под действием пондеро-моторной силы, преодолевая силу трения, будет утягиваться в зону Ь2.

Е„>

В этих исследованиях не учитывалось наличие вращающего момента поля Мэ, а также наличие содействующих и противодействующих ориентировке моментов сил Р, и Р2, так как необходимо было описать процесс перемещения эллипсоидальной разновытянутой заряженной частицы.

4Ь,

че2+2

^П^совр

В/м-10 .

1 +

В шестом разделе главы «Сортирование разновытянутых эллипсоидальных частиц на наклонном горизонтально колеблющемся решете с круглыми отверстиями в неоднородном электростатическом поле» рассмотрены силы и моменты сил, действующие на разновытянутую эллипсоидальную частицу на наклонном горизонтально колеблющемся решете с круглыми отверстиями. Такая частица показана на рисунке 12.

Рис. 12. Эллипсоидальная разновытянутая частица на наклонном горизонтально колеблющемся решете с круглыми отверстиями.

Вращающий момент поля Мэ установит частицу в положение «2» при условии, когда моменты, содействующие и противодействующие ориентировке, при данном угле наклона у будут равны

мэ+мр1±мр> =мр2+мр1.

Наличие силы инерции Б,, на колеблющемся решете приводит к тому, что частица перемещается по поверхности наклонного решета, занимая крайние положения на его поверхности - на перемычке (положение - «1») или над отверстием (положение - «3»), когда частица получила полную ориентировку длинной осью перпендикулярно плоскости решета. В этом случае Мэ = 0. Если в положении «3» окажется, что силы Рт + Р2 = р1, то частица зависнет над отверстием решета. Если в положении «3» на частицу будет действовать сово-

23

купность сил, определяемая уравнением Кг + ¥2 > Рь то частица провалится в отверстие, то есть просеется. Если в положении «3» частица будет находиться под действием сил Рт + Р2 < Рь то частица зависнет в воздухе.

Определим напряженность электростатического поля Ець при которой частица будет перемещаться в зону ЕВ2> ЕВ]

± д пщ сое 3 + пу соэ а сое р)

V,,

2Ь,

1 +— . 2

-^к „К,

Если в числителе будем иметь сумму +2(Гдт§созр - ггусозасовР), то сила инерции будет способствовать пондеромоторной силе перемещения эллипсоидальной разновытянутой частицы в зону возрастания величины электрического поля. Если в числителе будет ^(^п^созр + пусовасовр), то сила инерции будет препятствовать продвижению частицы и для ее продвижения будет требоваться более высокая напряженность поля Евь

В седьмом разделе главы «Выделение семян сорных растений на горизонтальном непрерывно движущемся и колеблющемся в горизонтальной плоскости решете с круглыми отверстиями» рассматривается максимальная относительная скорость движения частицы вдоль горизонтального решета, при которой частица может пройти в отверстие

/¡та

2а„р '

где Б - диаметр отверстия решета, Ь - ширина частицы; ап - проведенная длина частицы; р - коэффициент симметрии ее центра тяжести.

При контакте с электродом-решетом на частицу действуют в электростатическом поле электрические силы, которые отрывают частицу от электрода. Поэтому § уменьшается на электрическое ускорение

4т

е-1

- + Ф

тогда

+ вт2 у + хешу

^шах^Ю-

2Д 2апр

При больших, чем Уотах относительных скоростях сориентированные частицы будут перескакивать через отверстия решета.

Определена максимальная частота колебаний решета, создающая скорость

Птах ¿15-

рр? яг V 2р '

На рисунке представлена зависимость птах=Г(аэ) при разных к„ и г .

600

Птах, мин

500 400 300 200

1ш=ОЛ

/

кп-02 /

\ кп-03 / 1 -

---

4 I 6

а), м/с

Рис 13 Зависимость максимальной частоты колебания решетного стана (пгаах) от электрического ускорения (а,') при разных значениях приведенного коэффициента сферичности (к„) и амплитуд колебания (г):

----г = 3-10 , м;

г — 110 , м.

При слабом поле надо иметь большую п^, чтобы частица прошла в отверстие решета. При сильном поле п,^ уменьшается до нуля, чтобы частица сориентировалась и просеялась в отверстие.

В восьмом разделе главы «Сортирование разновытянутых сплюснутых эллипсоидальных частиц на ленточном электростатическом триере» рассмотрен процесс электросепарации на примере семян огурца по следующей технологической схеме, включающей три этапа.

1_

Х0

I *

J

"¿С:

Рис. 14. Ориентация эллипсоидальных частиц в электростатическом поле (первый этап) и перемещение их под воздействием поля (второй и третий этапы)

Первый этап - ориентировка разновытянутой сплюснутой эллипсоидальной частицы на полочке триера длинной осью вдоль силовых линий поля при произвольном начальном расположении частицы, но при условии, что у > 0. Частица приобретает на полочке заряд и ориентируется. Второй этап - сориентированная заряженная частица, преодолевая силу трения, перемещаясь в область потенциального электрода, закрытого слоем диэлектрика, попадает в бункер. Третий этап - в некоторых случаях частица достигает слоя диэлектрика и залипает на нем. Затем под действием силы тяжести, отдав приобретенный заряд, частица попадает в бункер. Частицы, не снятые с полочки движущейся лентой триера, уносятся из области действия электростатического поля и попадают в бункер отходов. У этих частиц малая толщина.

Определено значение напряженности поля при рассмотрении условий первого и второго этапов Ев = ЕВо, при котором частица ориентируется, разворачивается на плоскости длинной осью вдоль силовых линий поля.

'Во •

(УэФ25т2у + яа2кпхсо8у^0 '

где г - радиус контактного пятна частицы при расположении ее на полочке; ш - масса частицы; N - выполненность семени; {- коэффициент трения; х -смещение центра заряда относительно центра стыковки двух полуэллипсоидов разной вытянутости; Уэ Фг = Км 10"9 м3 - объемная функция момента поля.

а!к.

8С

где С - толщина частицы, ап2кп= кв 10"6 м2 -функция вытянутости частицы. На рисунке 15 представлена зависимость напряженности ориентировки ЕВо от выполненности семени (Ы).

Рис 15 Зависимость напряженности ориентировки (Ево) от выполненности семени (Ы) при ш=3-10'5 кг, К„=70010'9 м3, к.^510"6 м2 (1,2, 3 - х = 1, 2, ЗЮ"3 м).

Для частиц большей толщины С необходимо меньшее ЕВо Потребная напряженность электростатического поля ЕВк для снятия с полочки частицы и направления движения ее в сторону потенциального электрода определяется

евк -

2йпё К,,яе0Н

Рассмотрены траектории движения частиц в электростатическом триере, представляющие собой прямые линии (рис. 16), угол наклона которых к ординате Z возрастает с увеличением приведенной длины а„ частицы и с увеличением напряженности поля Е„.

С увеличением начальной скорости движения ленты в исследуемых пределах V02 = 0,1 - 0,5 наблюдается незначительное уменьшение угла наклона траектории к оси Z, что способствует повышению эффективности разделения частиц. Представляет интерес зависимость угла наклона траектории движения частиц а в функции Е„ при различных значениях массы ш и толщины семени (с) для правильного выбора параметров межэлектродного пространства ЛЭТ.

Рис. 16. Траектория движения X = ЦТ) при У02 = 0,1 м/с заряженной частицы разной длины ап (м) при массе частиц т =40 10"6 кг в межэлектродном пространстве ЛЭТ при разных значениях напряженности поля Ев (В/м): 1 - 0,1 106 (а„ = 8-Ю'3 м); 2 - 0,2- Ю6 (а„ = 12-103 м); 3 - 0,3 • 106 (т = 10"6 кг; а„ = 12-10'3 м).

На рисунке 17 представлена зависимость угла наклона траектории движения от напряженности электростатического поля а = ДЕв).

80 70 60 в 50 | 40 * 30 20 10 0

—•—В1-10, С-1,7 Ю=20, С-1,3 -■•- ш-10; С ■ 1,5 * т = 15;С"|.3

-е- т -10. С -1- ж -и = 10; С-1,1 —т = 5; С-1,3

Рис. 17. Зависимость угла наклона траектории движения от напряженности

электростатического поля при различных массе (ш, кг) 10"6 и толщине частиц (с, м)-10°

2 4 6 8

Напряженность поля, В/м105

С увеличением толщины (с) и массы семени ш угол а наклона к ординате Ъ уменьшается.

В девятом разделе главы «К расчету униполярного положительного коронного разряда, возникающего при ориентации зерновых частиц на поверхности зернового слоя в межэлектродном промежутке электрического стимулятора семян» рассмотрена сориентированная зерновая частица на толстом зерновом слое. При определенных условиях, зависящих от диэлектрических свойств окружающей среды, вершина этой частицы начнет коронировать, образуя тем самым поток ионов, проходящий через зерновой слой (рис. 18).

Рис. 18. Образование потока ионов в межэлектродном пространстве.

То есть мы имеем униполярный положительный коронный разряд. В результате коронного разряда образуются положительные и отрицательные ионы. Положительные ионы двигаются к верхнему электроду системы, имеющему отрицательный потенциал, а отрицательные - по проводящей поверхности зерновых частиц через зерновой слой - к транспортерной ленте, лежащей на заземленном электроде. Ряд сориентированных на зерновом слое частиц может быть представлен системой игольчатых электродов на плоскости.

Одной из важнейших характеристик коронного разряда является вольтам-перная характеристика. Теоретическое решение задачи о вольтамперной характеристике связано с расчетом напряженности поля и плотности объемного заряда в межэлектродном промежутке. Получение аналитической зависимости представляет значительную сложность и не всегда возможно, на что указывают многие исследователи. При исследовании поля коронного разряда большинство зависимостей имеет эмпирический характер и поэтому зависимость для расчета вольтамперной характеристики положительного коронного разряда также определили из анализа расчетных и экспериментальных данных. Подход к решению данного вопроса аналогичен электродной зарядке волокон в электростатическом поле, исследованием которой занимались академик В.И. Попков и А.Т. Наги-Заде.

Расчет начального напряжения коронного разряда системы игла-плоскость по формуле Леба ио = 0,5Е0г31п(4Ь/г3), где И - расстояние между электродами; г3 - радиус закругления иглы; Ео - начальная напряженность коронного разряда, выявил расхождения с экспериментальными значениями.

Расчет проводился для пяти игл с разными радиусами закругления (от 0,3 до 0,426 мм) На рис. 19 показаны результаты определения начального напряжения положительной короны опытным (игла № 4) и расчетным путями.

Рис. 19. Начальное напряжение положительного коронного разряда: 1 - по формуле Леба; 2 - по формуле И.П Верещагина; 3 - опыт. Погрешность его определения связана с механизмом развития положительного коронного разряда для системы электродов игла-плоскость. Положительный объемный заряд, остающийся после лавины, ослабляет поле у электрода и препятствует возникновению новых лавин. Они возникают после того, как произойдет рассасывание положительного объемного заряда. Для учета вышеуказанных погрешностей вычисления начального напряжения по ло жите; I ь но го коронного разряда был получен из опытных данных методом наименьших квадратов поправочный коэффициент, который зависит от радиуса корони-рующего электрода и межэлектродного расстояния и определяется выражением при при Ь< 15 мм и г,<0,5 мм:

г= 0,46+ 0,1711' Ю,49г3', где Ь' = 11/(1510 3 м); г/ = г, /(0,5-10"3 м).

Тогда начальное напряжение положительного коронного разряда

и0 =0,52Е0г31п(411/Гз). Для определения зависимости I = Г(и) положительной короны воспользуемся выражением И.П. Верещагина, по структуре соответствующим уравнению В.И. Попкова. Здесь коэффициент к, отражает параметры, связанные с конструктивными особенностями системы электродов, с током и напряжением отрицательной короны I =ке0(к,(.))/11)и(и - и0), где к, = {1,5[1 + 0,042(1/Ь)]}/(1 -1,5 102гз)2.

11ринимая во внимание сохранение вида коэффициента к, и стремление к большему приближению с экспериментальными значениями, получено выражение вольтамперной характеристики положительной униполярной короны системы электродов игла-плоскость

1Нсео(кк+))/Ь)и(и-и0), где к,(+) - [0,129(1 + 0,888/Ь>]/(1 +16,5г3)2.

Расчет вольтамперной характеристики для отрицательной и положительной короны показал хорошую сходимость последней с опытными данными (рис. 20). Апробация проведена на разновытянутых эллипсоидальных частицах - семенах ячменя.

Рис 20. Вольтамперные характеристики коронного разряда для системы игла-плоскость (игла № 4)- 1 - расчет для отрицательной короны; 2 - расчет для положительной короны; • • • - эксперимент.

В главе 4 «Методики определения свойств семян и электростатического поля. Устройства для экспериментальных исследований» рассмотрены методики определения физических свойств семян (размеры и масса, положение центра тяжести, наличие влаги на поверхности сухих семян овощных и зерновых культур, контактный заряд, относительная диэлектрическая проницаемость, напряженность ориентировки на металлическом электроде, напряженность ориентировки семян овощных культур на г-образной металлической полочки и снятия семян с нее, определение поверхностной плотности контактного заряда на модели семени и определение его центра.

Для проверки распределения заряда по разновытянутой эллипсоидальной частице была вырезана ее модель из твердого пенопласта длиной 105 мм, шириной 30 мм, отшлифована и покрыта слоем проводящего графита. Модель разновытянутой частицы закреплялась при помощи диэлектрических стоек на диэлектрической пластине. Зарядка продолжалась в течение 15-60 сек. Величина заряда на поверхности модели частицы замерялась в определенных точках экранированным высоковольтным электродом и подавалась на лепестковый электроскоп в момент прикосновения и по истечении 15, 30, 45, 60 сек. Лепестковый электроскоп был специально отградуирован.

При исследовании распределения заряда муляж частицы закрепляли на пластине из органического стекла. Для исследования были взяты модели семян зерновых культур (крупная и мелкая частицы) и овощных культур (крупная и мелкая частицы). Муляж овощных культур имел ребро по торцу частицы (соответствие семени огурца, кабачка, тыквы). Далее с помощью аппарата АКИ-50 кратковременно в течение пяти секунд подавали на частицу заряд, для чего высоковольтный провод через изоляционную ручку подносился к частице. После этого с помощью электроскопа измеряли величину заряда в исследуемой точке на поверхности частицы (в единицах величины отклонения стрелки электроскопа).

Замеры заряда осуществлялись следующим образом: к частице в определенных точках (рис. 21) подносили соединенный с шаром электроскопа заостренный электрод и по отклонению лепестков по шкале электроскопа определяли заряд. По его величине строилась эпюра. В крайних точках величина заряда откладывалась по горизонтальной оси (точки 1; 8), а в точках 2...7 - откладывалась по вертикальной оси.

Для измерения радиусов закругления концов семян использовался проекционный аппарат «Лектор». С помощью компьютера изготавливалась заготовка листа бумаги с полуокружностями различных радиусов, начиная с 4 мм до 16 мм с шагом 0,1мм. В полуокружности подписывалось значение радиуса.

Подбиралось расстояние такое, чтобы изображение семени было приемлемо для измерения. Для определения коэффициента соответствия измерялась реальная длина семени и длина проецируемого изображения. К изображению на стене подносился лист с окружностями так, чтобы изображение проецировалось на него, и методом подбора полуокружностей с различными радиусами находился необходимый радиус, который оптимально совпадал с радиусом закругления семени. После этого найденное значение радиуса закругления частицы делилось на коэффициент соответствия, и получался радиус закругления реальной частицы.

В главе рассмотрено распределение полей в зоне отверстия решета и системы: потенциальный электрод - заземленный металлический электрод (г-образный электрод), моделирование на электропроводной бумаге, моделирование в диэлектрической среде с использованием тонких волокон (электростатическое поле между решетом и электродами, электростатическое поле между заземленными полочками ЛЭТ и потенциальным электродом); моделирование с помощью математического пакета Maple для системы: электрод-решето, определение объема семян, определение вольтамперных характеристик межэлектродного промежутка при исследовании слоя семян на электроде в электростатическом поле и семян на полочке ленточного электростатического триера (положительный коронный разряд электродной системы: игла-плоскость, межэлектродного пространства, частично заполненного зерновой массой, межэлектродного пространства ленточного электростатического триера).

Кроме этого в главе рассмотрены устройства: для сортирования семян зерновых культур в электростатическом поле (на продольно колеблющейся в горизонтальной плоскости траковой ленте-решете, на горизонтально колеблющемся наклонном решете-электроде); для повышения просеваемости семян через круглые отверстия горизонтально колеблющегося наклонного решета-электрода в электростатическом поле (создание неоднородного электростатического поля в межэлектродном пространстве, создание высокой напряженности однородного электростатического поля, создание дополнительных колебаний решета-электрода); для сортирования семян овощных культур в электростатическом поле (при создании неоднородного поля на наклонной неподвижной плоскости-электроде, на ленточном электростатическом триере); для предпосевной стимуляции семян на бесконечной плоскости в электрическом поле.

В главе 5 «Результаты экспериментальных исследований» представлены опытные данные, определенные согласно методикам, приведенным в главе 4

Характер распределения влаги на участках поверхности сухих семян (влажность до 12%) показана на примере овса и огурца (рис. 22).

Рис 22 Увеличенное изображение семени овса (слева) и огурца (справа)' а) верхний край частицы, б) средняя часть частицы, в) нижний край частицы

Из рисунка видно, что наиболее мелкие вкрапления влаги площадью 1,9мкм2 и 3,9мкм2 расположены в бороздке, проходящей вдоль всей зерновки. Наиболее крупные увлажнения составляют 9мкм2 и находятся на основной поверхности. На семени огурца наиболее выражены вытянутые вдоль волокон вкрапления влаги размером 22мкм2 и 34мкм , расположенные с большей степенью упорядоченности, чем у овса. На краю же увлажнения имеют размеры 1,9мкм2 и 3,9мкм2.

По результатам замеров распределение заряда по поверхности модели частицы в зависимости от времени ее разряда представлено на рис. 23.

Рис 23 Распределение заряда по поверхности модели разновытянутой эллипсоидальной частицы в зависимости от времени разряда частицы Время заряда частицы 60 с А - центр тяжести заряда при тразр = 0 с, В - центр тяжести заряда при тразр = 60 с, 1,2,3,4,5 - соответственно тра1р = 0, 15,30,45, 60 с Из рисунка видно, что при разрядке частицы центр заряда смещается по большей ее оси. Центр тяжести заряда, определенный по данному методу соответствует центру тяжести заряда, определенному аналитически. Распределение заряда по поверхности муляжа зерновых частиц показано на рис. 24.

а) б)

Рис 24 Распределение заряда по поверхности муляжа крупной зерновой частицы с размерами (мм) в = 22,5, а = 50 и мелкой зерновой частицы с размерами в = 17,5, а = 50 Точки В и А - центры заряда частиц

Заряд по поверхности частицы распределяется неравномерно, наибольшая его величина у малых частиц (а = 50 мм, Ь = 17,5 мм) располагается на торцах частицы, причем, где меньше радиус закругления, там выше величина заряда. На большой частице (а = 50 мм, Ь = 22,5 мм) у торца с наименьшим радиусом заряд имеет большую величину, чем у малой частицы.

Распределение заряда по поверхности муляжа овощной частицы показано на рисунке 25.

Рис.25 Распределение заряда по поверхности (а) и по кромке (б) муляжа с размерами (мм) а=50, в=19,75, с=6. Точка А - центр заряда частицы.

В главе представлено изменение контактного заряда по зерновым и овощным культурам На рисунках 26 - 27 показаны зависимости изменения заряда от напряженности поля и массы частиц на примере семян овса и огурца.

Из рисунков 26 - 27 видно, что чем больше масса частицы, тем выше величина контактного заряда на ее поверхности.

В главе представлены эквипотенциальные кривые при разном расположении электродов над и под решетом с отверстием диаметром 5 мм. С меньшим диаметром отверстий решета (4 мм) исследования (рис. 28) проведены с разной полярностью на электродах (без частицы, с частицей внутри отверстия, с муляжом внутри отверстия). Муляж изготовлен из электропроводной бумаги.

Рис 28 Картина электростатического поля трехэлектродной системы с металлическими электродами- а) без частицы, б) с частицей внутри отверстия, в) с муляжом частицы внутри отверстия Из рисунка видно, что ближе к решету густота силовых линий возрастает; у края с меньшим расстоянием до решета - линии сплющены, а у края с большим расстоянием до решета - вытянуты. Видно, что картина поля как при зерновой частице, так и при ее муляже из электропроводящей бумаги одинакова. Величина потенциалов тоже одинакова. Третий электрод обуславливает появление дополнительной втягивающей силы (из-за большей напряженности поля под электродом), которая повышает эффективность работы решета.

С г-образных электродов ЛЭТ коронирования при межэлектродном расстоянии 1,5 см не происходит, так как поле однородно. Это видно из рисунка 29. Следовательно, при данном расстоянии между электродами частица будет ориентироваться и сдергиваться наиболее эффективно.

а) б)

Рис 29 Картина электростатического поля двухэлектродной системы с металлическим

г-образным электродом- а) без частицы, б) с частицей на краю электрода В главе представлены картины силовых линий однородного и неоднородного электростатического поля, кривые распределения объема семян зерновых и овощных культур и радиусов закругления семян для более и менее вытянутых частиц, вольтамперные характеристики межэлектродного промежутка при исследовании слоя семян на электроде в электростатическом поле и семян на полочке ленточного электростатического триера. Рассмотрены изменения массы схода 1000 семян овса и производительности от частоты и амплитуды колебаний стана при неоднородном электростатическом поле в межэлектродном про-

34

межутке, при однородном электростатическом поле высокой напряженности, при дополнительных колебаниях решета-электрода. Рассмотрено сортирование семян овощных культур в электростатическом поле (при неоднородном поле на наклонной неподвижной плоскости-электроде, при однородном поле - на ленточном электростатическом триере) и предпосевная стимуляция слоя семян в электрическом поле на бесконечной плоскости. Всхожесть семян после обработки выше контроля (у пшеницы и ржи на 14%, у овса на 18%). Предпосевная стимуляция слоя семян толщиной 3 см, как и в ранее проведенных исследованиях, должна проводиться за 10-12 дней перед посевом.

В главе 6 «Разработанные установки для сепарации и стимуляции семян в электрическом поле» рассмотрены электростатические сепараторы (рис. 30 - 31). На рис. 32 показан ленточный электрический многослойный стимулятор для предпосевной обработки семян зерновых культур. На устройства и способы по этим сепараторам и стимулятору получены патенты.

В результате проведения сравнительных испытаний на экспериментальном образце сепаратора электростатического решетного комбинированного (СЭРК) со сменными блоками - ЭССБР (электростатический сепаратор семян с блоком решет) и ЭССБТЛ (электростатический сепаратор семян с блоком траковой ленты) при напряжении 15кВ и 20кВ (соответственно), а также на воздушно-решетной машине (СМ-0,15) и на диэлектрическом сепараторе СД-1, получен ряд экспериментальных данных. По ним определили посевные показатели качества исходных семян и фракций, полученных при проведении испытаний согласно стандартным методикам.

а) б)

Рис. 30 Сепаратор электростатический решетный комбинированный (СЭРК) со сменными блоками- а) с блоком наклонных решет (ЭССБР), б) с блоком траковой ленты (ЭССБТЛ).

а) б)

Рис 31 Сепараторы электростатические- а) плоскостной (СЭП) для сепарации и стимуляции семян огурца; б) ленточный электростатический триер (ЛЭТ) для сепарации и стимуляции семян огурца, тыквы, кабачка.

Рис 32 Ленточный электрический многослойный стимулятор семян (ЛЭМС).

Основываясь на этих данных можно сказать, что более качественная сортировка у ЭССБТЛ. Энергия роста при обработке семян на машинах ЭССБР и ЭССБТЛ увеличилась в среднем на 20%, а всхожесть - на 10%. Аналогичная ситуация происходит с семенами во фракциях отход в среднем на 12% и 7% соответственно. Значения силы роста для фракции отход у электростатических сепараторов больше на 10% контрольного значения силы роста исходных семян овса. В результате испытаний были выбраны оптимальные напряжения по сепарации семян овса и очистке его от семян овсюга (для ЭССБР-15кВ, а ЭССБТЛ - 20кВ). Полная очистка овса от овсюга, при исходной засоренности 5 шт/кг, происходит при двукратном пропуске и пятикратной повторности.

В главе 7 «Технико-экономические показатели сортирования и стимуляции семян в электрическом поле для разработанных установок» показаны расчеты по экономическому обоснованию разработанных установок.

В первом разделе главы «Сепарация и стимуляция семян овса на сепараторе электростатическом решетном комбинированном (СЭРК)» рассмотрены экономические расчеты для сменных блоков СЭРК-ЭССБР и ЭССБГЛ (блок с наклонными решетами и блок с траковой лентой). В таблице 1 приводится экономическая эффективность сепаратора СЭРК со сменными блоками с применением для хозяйства с площадью посева овса 250 га.

Таблица 1

Экономическая эффективность применения сепаратора СЭРК со сменными

блоками

Показатели Расчет

ЭССБР ЭССБТЛ

Капитальные вложения, руб. 36060 41942

Эксплуатационные издержки, руб. 14240 15985

Стоимость дополнительно полученной продукции, руб. 70810 70810

Приведенные затраты, руб. 19649 22276

Годовая экономия, руб. 56570 54825

Годовой экономический эффект, руб 51161 48534

Срок окупаемости, год 0,6 0,8

Производительность, т/ч: общая/ чистых семян 0,06/0,04 0,08/0,05

Во втором разделе главы «Сепарация и стимуляция семян огурца на сепараторе электростатическом плоскостном» представлены соответствующие экономические расчеты на примере ГСП «Высоковский». На ежегодную высадку хозяйству требуется 14 кг семян огурца. Расчеты выполнены для производительности сепаратора 0,5 кг/ч. Данные представлены в таблице 2.

Таблица 2

Экономическая эффективность СЭП при сепарации семян огурца

Показатели Расчет

Капитальные вложения, руб. 20444

Эксплуатационные издержки, руб. 6381

Стоимость экономии на покупке семян 24000

Приведенные затраты, руб. 9447

Годовая экономия, руб. 17619

Годовой экономический эффект, руб. 14553

Срок окупаемости, год 1,2

В третьем разделе главы «Показатели сепарации и стимуляции семян огурца на ленточном электростатическом триере (ЛЭТ)» представлены расчеты на примере семян огурца. Расчеты выполнены для производительности сепаратора 2 кг/ч.

Таблица 3

Экономические показатели ЛЭТ на сепарации семян огурца_

Показатели Расчет

Дополнительные капитальные вложения, руб. 29708

Эксплуатационные издержки, руб. 8949

Дополнительный доход, руб. 24000

Годовая экономия, руб. 15051

Годовой экономический эффект, руб. 10595

Срок окупаемости, год 2

В четвертом разделе главы «Стимуляция семян зерновых культур на ленточном электрическом многослойном стимуляторе ЛЭМС» представлены расчеты на примере семян овса. Расчеты выполнены для производительности стимулятора 30 т/ч. Показатели экономической эффективности представлены в таблице 4.

Таблица 4

Экономические показатели ЛЭМС на стимуляции семян овса

Показатели Расчет

Капитальные вложения, руб. 39151

Эксплуатационные издержки, руб. 11443

Стоимость дополнительно полученной продукции, руб. 70810

Приведенные затраты, руб. 17316

Годовая экономия, руб. 59367

Годовой экономический эффект, руб. 53494

Срок окупаемости, год 0,65

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 .Разработаны технологии, включая электростатические сепараторы и электрический стимулятор семян, их режимы, которые обеспечивают получение высококачественных семян зерновых и овощных культур при их сепарации и стимуляции в электрическом поле.

2. Математически доказано, что вытянутую семенную частицу, представляемую ранее в технической литературе как эллипсоид вращения или трехосный эллипсоид для большей точности описания ее формы необходимо представлять как разновытянутый эллипсоид вращения. По отношению к нему трехосный эллипсоид дает ошибку 10%, а эллипсоид вращения-15%.

3 Предложены физические модели: процесса контактной зарядки разновытянутого диэлектрического с проводящей поверхностью эллипсоида вращения на электродах разной полярности в электростатическом поле высокой напряженности и появления в нем положительного коронного разряда, возникающего на остриях, сориентированных на слое, отдельных

разновытянутых эллипсоидальных частиц. Предложенные физические модели помогают понять физический смысл процесса контактной зарядки семян в электростатических сепараторах и возникновения положительного коронного разряда в межэлектродном промежутке электрического многослойного стимулятора семян.

4. Рассмотрены теоретические зависимости распределения контактного заряда по поверхности разновытянутого эллипсоида вращения, нахождения центра заряда, действующих сил и условий движения и ориентировки эллипсоида в однородном и неоднородном электростатическом поле на различных подвижных и неподвижных технологических поверхностях. Полученные уравнения позволяют объяснить процессы поведения семенных частиц в технологическом промежутке электростатических сепараторов.

5. Рассмотрены теоретические зависимости положительного коронного разряда, возникающего на остриях, сориентированных на слое, отдельных разновытянутых эллипсоидальных частиц в электрическом поле. Полученные уравнения позволяют объяснить процесс, проходящий в технологическом промежутке электрического многослойного стимулятора семян.

6. Разработаны методы, позволяющие осуществить комплексные исследования свойств семян и электрических полей, создаваемых заряженными электродами электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян, исследовать силовое воздействие электрических полей на семена. Полученные результаты подтверждают основные теоретические положения.

7. Получено в результате сравнительных испытаний сепаратора электростатического решетного комбинированного (СЭРК) с известными отечественными сепараторами: за два пропуска при пятикратной повторности полная очистка семян овса сорта «Скакун» от семян овсюга при исходной засоренности овсюгом 5 шт/кг, увеличение энергии прорастания семян овса посевной фракции на 20%, а всхожести на 10% относительно контроля, после двухнедельной отлежки во фракции отход увеличение энергии прорастания на 12% и всхожести на 7 %.

8. Расчетный экономический эффект от внедрения разработанных сепараторов и стимулятора семян составит для: блока решет сепаратора СЭРК-205 руб./га, блока с траковой лентой сепаратора СЭРК-194 руб./га (на семенах овса); сепаратора электростатического плоскостного СЭП- 1040 руб./кг, ленточного электростатического триера ЛЭТ- 757 руб./кг (на семенах огурца); ленточного электрического многослойного стимулятора ЛЭМС- 1019 руб./т ( на семенах овса).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ АВТОРА

1. Исследование процесса выделения овсюга из семян овса в электростатическом поле на продольно колеблющемся горизонтальном решете с круглыми отверстиями. Дис. канд. техн. наук. - J1.: Пушкин, 1979. - 237 с.

2. Высоковольтный преобразователь напряжения для питания установок электронно-ионной технологии. // Тр. Ставропольского СХИ, вып.43, т.8, 1980.-С.27-31.

3. Очистка семян овса от овсюга на электростатическом решетном очистителе. // Тр. Ставропольского СХИ, вып.43, т.8, 1980.-С.21-27.

4. Электрозерноочистительная машина. Авт. свид. № 854447, Бюл. № 30, 1981.

5. Электрозерноочистительная машина. Авт. свид. №874198, Бюл. №39, 1981.

6 Определение времени ориентировки эллипсоидальных частиц на горизонтальной плоскости в электростатическом поле. // Тр. Ставропольского СХИ, вып.44, т.5, 1981.-С. 17-22.

7. Малогабаритный высоковольтный источник для питания установок электронно-ионной технологии в сельскохозяйственном производстве. // Тр. Ставропольского СХИ, вып.44, т.5, 1981.-С.22-27. ( соавтор Хахулин В.П.).

8. Электрозерноочистительная машина. Авт. свид. №1058620, Бюл. №45, 1983.

9. Оптимизация режима работы установки для разделения семян овса и овсюга. // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. 1983. - № 12. С. 40 - 42.

10.Поведение семян зерновых в электростатическом поле. // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. 1984. - № 12. С. 49 - 50.

11. Выделение семян огурца с повышенным содержанием женских соцветий в электростатическом поле на решете с круглыми отверстиями. Тез. докл. Всесоюзной научн. конф. «Применение низкоэнергетических физических факторов в биологии и сельском хозяйстве». - Киров, 1989. - С. 48 - 49.

12. К распределению электрического заряда на поверхности разновытянутых эллипсоидальных частиц. В книге "Электрификация технологических процессов животноводства и растениеводства Нечерноземья и их энергообеспеченность. - Горький, 1990. - С. 121 - 126.

И.Тиристорный коммутатор для высоковольтного источника питания электростатического решетного очистителя. //Информ. листок ЦНТИ №270-92, Кострома.^ с. (соавтор Захаров A.A.).

14.Поведение заряженных эллипсоидальных частиц в электростатическом поле. // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. - 1996. - № 5. С. 12-13.

15.Движение семян по решету в электростатическом поле. // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. - 1997. - № 8. С. 12 -13.

16. Классификация семян эллипсоидальной формы и их засорители по разным культурам для процессов электросепарации двухкомпонентной смеси в электростатическом поле. // Сб. материалов Всероссийского научно-технического семинара под научной редакцией академика Бородина И.Ф. «Высокоэффективные электротехнологии и биоинформационные системы управления АПК». - М., 1997. - С. 37 - 38.

17. Характер поведения семян в электростатическом поле. // Техника в сельском хозяйстве. 1997. -№6.-С. 32-33.

18.Электричество на очистке и сепарации семян. // Сельский механизатор, №10, 1997.- С.20-22 (соавтор Бородин И.Ф.).

19.Диэлектрическая проницаемость как важная характеристика семян в процессах электрообработки. // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». Т. 2. - Кострома, 1998. - С. 123 - 125 (соавторы Ниязов A.M., Митрофанов Д.И.).

20.Зерновой слой в электростатическом поле. // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. - 1998. - № 6. - С. 13 - 14 (соавтор Ниязов A.M.).

21.К вопросу о замене трехосного эллипсоида приведенным эллипсоидом вращения при определении площади их поверхности. // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». Т. 2. - Кострома, 1998. - С. 121 - 123.

22.К определению модели возникновения ионизации воздушного промежутка при ориентации семян в сильном электростатическом поле. Тр. научн.-практ. конференции ИГСХА. - Ижевск: ИжГТУ, 1998. - Ч. 3. - С. 50 - 52.

23.Определение плотности семян по экспериментально определенным массе и объему. // Тр. научн.-практ. конференции ИГСХА. - Ижевск: ИжГТУ,- 1998. -Ч. 3. - С. 52 - 53 (соавторы Ниязов A.M., Митрофанов Д.И., Селиверстов

Д.в.).

24.Определение центра контактного заряда разновытянутого эллипсоида вращения. // Вестн. РАСХН. - 1998. - № 4. - С. 65- 67.

25.Способ обеззараживания толстого слоя семян в электростатическом поле. // Вестн. РАСХН. - 1998. - № 3. - С. 73 - 74 (соавторы Незнамская И.И., Ниязов A.M.).

26.Анализ действующих сил на зерновую частицу с разновытянутыми концами. // Вестн. РАСХН. - 1999. - № 5. - С. 25-27 (соавтор Бородин И.Ф.).

27.Временные рекомендации. Транспортерный электростатический биостимулятор семян, ТЭБС. Руководство по эксплуатации и паспорт. - Ижевск. - 1999.

- 24 с. (соавторы Ниязов A.M., Шмигель В.Н.).

28.Предпосевная обработка семян зерновых культур в электрическом поле. // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». Т. 2. - Кострома, 1999. С. 167- 169 (соавтор Бабин A.B.).

29.Предпосевная обработка толстого слоя семян зерновых культур в электростатическом поле. // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». Т. 2.

- Кострома, 1999. С. 164- 165 (соавторы Ниязов A.M., Козырев Д.Н.).

30.Предпосевная обработка семян ячменя в электростатическом поле. // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». Т. 2. - Кострома, 1999. С. 148

- 149 (соавторы Владыкина Р.И., Ниязов A.M.).

31. Прибор для определения начального угла наклона семян эллипсоидальной формы. // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». Т. 2. - Кострома, 1999. - С. 166 - 167 (соавтор Лебедев Г.Н.).

32 Разделение семян огурца в электростатическом поле на ленточном триере // Вестн РАСХН 1999 - № 3 - С 66-68 (соавторы Стерхова Т Н , Мещанинов А Н)

33 Сортировка и предпосевная обработка семян томатов и огурца в неоднородном электростатическом поле // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» Т 2 - Кострома, 1999 - С 165 - 166 (соавторы Ситников А В., Шаповалов Ф Ю., Смирнов В А )

34 Технико-экономическое обоснование разработки и серийного производства на промышленных предприятиях Костромской области машин для предпосевной обработки семян и высоковольтных источников к ним - Кострома, 1999 15 с (соавторы Рой Г Б , Павлушина Т И )

35 Условие ориентировки заряженного разновытянутого эллипсоида со смещенным центром тяжести в электростатическом поле // Вестн РАСХН -1999 - № 6 - С. 28-30 (соавтор Бородин И Ф )

36 Экономическая оценка сортировки и предпосевной обработки семян в электрическом поле. Метод пособ для студ дипл - Кострома, 1999. - 16 с (соавторы Рой Г Б, Павлушина Т И , Василькова Т М )

37 Высокопроизводительная предпосевная обработка семян зерновых культур потоком ионов в электростатическом поле Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию МГАУ. - М 2000 -Ч 3 -С 3-5

38 К расчету униполярного положительного коронного разряда // Докл. РАСХН - 2000 - № 1 - С 45 - 48 (соавторы Бородин И Ф, Ниязов А М , Абашев Д.Р)

39 Ленточный электростатический триер для сепарации семян огурца // Картофель и овощи - 2000 - № 5 - С 26 (соавторы Стерхова Т.Н., Максимова Г М, Воробьев Д В., Рыбаков В.Ф ).

40.Некоторые результаты обработки семян в электростатическом поле потоком ионов // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». Т 1 - Кострома, 2000 - С 63 -64 (соавторы Чернова Л И , Ниязов AM)

41 Расчет пондеромоторной силы для разновытянутых эллипсоидов вращения в неоднородном электростатическом поле II Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» Т 2 - Кострома, 2000 -С 171-173 (соавтор Кузьмин П В )

42 Новый способ подготовки семян перед посевом. // Тр 2-й Международной научн-техн конференции Ч 1 -М 2000.-С 323 - 325 (соавтор Ниязов А М )

43.Обработка семян в электростатическом поле потоком ионов // Защита и карантин растений 2000 - № 8 - С 18 (соавторы Поварницын В Г., Чувашова В В., Строт Т.А., Ниязов А.М)

44 Перспективы применения электронно-ионной технологии в зерновых хозяйствах // Сб науч тр УГНИИСХ 2000. - Вып 1, 2000 - С. 340 - 356 (соавторы Стрелков С М , Ниязов А.М )

45.Разделение семян огурца по толщине на ленточном электростатическом триере // Вестн РАСХН - 2000 - № 3 - С 69-71 (соавторы Бородин И Ф., Стерхова Т Н)

46.Расчет пондеромоторной силы для разновытянутых эллипсоидных частиц. // Докл. РАСХН. 2000. - №5. - С. 45 - 47 (соавтор Понаморева С.Я.).

47.Расчет пондеромоторной силы для разновытянутых эллипсоидов вращения в неоднородном электростатическом поле. // Материалы межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». Т. 2. - Кострома, 2000. С. 171 - 173 (соавтор Кузьмин П.В.).

48.Сортирование семян огурца по их толщине на ленточном электростатическом триере. // Вестн. РАСХН. - 2000. - №3. - С. 69 - 71 (соавторы Бородин И.Ф., Стерхова Т.Н.).

49.Траектория движения сплюснутых разновытянутых эллипсоидальных частиц в электростатическом триере. // Вестн. РАСХН. - 2000. - № 6. - С. 74-75 (соавторы Бородин И.Ф., Юберев H.H.).

50.Электросепарация и предпосевная обработка семян льна. // Материалы научно-практической конференции. - Кострома, 2000. С. 9 - 11.

51 .Исследование электрических полей электростатического решетного сепаратора. // Вестн. РАСХН. - 2001. - № 6. - С. 72-73.

52.Контактная зарядка эллипсоидальных частиц в электростатическом поле. // Вестн. РАСХН. - 2001. - № 3. - С. 76 - 78 (соавтор Бородин И.Ф.).

53.Распределение потенциалов в диэлектрической подложке потенциального электрода и в межэлектродном пространстве электростатического сепаратора. Материалы межвузовской научно-практической конференции. - Кострома,

2001. Т. 2.-С. 172-174.

54.Устройство для сепарации семян в электростатическом поле высокой напряженности. Патент на изобретение № 2165307 Б.И. № 11,2001.

55.Машина для предпосевной обработки семян в электрическом поле. Патент на изобретение № 2181234. Б.И. № 11,2002 (соавтор Ниязов A.M.).

56.Поведение зерновой частицы в отверстии решета в электростатическом поле // Аграрная наука. - 2002. - № 1. - С. 28 - 29.

57.Расчет поля электростатического решетного сепаратора // Аграрная наука. -

2002.-№3.-С. 24-25.

58.Способ предпосевной обработки семян в электрическом поле. Патент на изобретение № 2182411. Б.И. № 14,2002 (соавтор Ниязов A.M.).

59.Сортирование заряженных сплюснутых разновытянутых эллипсоидальных частиц в неоднородном электростатическом поле. // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. - 2002. - № 4. - С. 15-17.

60.Угол наклона траектории частиц в ленточном электростатическом триере. // Докл. РАСХН. - 2002. - №1. - С. 50 - 51 (соавторы Бородин И.Ф., Юберев H.H., Стерхова Т.Н., Пряженников Д.В.).

61.Устройство для разделения легких сыпучих смесей. Патент на изобретение № 2182412. Б.И. № 14, 2002 (соавторы Шаповалов Ф.Ю., Смирнов В.А.).

62.Электрозерноочистительная машина. Патент на изобретение № 2181310 Бюл. №11,2002.

63.К определению математической модели, описывающей форму вытянутой частицы.// Аграрная наука. - 2003. - № 10. - С. 20-21.

64.Контактная зарядка сплюснутых эллипсоидальных частиц в электростатическом поле. // Вестн. РАСХН. - 2003. - № 4. - С. 82-83 (соавторы Стерхова Т.Н., Лачин A.B., Шенец A.A.).

65 Определение влаги на поверхности сухих семян // Аграрная наука - 2003 -№12 -С 24-25

66 Определение технологических параметров ленточного электростатического триера // Науч тр ВИМ -Т 148 - М 2003 - С 179-183 (соавтор Стерхова Т Н )

67 Разделение семян огурца на электростатическом триере //Картофель и овощи -2003 -№1 -С 9 (соавторы Стерхова Т Н , Григорьев А В . Кондратьев Н Ф , Кожевникова Г П )

68 Сепарация и стимуляция семян п электрическом поле - Кострома изд КГСХА 2003 - 234с (монография)

69 Способ разделения зерновой смеси Патент № 2214309, 2003 Бюл № 29

70 Способ разделения легких семенных смесей Патент № 2214310, 2003 Бюл № 29 (соавторы Бородин И Ф , Смирнов В А )

71 Триер Патент № 2217893 Бюл №34. 2003 (соавторы Бородин И Ф , Стерхова Т Н )

72 Энергосберегающая технология в производстве овощей закрытого грунта // Тр 3-й Международной научн -технич конференции - М -2003 - 42 - С 186-190 (соавторы Ниязов А М , Стерхова Т Н )

73 Исследование электростатического поля с зерновой частицей и с муляжом // Вестн РАСХН - 2004 - № 2 - С 78-79 (соавтор Соколов Ю Е )

74 Способ разделения зерновой смеси Патент №2223826 Бюл №5, 2004 (соавтор Бородин И Ф)

75 К вопросу сортирования семян огурца на ленточном электростатическом триере //Труды 4-й международной научно-технической конференции 4 2-М ГНУВИЭСХ -2004 -С 111-114 (соавтор Стерхова Т Н )

Областная типография им М Горького Россия, 156961, Кострома, п Щербины, 2

Заказ № 3399 Тираж 130

46

t?5т os:^/

РНБ Русский фонд

2006-4 1106

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ И СРЕДСТВ

ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ СЕМЯН.

1.1 .Электросепарация и стимуляция семян как один из путей повышения их качества. 1 ^.Характеристика основных физических свойств семян и их засорителей.

1.3 .Классификация сепараторов и устройств стимуляции семян.

1.4.Распределение контактного заряда на семенной частице и нахождение его центра.

1.5.Силовое воздействие электростатического поля на семена.

1.6.Наложение электростатического поля на решето с круглыми отверстиями для повышения их разделяющей способности.

1.7.Состояние проблемы, теоретическая и производственная задачи исследования.

ГЛАВА 2. ПОВЕДЕНИЕ ЗАРЯЖЕННОЙ РАЗНОВЫТЯНУТОЙ ЭЛЛИПСОИДАЛЬНОЙ ЧАСТИЦЫ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ЭЛЕКТРОДЕ.

2.1 .Классификация семян эллипсоидальной формы.

2.2,Определение математической модели, описывающей форму вытянутой частицы.

2.3 .Контактная зарядка эллипсоидальных частиц в электростатическом поле.

2.4.Распре деление контактного электрического заряда по поверхности разновытянутого эллипсоида вращения. Определение центра контактного заряда.

2.5. Действующие силы и условия движения разновытянутого за-^ ряженного эллипсоида вращения на горизонтально колеблющейся наклонной плоскости.

2.6.Условие ориентировки диэлектрического заряженного разновытянутого эллипсоида вращения со смещенным центром тяжести в электростатическом поле на горизонтально колеблющемся наклонном электроде.

2.7.Характер поведения семян в электростатическом поле на плоскости.

2.8.Вывод ы.

ГЛАВА 3 .ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СЕ-^ ПАРАЦИИ И СТИМУЛЯЦИИ СЕМЯН РАЗНОВЫТЯНУТОЙ ЭЛЛИПСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

3.1.Распределение напряженности поля в диэлектрической подложке потенциального электрода и межэлектродном пространстве электростатического сепаратора.

3.2.Расчет поля, образованного заряженным решетом- электродом, электростатического решетного сепаратора.

3.3.Поведение зерновой частицы в отверстии решета в электростатическом поле.

ЗАРасчет пондеромоторной силы для разновытянутых эллипсоидальных частиц.

3.5.Сортирование заряженных сплюснутых разновытянутых эллипсоидальных частиц в неоднородном электростатическом поле на наклонной неподвижной плоскости с поперечным загрузочным транспортером.

3.6.Сортирование разновытянутых эллипсоидальных частиц на наклонном горизонтально колеблющемся решете с круглыми отверстиями в неоднородном электростатическом поле.

3.7.Выделение семян сорных растений на горизонтально непрерывно-движущемся и колеблющемся в горизонтальной плоскости решете с круглыми отверстиями.

3.8.Сортирование разновытянутых сплюснутых эллипсоидальных частиц на ленточном электростатическом триере.

3.9.К расчету униполярного положительного коронного разряда, возникающего при ориентации зерновых частиц на поверхности зернового слоя в межэлектродном промежутке электрического стимулятора семян.

3.10.Выводы и уточнение задач экспериментальных исследований.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ СЕМЯН И ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ. УСТРОЙСТВА

ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 .Определение физических свойств семян.

4.2.0пределение поверхностной плотности контактного заряда на модели семени и определение его центра.

4.3.Определение распределения полей в зоне отверстия решета и системы: потенциальный электрод - заземленный металлический г-образный электрод.

4.4.0пределение объема семян.

4.5.Определение радиусов закругления концов семян.

4.6.0пределение вольтамперных характеристик межэлектродного промежутка при исследовании слоя семян на электроде в электростатическом поле и семян на полочке ленточного электростатического триера.

4.7. Устройства для сортирования семян зерновых культур в электростатическом поле.

4.8. Устройства для повышения просеваемости семян через круглые отверстия горизонтально колеблющегося наклонного решета-электрода в электростатическом поле.

4.9.Устройства для сортирования семян овощных культур в электростатическом поле.

4.10.Устройство для предпосевной стимуляции слоя семян на бесконечной плоскости в электрическом поле.

4.11.Вывод ы.

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 .Физические свойства семян. 5.2.Распределение контактного заряда по поверхности модели семени и определение его центра.

5.3.Распределение электростатического поля в зоне отверстия решета и системы: потенциальный электрод - заземленный металлический г-образный электрод.

5.4.0бъем семян.

5.5. Радиусы закругления концов семян.

5.6.Вольтамперные характеристики межэлектродного промежутка при исследовании слоя семян на электроде в электростатическом поле и семян на полочке ленточного электростатического триера.

5.7.Повышение просеваемости семян через круглые отверстия го-^ ризонтально колеблющегося наклонного решета- электрода в электростатическом поле.

5.8.Сортирование семян овощных культур в электростатическом поле.

5.9.Предпосевная стимуляция слоя семян в электрическом поле на бесконечной плоскости.

5.10.Вывод ы.

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТАННЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ СЕПАРАЦИИ И

СТИМУЛЯЦИИ СЕМЯН В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

6.1. Электростатические сепараторы.

6.2. Ленточный электрический многослойный стимулятор для предпосевной обработки семян зерновых культур в хозяйствах. rf 6.3.Описание семяочистительной машины СМ-0,15, диэлектрического сепаратора семян СД-1 и методика проведения сравнительных испытаний этих машин с экспериментальным образцом СЭРК со сменными блоками ЭССБТЛ и ЭССБР.

6.4. Результаты сравнительных испытаний СМ-0,15, СД-1 с СЭРК со сменными блоками ЭССБР и ЭССБТЛ.

6.5.Вывод ы.

ГЛАВА 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОРТИРОВАНИЯ И СТИМУЛЯЦИИ СЕМЯН В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ДЛЯ РАЗРАБОТАННЫХ УСТАНОВОК у 7.1.Сепарация и стимуляция семян овса на сепараторе электростатическом решетном комбинированном (СЭРК) со сменными блоками.

7.2.Сепарация и стимуляция семян огурца на сепараторе электростатическом плоскостном (СЭП).

7.3.Сепарация и стимуляция семян огурца на ленточном электростатическом триере (ЛЭТ)

7.4.Стимуляция семян зерновых культур на ленточном электрическом многослойном стимуляторе (ЛЭМС).

7.5.Вывод ы.

Для возделывания сельскохозяйственных культур по прогрессивным технологиям необходим высококачественный посевной материал, поэтому подготовка семян - это важнейшая народно-хозяйственная задача [1].

Используемые сейчас методы и средства подготовки семян к посеву не обеспечивают установленных стандартом свойств, поэтому до 40% семян в полевых условиях не всходит, а значительная часть дает неполноценные всходы и экологически неустойчива. В связи с этим возникла необходимость в совершенствовании действующих устройств сепарации и предпосевной обработки семян и создании новых принципов сепарации семян и соответствующих технических средств.

Создать более совершенные сепарирующие устройства можно, если использовать принцип взаимодействия сил разной физической природы, то есть сил, воздействие которых на семена обусловлено не только их физическими свойствами [2], но и внешними - электрического поля.

Существенный вклад в развитие науки по применению электроэнергии в сельскохозяйственное производство внесли Российские ученые М.Г. Евреинов, П.Н. Листов, С.П. Лебедев, Г.И. Назаров, И.А. Будзко, И.Ф. Бородин, И.И. Мар-тыненко, В.И. Метревели, Л.Г. Прищеп, A.M. Басов, В.А. Воробьев, Л.С. Герасимович, Ф.Я. Изаков, И.Ф. Кудрявцев, A.M. Мусин, Г.Г. Рекус, P.M. Славин, А.П. Якобе, А.И. Цатурян и др.

В науке по применению электроэнергии в сельскохозяйственном производстве необходимо выделить направление, связанные с использованием электрических полей для интенсификации процесса сепарации семян и их предпосевной обработки. На возможность очистки и сортирования зерна в поле коронного разряда указывал Н.Ф. Олофинский. Наиболее крупные исследования в этом направлении проведены A.M. Басовым, И.Ф. Бородиным, Ф.Я. Изаковым, В.Н. Шмигелем, Г.А. Ясновым, Э.А. Камениром, В.И. Мищенко, A.B. Пожелене.

Были созданы электрозерноочистительные машины, в которых используют электрическое поле коронного разряда и электростатическое поле.

Дальнейшим развитием науки, связанной с применением электрических методов разделения семенных смесей было применение диэлектрического метода сепарации, который до 1975 г. использовали при разделении минералов с разной диэлектрической проницаемостью в горнорудной промышленности. Метод основан на различии значений и направлении пондермоторных сил, действующих на поляризованные частицы твердых тел в неоднородном электрическом поле.

Крупные исследования в этом направлении проведены В.И. Тарушкиным и его учениками (B.C. Леоновым, В.М. Богоявленским, A.A. Ниязкуловым и др.). Ими была показана возможность и эффективность использования диэлектрического метода при очистке, сортировании и калибровке семян сельскохозяйственных культур.

Следующим развитием науки, связанной с применением электрических методов разделения семенных смесей вытянутой формы и их предпосевной обработки, было использование электростатического поля высокой напряженности однородного и неоднородного на решетах, лентах-решетах, плоскостях, ленточном триере и ленточном транспортере.

Выполненные под научным руководством и при научной консультации соискателя диссертационные работы на соискание ученой степени кандидата технических наук A.M. Ниязова (2001 г.) и Т.Н. Стерховой (2003 г.) показали принципиальную возможность и эффективность использования электростатического поля для предпосевной многослойной обработки семян ячменя и разделение по толщине семян огурца в электростатическом поле на ленточном электростатическом триере.

Цель исследований. Разработка методов, средств и теоретических положений для создания высококачественных технологий подготовки семян к посеву при их сепарации и стимуляции в электрическом поле.

Задачи исследований: а) провести анализ существующих технических методов и средств подготовки высококачественных семян; б) разработать конструктивные схемы электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян; в) разработать математические и физические модели и теоретические положения способов и устройств высокоэффективных электростатических сепараторов различных типов и электрического стимулятора семян ленточного типа; г) провести испытания электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян для получения высококачественного посевного материала; д ) провести сравнительные лабораторные испытания экспериментального электростатического решетного сепаратора с отечественными аналогами; е) определить область использования разработанных электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян и эффективность их реализации.

Объект исследования - система, включающая свойства семян, рабочие органы и режимы их работы, которая обеспечивает получение высококачественного посевного материала.

Предмет исследования - определение оптимальных конструктивных параметров и режимов рабочих органов с учетом свойств семян селективно контактно заряжаться и поляризоваться в электрическом поле.

Методы исследований. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход. Разработка методологических основ решения проблемы, имеющей инженерно-технические и агрономические аспекты, базировалась на математическом и физическом моделировании семенных частиц вытянутой формы, электротехнических и динамических процессов межэлектродных промежутков сепараторов и стимулятора семян, теории движения частицы по поверхностям сельскохозяйственных машин, теории электромагнитного поля. Экспериментальные, подтвержденные теоретическими результатами, исследования выполнены с использованием теории многофакторного эксперимента, методов статистики и биометрии с применением компьютерной техники при использовании специальных прикладных пакетов компьютерных программ.

Научная новизна. Новизна научных положений, изложенных в диссертации, заключается в том, что разработаны и обоснованы: а) теоретические и практические обобщения и решение научной проблемы улучшения посевных качеств семян при использовании сепарации и стимуляции в электрическом поле, базирующиеся на селективности контактной зарядки и поляризации семян; б) новые, эффективные методы: сепарации семян на наклонных решетах с круглыми отверстиями в неоднородном электростатическом поле; сепарации семян на горизонтальной траковой ленте-решете с круглыми отверстиями в однородном электростатическом поле; сепарации семян на наклонной неподвижной плоскости в неоднородном электростатическом поле; многослойной стимуляции семян в электрическом поле; в) математическая модель семенной частицы вытянутой формы; г) физические модели: процесса контактной зарядки разновытянутого диэлектрического с проводящей поверхностью эллипсоида вращения на электродах разной полярности в электростатическом поле высокой напряженности и появления в нем положительного коронного разряда, возникающего на остриях, сориентированных на слое, отдельных разновытянутых эллипсоидальных частиц; д) оптимальные параметры режимов работы электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян.

Практическая ценность диссертации достигнута путем теоретического обоснования методов сепарации и стимуляции семян в электрическом поле; разработке высокоэффективных устройств: для очистки семян от трудноотделимых примесей, сортирования в электростатических однородных и неоднородных полях с одновременной стимуляцией и многослойной стимуляции семян в электрическом поле; разработке электростатических сепараторов для селекции, сортоиспытания и первичного семеноводства семян зерновых и овощных культур, обеспечивающих в сравнении с существующими отечественными сепараторами снижение затрат труда в 1,5 раза, эксплуатационных издержек в 3 раза, сокращение количества посевного материала в 1,5 раза, повышение урожайности на 10-20%, повышение "производительности при сепарации семян овощных культур в 2 раза, повышение качества сепарации в 3 раза; разработке электрического многослойного стимулятора семян зерновых культур, обеспечивающего в сравнении с существующими отечественными стимулирующими устройствами снижение эксплуатационных издержек в 3 раза, повышение урожайности на 10-20%, повышение производительности в 8 раз, сокращение количества посевного материала в 1,5 раза.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1 .Технологии, включая электростатические сепараторы и электрический стимулятор семян, их режимы, которые обеспечивают получение высококачественных семян зерновых и овощных культур при их сепарации и стимуляции в электрическом поле.

2. Математическая модель вытянутой семенной частицы в форме разновытя-нутого эллипсоида вращения. Физические модели: процесса контактной зарядки разновытянутого диэлектрического с проводящей поверхностью эллипсоида вращения на разной полярности электродах в электростатическом поле высокой напряженности и появления в нем положительного коронного разряда, возникающего на остриях, сориентированных на слое, отдельных разновытянутых эллипсоидальных частиц.

3. Теоретические зависимости распределения контактного заряда по поверхности разновытянутого эллипсоида вращения, нахождения центра заряда, действующих сил и условий движения и ориентировки эллипсоида в однородном и неоднородном электростатическом поле на различных подвижных и неподвижных технологических поверхностях. Теоретические зависимости положительного коронного разряда, возникающего при ориентации разновытянутых эллипсоидов вращения на поверхности их слоя в электрическом поле.

4. Методы, позволяющие осуществить комплексные исследования свойств семян и электрических полей, создаваемых заряженными электродами электростатических сепараторов и электрического стимулятора семян, исследовать силовое воздействие электрических полей на семена и результаты их практического применения.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на международных и всероссийских специализированных конференциях: всероссийском научно-техническом семинаре МГАУ «Высокоэффективные электротехнологии и биоинформационные системы управления АПК» (Москва, 1997 ); научно-технических конференциях МГАУ (Москва, 2000, 2003, 2004 ); международной научно-технической конференции « Автоматизация сельскохозяйственного производства» ( Углич, 1997 ); международных научно-технических конференциях ВИЭСХ ( Москва,2000, 2003, 2004 ), ВИМ ( Москва, 2003 ); научно-технических конференциях Костромской ГСХА ( Кострома, 19962004 ), Ижевской ГСХА ( Ижевск, 1998, 1999, 2000 ), Кировской ГСХА ( Киров, 1989).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации изложены в 62 печатных работах, одной монографии и описаниях к 3 авторским свидетельствам и 9 патентам на изобретения.

Исследования по диссертационной работе автором начаты в 1981 году. Они проводились по координационным планам НИР Ижевского СХИ и с 1991 года Костромского СХИ в порядке выполнения координационных планов Минсельхоза СССР и Госагропрома СССР по разработке и производству машин для механизации работ в селекции, сортоиспытании и первичном семеноводстве в соответствии с системой машин на 1986. 1995 годы.

В рассматриваемой работе представлены результаты исследований, выполненных лично соискателем, а также обобщенные отдельные результаты исследований, полученные в соавторстве с другими авторами под научным руководством соискателя и при непосредственном его участии. В реализации научных разработок и решений отдельных частных вопросов в различные годы активное участие принимали аспиранты: A.M. Ниязов, Т.Н. Стерхова, В.А. Смирнов, выполнявшие работы под руководством соискателя.

Результаты работы лаборатории: технология подготовки семян одноростковой кормовой свеклы из многоростковой апробирована в племсовхозе «Чернопен-ский» Костромского района, у частного предпринимателя Баранова В.В. и в учхозе «Костромское». Только на подготовке семян свеклы заработано за три года 13,5 тыс.руб.; получены пять патентов на изобретения (Машина для предпосевной обработки семян в электрическом поле, способ предпосевной обработки семян в электрическом поле, электрозерноочистительная машина, устройство для разделения легких сыпучих смесей, устройство для сепарации семян в электростатическом поле высокой напряженности); технология подготовки семян льна апробирована на опытном поле КГСХА на сортах «Дашковский», «А-29», «Родник», Получено увеличение выхода семян льна до 30% (в контроле семена не получены) и увеличение длины льняной соломы до 15%; технология получения качественных семян огурца из отходов семян огурца апробирована в ГСП «Высоковский» Костромского района. Там же апробирована технология получения качественных семян томата, перца. Получено увеличение всхожести семян от 13 до 20%. Технология получения качественных семян огурца на ленточном электростатическом триере апробирована на тепличном комбинате «Можгинский» Можгинского района Удмуртской Республики; технологии сортирования семян овса в однородном электростатическом поле на горизонтально колеблющейся траковой ленте-решете с круглыми отверстиями и сортирования семян овса в неоднородном электростатическом поле на горизонтально колеблющейся системе наклонных решет с круглыми отверстиями апробированы в СПК «Восход» Завьяловского района Удмуртской Республики. Реализация дополнительного количества семян, полученных хозяйством при использовании данных технологий позволила получить 57 тыс. руб в 2001 году; технология высокопроизводительной предпосевной обработки семян в электростатическом поле с использованием транспортерного электростатического стимулятора семян апробирована в СПК «Восход» Завьяловского района Удмуртской Республики с получением от реализации дополнительного количества семян 27,5 тыс. руб .

Руководитель лаборатории, к.т.н., доцент кафедры

Электропривод и электротехнология»

Шмигель В.В.

Зав.кафедрой

Электропривод и электротехяология», к.т.н,, доцент

Фалилеев Н.А.

Декан факультета электрификации и автоматизации с.х., к.т.н., доцент

Попов Н.М.

Alt of и* »тёрт m* гни ж* .юашвкшм!. »«щдушиш «Nawmwfâ удкимцпмц« s«« до«*««! иУоцваши 1ии|1> i »4» # мШфш *»

• ^ 4/ -i

MNM »«it ml • 4 eWW® ЯМНЯИРАу ш^ищдмммнм^ fiiiB«iaki ла* « ¡шиш А»Я»

9» домяв* #$9*»oi*ft HW> a эдегрвг»

I^^ÎHeeSi^ ПК ■(вв^вЙв^ -^i^ÊlÎt^Ê^ flM^^^ttSteeilUJJ^

9#рк«я JUMU*«nv* * лмш *** m Ортммшл ь трттяты «одщилго w вдммыи y<Btiwi .лт^тттщ m Ими» збдотеааик аэтом* м» тямть • Ш m Ц.1*. a» »уманим • рмшнп т JÉ»f*|lf Ч** шшблршШШШЯОВ» штушЁтш*. а» ^

4 . . V* ,->• - * г.

А.В.Банков 2002 г. - ; ^.крй^Д^тель организации

1. Абрамсон М.А., Зусманович Г.З. Сортирование семян на посев. Машиностроительная станция ЛСХИ, Л., 1930, вып. VI. - 120 с.

2. Азии Л.А., Басов A.M., Изаков Ф.Я., Шмигель В.Н. Влияние электрического поля постоянного тока на посевные качества семян // Тр. УралНИИСХ, 1960. Т. 11.-С. 30-37.

3. Андреев СВ., Мартене Б.К., Молчанова В.А. Биофизические методы в защите растений от вредителей и болезней. - Л.: Колос, 1976. - 168 с.

4. Анискин В.И. и др. Машины для селекционной работы в полеводстве. - М.: ВИМ,2001.-203с.

5. Ахламов Ю.Д., Гринчук И.М., Журкин В.К. Машины для семеноводства трав: Конструкция и расчет. - М.: Машиностроение, 1968. - 171 с.

6. Басов А.М.и др. Электротехнология. - М.: Агропромиздат, 1985. - 256 с.

7. Басов A.M., Изаков Ф.Я, Шмигель В.Н. и др. Электрозерноочистительные машины. М.: Машиностроение, 1968. - 201 с.

8. Басов A.M., Шмигель В.Н. Измерение диэлектрической проницаемости отдельных зерен // Измерительная техника. - 1961. - № 10. - 21-25.

9. БИ0Л0ГИЯ семян и семеноводство. Пер. с польск.-М.: Колос, 1976.- 463 с.

10. Блонская А.П. Влияние предпосевной обработки семян в электрическом поле коронного разряда на урожайность яровой пшеницы: Автореф. дис. канд. с.-х. наук.-Уфа, 1970.-220 с.

11. Богородицкий Н.П. и др. Теория диэлектриков. - М.-Л.: Энергия, 1965. - 260 с.

12. Бородин И.Ф., Тарушкин В.И. Электростатический классификатор качества семян // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. - 1973. - № 7. - 28 - 32.

13. Бородин И.Ф., Шмигель В.В. Анализ действующих сил на зерновую частицу с разновытянутыми концами // Вести. РАСХН. - 1999. - № 5. - 25-27.

14. Бородин И.Ф., Шмигель В.В. Контактная зарядка эллипсоидальных частиц в электростатическом поле // Вести. РАСХН. - 2001. - № 3. - 76 - 78.

15. В.Бородин И.Ф., Шмигель В.В. Условие ориентировки заряженного разновытя- нутого эллипсоида со смещенным центром тяжести в электростатическом поле // Вестн. РАСХН. - 1999. - № 6. - 28-30.

16. Бородин И.Ф., Шмигель В.В., Ниязов A.M., Абашев Д.Р. К расчету униполярного положительного коронного разряда // Докл. РАСХН. - 2000. - № 1, - 45 - 48.

17. Бородин И.Ф., Шмигель В.В., Стерхова Т.Н. Сортирование семян огурца по их толщине на ленточном электростатическом триере // Вестн. РАСХН. - 2000. -№3.-С. 69-71 .

18. Бородин И.Ф., Шмигель В.В., Юберев Н.Н, Траектория движения сплюснутых разновытянутых эллипсоидальных частиц в электростатическом триере // Вестн. РАСХН. - 2000. - № 6. - 74-75.

19. Бородин И.Ф., Шмигель В.В., Юберев Н.Н., Стерхова Т.Н., Пряженников Д.В. Угол наклона траектории частиц в ленточном электростатическом триере // Докл. РАСХН. - 2002. - №1. - 50 - 51.

20. Будзко И.А,, Бородин И.Ф., Тарушкин В.И. Новый метод разделения семян зерновых культур в электростатическом поле // Вестн. с.-х. науки. - 1972. - № 10,-С, 98-106,

21. Бут А.И. Применение электронно-ионной технологии в пищевой промышленности. - М.: Пищ. пром, - 1977. - 88 с.

22. Быков В.Г, Шмигель В.Н. Триер. Авт. свид. 460903. Б. И.. № 7, 1975.

23. Верещагин И.П., Заргорян И.В., Семенов А.В. Расчет поля униполярного коронного разряда для системы электродов «игла-плоскость»// Сильные электрические поля в технол. процессах. - М., 1979. - Вып. 3. - 170 - 184.

24. Воробьев А.А. и др. Высоковольтное испытательное оборудование и измерения. - М.: ГЭИ, 1960. - 195 с.

25. Воронов И.Г. и др. Очистка и сортирование семян. - 2-е изд., перераб. - М.: Сельхозгиз, 1959. - 581 с.

26. Гладков Н.Г. Зерноочистительные машины: Конструкция, расчет, проектирование и эксплуатация. - 2-е изд., перараб. и доп. - М.: Машгиз, 1961. - 368 с.

27. ГОСТ 12036-95 Семена сельскохозяйственных культур. Правила приемки и отбора проб.

28. ГОСТ 12037-91 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения частоты и отхода семян.

29. ГОСТ 12038-94 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести.

30. ГОСТ 12042-90 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения массы 1000 семян.

31. Джуварлы Ч.М. и др. Трехосный диэлектрический эллипсоид в электрическом поле // Энергетика и транспорт. - 1969. - № 1. - 32 - 44.

32. Дмитриев A.M., Страцкевич Л.К. Стимуляция роста растений. - Минск, Урад- жай, 1986.-115 с.

33. Дмитриев В.Н., Фаткулина З.Г., Внушинская А.И. Методика и результаты исследования стартовой напряженности семян льна и его засорителей в однородном электростатическом поле // Тр. ЧИМЭСХ. - 1974. - Вып. 85. - 95 - 100.

34. Ермилов Г.Б. Полевая всхожесть семян и причины ее снижения. - М.: Изд-во М-ва сел. хоз-ва РСФСР, 1960. - 40 с.

35. Изаков Ф.Я. Исследование сортирования семян в электрическом поле коронного разряда. Дис. канд. техн. наук. - Л., 1960. - 200 с.

36. Изаков Ф.Я. Классификация сепараторов по силовому признаку // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. -1970. - №8. - 14-16.

37. Изаков Ф.Я., Дмитриев В.Н. Предельный контактный заряд диэлектрического эллипсоида // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. -1974. - № 3. - 12-13.

38. Изаков Ф.Я., Яснов Г.А. Критерий разделения семян в поле коронного разряда // Тр. ЧИМЭСХ. - 1965. - Вып. 2. - 37 - 39.

39. Инструкция по эксплуатации однобарабанного диэлектрического сепаратора семян (СД-1) МГАУ, 1998. - 26 с.

40. Капцов Н.А. Коронный разряд и его применение в электрофильтрах. - М.; Д.: Гостехиздат, 1947. - 225 с.

41. Карасенко В.П., Заяц Е.М., Баран А.Н. и др. Электротехнология. - М.: Колос, 1992.-304 с.

42. Колмакова М.И. Электросепарация семян решетами с круглыми отверстиями в сильном электростатическом поле. Дис. канд. техн. наук. - Челябинск, 1972. - 198 с.

43. Колышев П.П. Очистка и сортирование семян многолетних трав. - М.: Сель- хозгиз, 1950. - 104 с.

44. Корицкий Ю. В. Основы физики диэлектриков. - М.: Энергия, 1979. - 248 с.

45. Корицкий Ю. В. Электротехнические материалы. - М.: Энергия, 1968. - 320 с.

46. Кропп Л.И. Обработка и хранение семенного зерна. - М.: Колос, 1974, - 176 с. бО.Круг К.А. и др. Основы электротехники. - М.: ГЭИ, 1952. - 280 с.

47. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем. - 2-е изд. - М.: Мир, 1985. - 519 с.

48. Лавров И.М., Шмигель В. Н. Способ и устройство для измерения величины и знака заряда. Авт. свид. № 454488. Б. И., № 47, 1974. бЗ.Лёб Л. Основные процессы электрических разрядов в газах: - Пер. с англ. - М.; , Л.: Гостехиздат, 1950. - 672 с.

49. Лемпетер В. Очистка и сортирование семян кормовых трав. - М.: Издательство иностранной литературы, 1960. - 110 с.

50. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.; Л.: Сельхозгиз, 1955. - 764 с.

51. Леурда И.Г., Вельских Л.В., Определение качества семян. - М.: Колос, 1974.-100 с.

52. Лившиц М.Н. Аэроионификация: Практ. применение.-М.: Стройиздат, 1990.-169 с.

53. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. - М.: Высш. шк., 1983. - 380 с. Щ 69.Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. - М.: ВНИИЭСХ, 1998. - 219 с.

54. Мирзабекян Г.З., Пашин М.М. Зарядка несферических частиц аэрозолей в поле коронного разряда // Сильные электрические поля в технол. процессах. - 1971. -Вып. 2. - 48 - 62.

55. Перцовский В.А. Измерение контактного заряда зерна и продуктов его размола // Тр. ВНИИЗ. - 1967. - М. Вып. 57. - 160 - 165 с.

56. Pech I. Saturacni naboj dielektricke kulicky // Elektrotechn. Casop. 1962. - U 13, № 4 . - C . 217-233.

57. Рахманин В.Г. Исследование контактного заряда зерна в электростатическом поле (на примере семян пшеницы) // Тр. ЧИМЭСХ. -1972. - Вып. 61. - 37 -39.

58. Рахманин В.Г. Исследование процесса обработки и протравливания семян с применением электростатического поля: Автореф. дис. канд. техн. наук. -1973. - 22 с.

59. Роджерс Э. Физика для любознательных. Т. 3. Электричество и магнетизм. - М.:Мир, 1971.-377 с.

60. Рустерхольц А. Электронная оптика. - М.: Иностранная литература, 1952. - 356 с. 81 .Рязанов Г.А. Опыты и моделирование при изучении электромагнитного поля. -М.: Наука, 1966. - 192 с.

61. Семена сельскохозяйственных культур: Сортовые и посевные качества. Часть

62. Сборник государственных стандартов. - М.: Изд. стандартов, 1991. - 422 с.

63. Семена сельскохозяйственных культур: Методы определения качества. Часть

64. Сборник государственных стандартов. - М.: Изд. стандартов, 1991. - 415 с.

65. Система планово-предупредительного ремонта и технического обслуживания электрооборудования сельскохозяйственных предприятий. - М.: Агропромиз-дат, 1987.-188 с.

66. Слободяник Н.И. Механизация возделывания овощных культур на семена. - М.: Россельхозиздат, 1970. - 110 с.

67. Слободяник Н.И. Машины по обмолоту, очистке и сортированию семян овощных и бахчевых культур // Выращивание овощей. - М., 1959. - 147 с.

68. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин // Под ред. М.И. Клецкина. - М.: Машиностроение, 1967. - 300 с.

69. Стрелков СМ., Шмигель В.В., Ниязов A.M. Перспективы применения электронно-ионной технологии в зерновых хозяйствах // Сб. науч. тр. УГНИИСХ. 2000. - Вып. 1, 2000. - 340 - 356.

70. Стрэттон Дж. А. Теория электромагнетизма. - М.-Л.: ОГИЗ, 1948. - 539 с.

71. Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М.-Л.: Гостеиздат, 1946. - 660 с.

72. Тарушкин В.И. Влияние величины напряженности электрического поля на посевные качества семян // Сб. науч. тр. МИИСП. Т. 13, вып. 3. - Ч. 1. -1976. - 56 - 60.

73. Тарушкин В.И. Использование напряженности ориентации семян в селекционной работе // Сб. науч. тр. МИИСП. Т. 9, вып. 3. - Ч. 1. - 1972. - 31 - 35.

74. Тарушкин В.И. Силовое воздействие неоднородного электрического поля на семена // Докл. ВАСХНИЛ, 1977. - № 3. - 42 - 47.

75. Техника высоких напряжений /Под общ. ред. Д.В. Разевига. - М.: Энергия, 1976.-250 с.

76. Типовые технологические карты возделывания и уборки зерновых колосовых культур. - М.: Колос, 1984. - 304 с.

77. Тиц З.Л. и др. Машины для послеуборочной поточной обработки семян. - М.: Машиностроение, 1967. - 447 с.

78. Фильчаков И.Ф., Панчишин В.П. Интеграторы ЭГДА. Моделирование потенциальных полей на электропроводящей бумаге. - Киев: Изд-во АН УССР, 1961 .-300 с.

79. Фирсов В.Ф. Агробиологическое обоснование методов стимуляции семенного материала пшеницы и картофеля для повышения их болезнеустойчивости в условиях Казахстана: Автореферат дис. докт. с.-х. наук, СПб, 1992. - 46 с.

80. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчислений. - М.: Наука, 1969. - Том 3. - 656 с.

81. Хасанова З.Н. Влияние электрического поля постоянного тока на некоторые физиолого-биохимические процессы и урожай яровой пшеницы: Автореф. дис. канд. биол. наук. - Уфа, 1973. - 23 с.

82. Шмигель В.В. Исследование процесса выделения овсюга из семян овса в электростатическом поле на продольно колеблющемся горизонтальном решете с круглыми отверстиями. Дис. канд. техн. наук. - Л.: Пушкин, 1979. - 237 с.

83. Шмигель В.В. Исследование электрических полей электростатического решетного сепаратора // Вестн. РАСХН, 2001. - № 6. 72 -73 .

84. Шмигель В.В. Определение центра контактного заряда разновытянутого эллипсоида вращения // Вестн. РАСХН. -1998. - № 4. - 65- 67.

85. Шмигель В.В. Поведение зерновой частицы в отверстии решета в электростатическом поле // Аграрная наука. - 2002. - № 1. - 28 - 29.

86. Шмигель В.В. Разделение овса и овсюга в электростатическом поле // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. 1973. - >Г9 9. - 14-15.

87. Шмигель В.В. Расчет поля электростатического решетного сепаратора // Аграрная наука. - 2002. - № 3. - 24 - 25.

88. Шмигель В.В. Характер поведения семян в электростатическом поле // Техника в сельском хозяйстве. 1997. - №6. - 32 - 33.

89. Шмигель В.В. Электрозерноочистительная машина. Авт. свид. № 854447, Б.И.№30, 1981.

90. Шмигель В.В. Электрозерноочистительная машина. Авт. свид. №306874, Б.И. №20, 1971.

91. Шмигель В.В. Электрозерноочистительная машина. Патент на изобретение №2181310Б.И.№11,2002.

92. Шмигель В.В., Незнамская И.И., Ниязов A.M. Способ обеззараживания толстого слоя семян в электростатическом поле // Вестн. РАСХН. 1998. - № 3. - 73 - 74.

93. Шмигель В.В., Ниязов A.M. Машина для предпосевной обработки семян в электрическом поле. Патент на изобретение № 2181234. Б.И. № 11, 2002.

94. Шмигель В.В., Ниязов A.M. Способ предпосевной обработки семян в электрическом поле. Патент на изобретение № 2182411. Б.И. № 14, 2002.

95. Шмигель В.В., Ниязов A.M., Митрофанов Д.И., Селиверстов Д.В. Определение плотности семян по экспериментально определенным массе и объему // Тр. научн.-практ. конференции ИГСХА. - Ижевск: ИжГТУ, 1998. - Ч. 3. - 52 - 53.

96. Шмигель В.В., Понаморева Я. Расчет пондеромоторной силы для разновытянутых эллипсоидных частиц // Докл. РАСХН. 2000. - №5. - 45 - 47.

97. Шмигель В.В., Рой Г.Б., Павлушина Т.И., Василькова Т.М. Экономическая оценка сортировки и предпосевной обработки семян в электрическом поле. Метод, пособ. для студ. дипл. - Кострома, 1999. - 16 с.

98. Шмигель В.В., Стерхова Т.Н., Мещанинов А.Н. Разделение семян огурца в электростатическом поле на ленточном триере // Вестн. РАСХН. 1999. - № 3. - 66 - 68.

99. Шмигель В.В., Шаповалов Ф.Ю., Смирнов В.А. Устройство для разделения легких сыпучих смесей. Патент на изобретение № 2182412. Б.И. № 14, 2002.

100. Шмигель В.Н. и др. Прибор для определения положения центра тяжести тела. Авт. свид. Хо 246153. Б. И. № 20, 1969.

101. Шмигель В.Н. Исследование возможности разделения зерновых смесей на решетах при наложении электростатического поля. Дис. канд. техн. наук. - Челябинск, 1965.-200 с.

102. Шмигель В.Н. К вопросу о природе переноса заряда между зерном и металлическим электродом в электростатическом поле» // Сб. «Вопросы электрификации сельского хозяйства. - Челябинск, 1964. - 16-17.

103. Шмигель В.Н. К вопросу терминологии некоторых физических свойств семян // Тр. ЧИМЭСХ, 1972. - Вып. 69. - 24 - 26.

104. Шмигель В.Н. О применении электростатического поля для повышения разделяющей способности решет с круглыми отверстиями // Тр. ЧИМЭСХ, 1972. -Вып. 61 . -С. 24-27 .

105. Шмигель В.Н. Определение размеров зерен различных культур // Тр. ЧИМЭСХ, 1965.-Вьш. 22 . -С . 14-16.

106. Шмигель В.Н. Просеивание зерновых частиц через круглые отверстия решета-электрода при наложении электростатического поля // Тр. ВНИИЗ, 1974. -Вып. 78. - 78 - 80.

107. Шмигель В.Н. Размещение центра тяжести зерен различных культур // Тр. ЧИМЭСХ, 1967. - Вып. 27. - 34 - 36.

108. Шмигель В.Н. Способ определения диэлектрической проницаемости эллипсоидальных частиц. Авт. свид. № 255409. Б.И. № 33,1969.

109. Шмигель В.Н., Быков В.Г., Шмигель В.В. Устройство для разделения зерновых смесей по электрическим свойствам. Авт. свид. №294033. Б.И. №3, 1969.

110. Шмигель В.Н., Колмакова М.И. Влияние пористости зернового слоя на распределение напряженности поля в межэлектродном пространстве // Тр. ЧИМЭСХ, 1969. - Вып. 41. - 65 - 69.

111. Шмигель В.Н., Рахманин В.Г. Способ предпосевной обработки семян в электростатическом поле. Авт.свид. № 211931, Б.И. № 8,1968. ф

112. Шмигель В.Н., Чердынцева Ф. Исследование электрического поля в зоне круглого отверстия электрода-решета // Тр. ЧИМЭСХ, 1974. - Вып. 75. - 75 - 80.

113. Шмигель В.В. Способ разделения зерновой смеси. Патент № 2214309 от 20.10.2003. Бюл.№ 29.

114. Шмигель В.В., Бородин И.Ф., Смирнов В.А. Способ разделения легких семенных смесей. Патент № 2214310 от 20.10.2003. Бюл. № 29.

115. Шмигель В.В., Бородин И.Ф., Стерхова Т.Н. Триер. Патент №2217893 от 10.12.2003. Бюл. №34.

116. Шмигель В.В., Бородин И.Ф. Способ разделения зерновой смеси. Патент № 2223826 от 20 02.2004. Бюл. № 5.

117. Шмигель В.В., Соколов Ю.Е. Исследование электростатического поля с зерновой частицей и муляжом // Вестн. РАСХН. 2004. - № 2. - 78 - 79.

118. Якубицкая Т.С., Гришкевич М.Н. и др. Огурцы.- 2-е изд., перераб. и доп. - Минск: Ураджай, 1987. - 63 с.