Главная Коллекция "Revolution" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Электороозонные технологии в семеноводстве и пчеловодстве

Электороозонные технологии в семеноводстве и пчеловодстве

Анализ применения озона в сельскохозяйственном производстве. Разработка новых и усовершенствование существующих технологий электроозонирования. Обоснование способов и средств электроозонной обработки для повышения эффективности ее использования в АПК.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 13.02.2018
Размер файла 1,1 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ЭЛЕКТОРООЗОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СЕМЕНОВОДСТВЕ И ПЧЕЛОВОДСТВЕ

05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Нормов Дмитрий Александрович

Краснодар 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

Научный консультант - академик РАСХН, доктор технических наук, профессор Бородин Иван Федорович

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Сторчевой Владимир Федорович

- доктор технических наук, профессор Ксенз Николай Васильевич

- академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шевцов Виктор Михайлович

Ведущая организация - ФГОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».

Ученый секретарь

диссертационного совета Д220.038.08.,

доктор технических наук, профессор С.В. Оськин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие сельского хозяйства - проблема экономической и продовольственной безопасности страны. На современном этапе эту проблему наиболее целесообразно решать за счет интенсивных факторов развития производства, внедрения новейших достижений науки, техники и передовой практики на основе радикальных изменений производственно-экономических отношений в обществе. Перед специалистами и учеными стоит важнейшая задача - повышение конкурентоспособности отечественной сельскохозяйственной продукции, в том числе растениеводства.

В настоящее время сельскохозяйственное производство России в полном объеме может обеспечить население страны продовольственной продукцией, используя научные достижения в области растениеводства и животноводства. Особую значимость приобретает использование наноэлектротехнологий, как совокупности новых методов и средств электрофизического воздействия на технологические процессы и сельскохозяйственные биообъекты. Благодаря использованию особых свойств электроэнергии, таких как многообразие форм ее проявления и видов преобразования, способности концентрации и легкой делимости, высокой гибкости и управляемости, повсеместной доступности и мгновенной передачи на большие расстояния, экологической чистоты и специфического взаимодействия с живыми организмами, наноэлектротехнологии будут являться основой для развития агропромышленного комплекса.

Одним из способов повышения эффективности ряда технологических процессов в сельскохозяйственном производстве является использование озоновоздушной смеси. Это обусловлено участием озона во многих биохимических процессах, являющихся основой обмена веществ и энергий в сельскохозяйственных биологических объектах. Итогом такого применения озоновоздушной смеси является повышение производительности, снижение энергоемкости, снижение бактериологического и вирусного угнетения, повышение урожайности, продуктивности и сохранности сельскохозяйственной продукции.

В связи с разнообразными областями использования озона особую актуальность приобретают задачи разработки научно обоснованной технологии применения электроозонирования в сельскохозяйственном производстве.

Разработка высокоэффективных озонных технологий и электроозонирующих устройств имеет большое значение и требует исследования теоретических положений и анализа экспериментальных данных, совокупность которых позволила бы развить научно-обоснованный методический аппарат проектирования данных систем с учетом требований, предъявляемых сельскохозяйственным производителем.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой КубГАУ «Разработка и исследование энергосберегающих технологий, оборудования и источников электропитания для АПК» на 2001-2005, 2006-2010 гг. (ГР № 012.001 13 477, № 012.006 06 851).

Цель работы - разработать новые и усовершенствовать существующие технологии электроозонирования с заданными параметрами, получить способы и средства электроозонной обработки для повышения эффективности её использования в АПК.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

- провести общий анализ применения озона в сельскохозяйственном производстве как средства воздействия на технологический объект;

- разработать классификацию общего использования электроозонных технологий, выявить их особенности и определить основные требования к технологическому оборудованию электроозонирования АПК;

- определить причинные и функциональные связи взаимодействия параметров в технологических процессах электроозонной обработки в семеноводстве и пчеловодстве;

- разработать и обосновать технологические требования к озонаторам для электроозонных технологий на примере предпосевной обработки семян озонированием и применения озона в пчеловодстве;

- определить пути и методы разработки и расчета технологического процесса для повышения продуктивности биообъекта, разработать метод электротехнологической обработки семян озоном и обосновать основные требования к устройствам электроозонного оборудования;

- определить основные функциональные зависимости для определения режимных параметров технологического процесса и разработать соответствующие математические модели;

- экспериментально определить режимы обработки сельскохозяйственных объектов озоновоздушной смесью для повышения посевных качеств семян и стимуляции пчелосемей;

- провести технико-экономический анализ эффективности выполненных исследований.

Объект исследования - технологические процессы электроозонирования для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур и стимуляции пчелосемей.

Предмет исследования - технологические параметры озоно-воздушной обработки сельскохозяйственных семян и пчелосемей.

Методы исследований. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход. Разработка методических основ расчета, проектирования и решения комплексной проблемы, имеющей инженерно-технические, биологические и агротехнологические аспекты, базировалась на математическом моделировании электротехнических, термодинамических, динамических и кинетических процессов, устройств и установок обработки семян и пчелосемей. Использован математический аппарат теоретических основ электротехники, теории электрического разряда, математическая теория планирования многофакторного эксперимента, натурный эксперимент, методы теории вероятностей и математической статистики с применением современного математического пакета компьютерного моделирования MathCad. озон сельскохозяйственный электроозонирование

Научную новизну работы составляют:

- классификация применения электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве;

- параметры электроозонных технологий и режимов при обработке сельскохозяйственных объектов;

- математическая модель влияния озонирования на степень развития пчелосемей;

- теоретические зависимости напряженности электрического поля в разрядном промежутке от профиля пластин разрядного устройства;

- регрессионные модели влияния концентрации озона, времени обработки и времени отлежки на энергию прорастания и всхожесть семян сахарной свеклы и кукурузы;

- регрессионные модели влияния параметров озонирования на степень развития пчелосемей.

Практическую значимость работы представляют:

- выбор параметров технологических процессов и установок для электроозонной обработки семян позволяет увеличить всхожесть семян до 15-20%, энергию прорастания до 10-15%, для электроозонной обработки пчелосемей позволит увеличить весеннее развитие пчелиных семей до 40%;

- разработаные методика расчета и номограмма для определения эффективной дозы обработки семян электроозонированием, позволяющие улучшить посевные качества семян, стимулировать процес всхожести семян, их отчистку от микроорганизмов, вредителей, ускорить метаболические процессы;

- результаты экспериментальных исследований влияния озоно-воздушной обработки на посевные качества семян сахарной свеклы и кукурузы, а также на степень развития пчелосемей;

- параметры и режимы электроозонной предпосевной обработки семян сахарной свеклы и кукурузы, а также обработки пчелиных семей.

Разработанные способы и устройства защищены 24 патентами РФ.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- классификация электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве, позволяющая систематизировать и типизировать технологическое оборудование;

- метод расчета технологического оборудования при электроозонной обработке семян и пчелосемей, а также математическая модель влияния озонирования на степень развития пчелосемей;

- методика расчета профиля пластин разрядного устройства для получения максимальной напряженности электрического поля;

- регрессионные модели влияния концентрации озона, времени обработки и времени отлежки на энергию прорастания и всхожесть семян сахарной свеклы и кукурузы, а также регрессионные модели влияния параметров озонирования на степень развития пчелосемей.

- параметры и режимы электроозонной предпосевной обработки семян сахарной свеклы и кукурузы, а также обработки пчелиных семей.

Реализация результатов исследования

Материалы научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы рекомендованы научно-техническим советом департамента науки и образования Краснодарского края к внедрению. Результаты научно-исследовательской работы переданы в Краснодарский НИИСХ им. П.П. Лукьяненко для использования в технологическом процессе предпосевной обработки семян кукурузы.

Разработанная технология и оборудование внедрены в технологический процесс предпосевной обработки семян сахарной свеклы ОАО «Тбилисский семенной завод» и семян кукурузы в УЧХОЗ «Кубань», Краснодарского края.

Результаты исследований используются в технологическом процессе предпосевной обработки семян в КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко, СПК «Колхоз-племзавод «Россия», ООО «Агрофирма-Флайт» Краснодарского края.

Изданы монографии «Электроозонирование в сельском хозяйстве», «Электроозонаторы для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур», «Параметры электроозонирования для предпосевной обработки семян кукурузы», которые используются в учебном процессе КубГАУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях КубГАУ «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в 2002 - 2007 гг.; на межвузовской научной конференции факультетов механизации, энергетики и электрификации «Энергосберегающие технологии и процессы в АПК» в г. Краснодаре (КубГАУ, 2005-2007 гг.); на научной конференции «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в г. Зернограде (АЧГАА, 2005 г.); на Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» в Ставрополе (СГАУ, 2005-2007 гг.); на Всероссийской выставке НТТМ в Москве (ВВЦ, 2005-2007 гг.); на Международном экономическом форуме в г. Сочи (2005-2007 гг.); на Международном инвестиционном форуме «Дни Краснодарского края в Германии», г. Мюнхен ,2006 г; на Международном инвестиционном форуме «Дни Краснодарского края в Австрии», г. Вена, 2007 г.; на VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций ВВЦ , 2007 г.; на 10 Всероссийской выставке «Золотая осень» в Москве (ВВЦ, 2008 г.) технология отмечена золотой и серебряной медалями.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликованы 83 научные учебно-методические работы, включая 3 монографии, 24 патента РФ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК, 13 статей.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность проблемы, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об использовании и внедрении результатов исследований.

В первом разделе проведен анализ применения современных электротехнологий в сельскохозяйственном производстве, использования озона для обработки сельскохозяйственных объектов и способов предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, а также конструктивных особенностей современных электроозонирующих устройств, тенденций их дальнейшего развития.

В работах И.А. Рапопорта, Н.Г. Малюги, И.Т. Трубилина, В.М. Шевцова, А.С. Найдёнова даётся оценка эффективности применения химических и биологических стимуляторов ростовых процессов и предложены ряд основополагающих технологических приёмов предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур в семеноводстве.

В последние десятилетия под руководством видных российских ученых нарастающими темпами ведутся научные исследования по разработке наноэлектротехнологий применительно к сельскохозяйственному производству.

Значительными достижениями увенчались исследования и разработки электротехнологических процессов в сельскохозяйственных целях, проведенные под научным руководством ведущих ученых: И.Ф. Бородина, А.М.Басова, В.И. Баева, Г.В. Билеткова, В.И. Загинайлова, Н.В. Ксёнза, Е.В. Колесникова, П.Л. Лекомцева, С.В. Оськина, В.И. Пахомова, В.Н. Полунина, И.А. Потапенко, Д.С. Стребкова, В.Ф. Сторчевого, Г.П. Стародубцевой, Т.П. Троцкой, Н.В. Цугленок, и др.

В работе проанализировано использование электротехноло-гических приемов для интенсификации сельскохозяйственных процессов, разработана общая классификация методов и областей применения электротехнологий в сельскохозяйственном производстве. Приведен анализ существующих электрофизических способов воздействия на сельскохозяйственные объекты в растениеводстве и животноводстве. Показана необходимость исследований по использованию для этих целей электроозонных технологий.

Показано, что озон улучшает метаболические процессы, протекающие в сельскохозяйственном объекте, обеспечивает эффективное использование питательных веществ, и, в то же время, является эффективным фунгицидом и инсектицидом. Однако при достаточно большом количестве исследований, посвященных использованию озона для обработки биообъекта и наличию широкого спектра электроозонирующей техники, широкого внедрения эти способы не находят. Такое положение дел связано с тем, что нет окончательно разработанной технологии процесса предпосевной обработки семян озоном, как и технологии использования электроозонирования в пчеловодстве, нет методов расчета конструктивных параметров технологического оборудования, концентрация и дозы обработки определены для лабораторных условий и должны корректироваться для производственных условий. Таким образом, отсутствует комплексно сформированная технология обработки сельскохозяйственных объектов электроозонированием. Следовательно, создание высокоэффективных технологий и соответственно электроозонирующих устройств, имеет большое значение и требует разработки теоретических положений и анализа экспериментальных данных, совокупность которых позволила бы развить научно-обоснованный методический аппарат проектирования данных систем с учетом требований, предъявляемых сельскохозяйственным производителем. Анализ и сравнение электроозонных технологий в сельском хозяйстве позволил выявить их существенные недостатки и сформулировать цели и задачи исследования.

Во втором разделе разработана классификация электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве, представлены теоретические положения о влиянии озонирования на степень развития пчелосемей и математическое описание распространения озона в слое семян, приведены методики расчета системы подачи озона в бункер для обработки семян и дозы озонирования при предпосевной обработке семян, разработана структурно-логическая схема разработки электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве.

Для расширения исследований по разработке и применению электротехнологий в сельскохозяйственном производстве необходимо создание классификации объектов и средств электротехнологического воздействия с целью выявления типовых решений, очередности, объема и перечня используемых средств.

При разработке классификационной структуры электротехнологий в сельскохозяйственном производстве мы исходили из того, что классификация должна отражать общие главные взаимосвязи и закономерности, охватывать возможно большее число основных качественных признаков и аналогичных свойств по классам и группам, быть полезной в научном и практическом отношении, помогать выявить и сформулировать требования к объектам и средствам электротехнологического воздействия.

С целью развития исходных положений вышеуказанных ученых по электрофизическим и озонным технологиям была составлена классификационная схема применения электротехнологий и электроозонирования в АПК по пяти существенным для технологического процесса признакам (рис.1):

1) по отраслевому назначению;

2) по виду технологического цикла;

3) по назначению воздействия (стимулирующее, подавляющее, активизирующее);

4) по используемым концентрациям;

5) по агрегатному состоянию обрабатываемого материала.

Классификация по отраслевому назначению электроозонных технологий способствует разработке общего решения задачи, без обращения к частным особенностям. Кроме этого, различные технологические циклы, например в растениеводстве, носят ярко выраженный сезонный характер. Классификация дает возможность полноценно планировать использование электротехнологического оборудования в течение всего года, т.к. большинство сельскохозяйственных предприятий являются многоотраслевыми и сезонными.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 1- Применение электроозонирования в аграрном производстве

Классификация по виду технологического цикла (повторно-кратковременный, либо постоянный) предполагает определенные требования к автоматизации процесса, т.е. устройства повторного включения, учитывающие продолжительность обработки; при постоянном режиме работы необходимо учитывать систему охлаждения разрядного устройства электроозонатора.

Рисунок 2- Структурно-логическая схема разработки электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве

Деление по назначению воздействия позволяет изначально предположить, по аналогии, необходимые дозировки обработки и выбрать оптимальные режимы и значения воздействующих величин, соответственно определить необходимое технологическое оборудование и энергоемкость процесса.

В частности, в электроозонных технологиях в зависимости от используемых для обработки концентраций озоновоздушной смеси и агрегатного состояния обрабатываемого объекта предполагается использование аэродинамического расчета необходимого количества и давления подаваемого воздуха, определение герметичности системы, оборудования подготовки воздушной среды, охлаждения разрядного устройства, системы разложения озона для восстановления первоначальной окружающей среды. В конечном итоге это определяет затраты на создание технологического оборудования. Анализ и классификация электроозонных технологий позволили сформулировать общетехнические требования к технологическому оборудованию. На примерах повышения посевных свойств семян кукурузы и сахарной свёклы (повышения всхожести до 20%, энергии прорастания до 13%, силы роста до 6%), а также оздоровить в ранневесенние сроки пчелосемьи от заболевания аскосферозом что, как показала практика озонирования пчел в пчеловодческих хозяйствах Краснодарского края, увеличивает количество особей в пчелосемье до 40%, что приводит к росту медосбора за сезон до 30%.

На основании системного подхода была разработана структурно-логическая схема разработки электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве (рис.2).

Рисунок 3- Схема технологического процесса электроозонной предпосевной обработки семян

В качестве примера разработки технологического процесса рассмотрели технологию предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур. Схема технологического процесса электроозонной предпосевной обработки семян представлена на рис.3. Как видно из суммы представленных на схеме показателей, необходимо проведение ряда теоретических и экспериментальных исследований.

На основании анализа ранее проводимых работ по электроозонированию семян стало ясно, что для создания и разработки промышленной технологии необходимо определить характер распределения и поглощения озона в слое семян.

В этих целях был проведен ряд теоретических и экспериментальных исследований, в результате была получена зависимость необходимой по технологическим условиям производительности электроозонатора Ф от морфологических свойств семян и условий окружающей среды для получения заданной концентрации озона в слое семян.

, (1)

где - производительность вентиляционной установки, - концентрация озона на выходе в слое семян; S(х)- площадь сечения озоновоздушного потока; л- коэффициент сопротивления трения; с- плотность перемещаемой озоновоздушной смеси; d-диаметр отверстия; h- толщина слоя семян; Lo- объем озоновоздушного потока; Кo - величина константы скорости поглощения озона семенами при концентрации озона, равной нулю;-эмпирический коэффициент, учитывающий снижение производительности от влажности и температуры воздуха; R- аэродинамическое сопротивление зерна.

Для определения требований к оборудованию подачи озоновоздушной смеси была разработана методика расчета этой системы, где учитывались потери давления в слое семян от их морфологических свойств и потери от запыленности среды, что немаловажно для сельхозпроизводства:

Размещено на http://www.allbest.ru

(2)

где Н- потребный напор вентилятора; ?Н- наибольшие потери в магистрали; ?hр- аэродинамическое сопротивление разрядного устройства электроозонатора; ?hвс- суммарное сопротивление нагнетающей линии; Нс- сопротивление слоя семян; в- коэффициент, учитывающий сопротивление от запыленности.

Разработана методика определения дозы озонирования при предпосевной обработке семян сельскохозяйственных культур. Анализ литературных источников, посвященных исследованию зерна и воздействию на него, позволяет сделать вывод, что химический состав различных зерновок сельскохозяйственных культур разнится очень незначительно. Следовательно, воздействие озоновой обработки для различных культур должно описываться какими-то общими параметрами и подчиняться общим закономерностям. В соответствие с этим составлена система показателей электроозонной обработки.

(3)

где С - концентрация озона в озоновоздушной смеси; V - количество подаваемого воздуха; Vу- удельное количество озоновоздушной смеси на 1 кг семян; m - масса обрабатываемого зерна; t - время обработки; D- эффективная доза озона для обработки 1кг семян; h- морфологический показатель семян; S- площадь поверхности семени.

Морфологический показатель семян h определяет отношение массы m семени к площади его поверхности S, как основной показатель, характеризующий исходную сельскохозяйственную культуру. Для кукурузы hк составит 1,94 кг/м2, а для сахарной свеклы hсс=0,99 кг/м2. Таким образом, на один метр квадратный поверхности семян кукурузы приходится 1,94 кг массы зерна, а на единицу поверхности семян сахарной свеклы значительно меньше (примерно в 2 раза), т.е. через одну и туже площадь поверхности приходится обрабатывать различную массу биологического материала. По всей видимости, отношение показателей h и доз обработок D для различных культур должно быть пропорциональным.

, (4)

где n -масса тысячи семян; R - радиус семени.

Для рассмотренных культур соотношение составило 1,98, так как пропорциональность соблюдается, то можно предположить, что для различных сельскохозяйственных культур существует коэффициент g, зависящий от h и определяющий эффективную дозу обработки.

, (5)

Введя единичный показатель h0, равный 1,0 кг/м2, определим для него удельную дозу обработки D0= 0,984 мг/кг. Соответственно, для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур:

, (6)

Для определения необходимой дозы обработки была построена номограмма, представленная на рис.4, D=f(S,m,h,g).

Таким образом, получена вся совокупность параметров, необходимых для подбора соответствующего технологического оборудования.

Рисунок 4 - Номограмма для определения дозы обработки семян сельскохозяйственных культур озоном в зависимости от массы и площади поверхности тысячи семян

Разработана универсальная структура электроозонных технологий, основанная на механизме воздействия озона на сельскохозяйственные объекты, позволяющая определить совокупность составляющих технологического процесса и установить взаимосвязь между ними. Данная структура применима как в растениеводстве, так и в других отраслях сельскохозяйственного производства.

Согласно структурно-логической схеме разработки электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве, определяется объект и цель обработки, предполагаемый объем обработки, в соответствии с этим по классификационной схеме подбирается предполагаемое оборудование, определяются примерные дозировки обработки и область возможного сопутствующего применения. Строится схема технологического процесса и определяется группа факторов воздействия и отклика обработки.

Для определения воздействия электроозонной обработки на зоологические объекты предложена гипотеза о электрофизическом влиянии озона на параметры внутриульевого микроклимата. Так как влагосодержание озонированного воздуха меньше обычного при одинаковых условиях, следовательно, снижается требуемый для удаления метаболической влаги воздухообмен, а также потери тепла на вентиляцию.

Выразим значимость снижения потерь на вентиляцию:

, (7)

где - коэффициент снижения тепловых потерь, %, Ц - тепловые потери улья через ограждения; Nв - тепловые потери улья в результате воздухообмена, ?NвО3- изменение тепловых потерь через вентиляцию при озонировании.

Коэффициент снижения тепловых потерь позволяет оценить экономию энергии на поддержание внутриульевого микроклимата в процентном отношении. На основании вышеизложенных положений можно определить влияние обработки озоном на ход весеннего развития пчелиной семьи. В результате получена математическая модель влияния осушающих свойств озона на степень развития пчелиных семей в период весеннего наращивания:

. (8)

где - степень развития пчелиных семей без обработки; - степень развития пчелиных семей, подверженных обработке озоном; - затраты энергии пчелиной семьи, направленные на весеннее развитие; - работа, направленная на развитие пчелиной семьи при обработке озоном, отличающаяся на величину снижения тепловых потерь ?L.

, (9)

где d0 - плотность воздуха; cв - теплоемкость воздуха; - теплоемкость воды; - изменение абсолютного влагосодержания озонированного воздуха; - количество воды, выделившееся в результате окисления корма; - масса воды, осушенной в результате озонирования; tв - внутриульевая температура рассматриваемого периода; tн - средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период.

В третьем разделе представлены описание экспериментального оборудования и технологии предпосевной обработки семян, защищенные патентами РФ. Разработана методика проведения лабораторных исследований для определения энергии прорастания, всхожести и силы роста семян кукурузы. Проведены экспериментальные исследования по выявлению влияния озоно-воздушной смеси при различных значениях концентрации и экспозиции на энергию прорастания, силу роста и всхожесть семян кукурузы. В результате получены диаграммы, приведенные на рис. 5,6.

Рисунок 5. - Влияние озона на прорастание и всхожесть семян кукурузы

Для оценки качества семенного материала кукурузы получены уравнения множественной регрессии, которые имеют вид

y=3.66+1.84·х1х3+1.6·х2х3-23.84·X33+31.44·X32-7.96·X3-1.04·х1х2х3-4.9·X1-14.8·X13+19.6·X12-7.52·X23+7.56·X22 , (10)

где y1- энергия прорастания, %; Х1 - время длительности обработки зерна озоном, (4 уровня - 3, 5, 7 и 9 мин.); Х2 - концентрация озона, (4 уровня - 12, 24, 36 и 48 мг/м3); Х3 - время до высева, (4 уровня - 1, 10, 20 и 30 суток ).

Рисунок 6 -Изменение силы роста проростков кукурузы от воздействия на них озоно-воздушной обработки и отлежки после обработки

Y2 = 52.9+1.4 х2х3- 22.64 X13-9.96 X1-0.38 X23-9 X22- -7.16 X33+6 X32+1.56 х1х3+30.72 X12+10.64 X2-1.12 х1х2, (11)

где Y2 - зависимая переменная, всхожесть семян кукурузы, %.

Y3=23.8+7.08 X3-5.16 X33-9.96 X13+9.48 X12+23.0 X22, (12)

где Y3 - сила роста, %.

Поставлен эксперимент по выявлению влияния озоно-воздушной смеси при различных значениях концентрации и экспозиции на энергию прорастания, силу роста и всхожесть семян сахарной свеклы.

Для оценки качества семенного материала сахарной свеклы получены уравнения множественной регрессии, которые имеют вид

у1=29.16+15.96х1-1.52х2-0.2х3+0.4х1х2+1.12х1х3+1.04х2х3-

-0.64х1х2х3-8.96х2 , (13)

где у1-энергия прорастания, %

у2=50.08+12.0х1+2.52х2-0.16х3+0.48х1х2+2.08х1х3+1.8х2х3-0.08х33, (14)

где у2-всхожесть, %

Диаграмма влияния времени обработки и концентрации озона на всхожесть семян сахарной свеклы представлена на рис.7.

Для определения адекватности регрессионной модели были построены графические зависимости наблюдаемых значений и остатков, наблюдаемых и предсказанных значений всхожести, на основании которых можно сделать вывод о высокой точности регрессионной модели.

Рисунок 7 - Диаграмма влияния времени обработки и концентрации озона на всхожесть семян сахарной свеклы

В четвертом разделе представлено описание экспериментального оборудования, методика определения интенсивности развития пчелиных семей, исследование влияния озона на аскосфероз пчел и интенсивность весеннего развития пчелиных семей, разработана технология электроозонирования для стимуляции весеннего развития пчелосемей и лечения аскосфероза пчел, защищенная патентами РФ.

Проведены экспериментальные исследования по выявлению влияния озоно-воздушной смеси при различных значениях концентрации и экспозиции на степень обеззараживания пчел при заболевании аскосферозом. В результате получена диаграмма, приведенная на рис.8.

Представлен эксперимент по выявлению влияния озоно-воздушной смеси при различных значениях концентрации, экспозиции и периодичности обработки на интенсивность весеннего развития пчелосемей, по результатам построена диаграмма, представленная на рис.9.

Для определения влияния озонирования на интенсивность весеннего развития пчелосемей получено уравнение регрессии

(15)

где х1 - концентрация озоновоздушной смеси, подаваемой в улей (4 уровня - 16, 32, 48 и 64 мг/м3).

Значения уровней были приняты в области экстремумов, полученных в однофакторном поисковом эксперименте; х2 - время экспозиции (4 уровня - 6, 12, 18 и 24 ч); х3 - количество обработок за период исследования (4 уровня - 6, 12, 18 и 24 раза).

Для определения адекватности регрессионной модели были построены графические зависимости наблюдаемых значений и остатков, показавшие, что модель адекватно описывает данные. Следовательно, с ее помощью можно сделать достоверный вывод о зависимости между х-переменными и Y за рассматриваемый промежуток времени. В целом эффект объясняется увеличением содержания свободного кислорода в внутриульевом воздухе, улучшением внутриульевого микроклимата по параметрам влажности, концентрации болезнетворных микроорганизмов, что позволяет значительно улучшить санитарную ситуацию и снизить потери тепла пчелиной семьи за счет снижения воздухообмена. На базе полученных результатов определили технологические и конструктивные требования к процессу и электроозонатору для обработки пчел. Таким образом, разработанный метод применим во многих технологических процессах электроозонной обработки сельскохозяйственных объектов.

Рисунок 8 - Влияние концентрации и экспозиции озонообработки на степень обеззараживания пчел при аскосферозе

Рисунок 9 - Диаграмма влияния концентрации озона и периодичности обработок на степень развития пчелиных семей

Разработанная по определенным параметрам установка для электроозонной обработки пчелосемей представлена на рис.10

В пятом разделе представлено теоретическое обоснование преимущества применения плоской пластинчатой системы разрядного устройства электроозонатора по отношению к коаксиальной. Рассмотрены энергофизические и термодинамические процессы в электроозонаторе, а также электрические процессы и конструктивные параметры электроозонатора. В работе электроозонирующего устройства при зажигании разряда более 70% энергопотребления приходится на тепловые потери, которые, нагревая среду, приводят к деструкции производимого озона.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 10 - установка для электроозонной обработки пчелосемей

Для определения режимов работы озонаторов, приемлемых в температурном отношении, был произведен расчет уравнения теплового баланса разрядного промежутка электроозонатора:

, (16)

где фдб- температура диэлектрического барьера; фокр- температура окружающей среды; µ - коэффициент, учитывающий долю активной мощности, расходуемую на нагрев; щ- коэффициент теплопередачи разрядного блока; - количество теплоты, переносимое продуваемым воздухом; Рру- мощность разрядного устройства; Тн- постоянная времени нагрева.

Разработана методика расчета зависимости напряженности электрического поля от величины угла заострения концентраторов профиля пластин разрядного устройства.

Зависимость напряженности электрического поля от величины угла заострения концентраторов диэлектрического барьера представлена и имеет вид:

,(17)

где Rн- сопротивление линии; Сп- ёмкость разрядного промежутка; б- угол заострения концентраторов напряженности профиля пластин; д1- наименьшее расстояние между пластин; u0- мгновенное значение напряжения сети; Коб- величины, независящие от угла б; t - время с начала полупериода.

Решение этого уравнения относительно угла б позволило получить графическую зависимость напряженности поля в разрядном промежутке от угла профиля диэлектрических пластин. Наибольшее значение напряженности соответствует углу профиля диэлектрических пластин в 1220, при частоте тока 50 Гц.

Для подтверждения теоретических исследований произведено экспериментальное определение влияния угла профиля диэлектрических пластин на характер вольтамперной характеристики (ВАХ) и производительность электроозонатора.

Вольтамперные характеристики определялись для разрядных устройств пластинчатого типа, которые при прочих равных конструктивных параметрах отличались углом профиля диэлектрических пластин.

Для наиболее объективного сравнения конструкций разрядных устройств применена лабораторная схема питания. Напряжение питания от сети подавалось на автотрансформатор, а с него на повышающий трансформатор ТГ 1020. Таким образом, исследуемые разрядные устройства получают плавно изменяющееся напряжение питания в диапазоне от 0 до 12,5 кВ.

Измерения проводились при использовании аналогово-цифрового преобразователя с ПЭВМ и дублировались аналоговыми приборами. Погрешность измерений не превышала 3%. Основные результаты экспериментов по исследованию ВАХ представлены в таблице 1 и на рис.11.

Рисунок 11 - Вольтамперные характеристики разрядных устройств:

1 - прототипа; 2 - угловой конструкции

В результате экспериментального исследования определено, что угловая конструкция имеет более высокий коэффициент мощности (=0,43) в сравнении с прототипом (=0,33), а следовательно, и более высокую производительность.

В результате экспериментального исследования влияния угла между диэлектрическими барьерами на электрические параметры электроозонатора установлено увеличение напряженности электрического поля в разрядном промежутке с 16,0 до 20,7 кВ/см, или на 29%. Разработанная конструкция разрядного устройства имеет высокую стабильность работы вследствие принудительной локализации разрядов на поверхности диэлектрических барьеров.

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают математическую модель влияния угла между диэлектрическими барьерами на производительность и стабильность работы разрядного устройства.

Таблица 1 - Основные электрические параметры разрядных устройств, полученные в результате анализа вольтамперных характеристик

Параметр

Прототип

Угловая конструкция

Напряжение зажигания разряда - , кВ

6,4

7,3

Напряжение горения разряда -, кВ

4,8

6,2

Напряжение питания - , кВ

10,45

10,45

Напряженность электрического поля между диэлектрическими барьерами - , кВ/см

16,0

20,7

Ток зажигания - , мА

0,5

0,57

Полный ток - , мА (при )

1,9

2,1

Активный ток разряда - , мА (при )

1,4

1,53

Активная мощность РУ - P , Вт (при )

6,7

9,5

Полная мощность РУ- S , ВА (при )

19,9

22,0

Коэффициент мощности-, (при )

0,33

0,43

Отклонения от расчетных данных составили 2%, что объясняется погрешностью измерений. Эксперимент подтвердил высокую степень достоверности результатов математического моделирования, рассогласование результатов исследований находилось в пределах -3…+5%. Таким образом, разрядное устройство с угловой конструкцией разрядных электродов является наиболее эффективным для использования в установке по предпосевной обработке семян с.х. культур. На базе проведенных исследований разработано электроозонирующее устройство, защищенное 11 патентами РФ, внешний вид представлен на рис.12.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 12. - Электроозонатор для предпосевной обработки семян

Стационарная установка для предпосевной электроозонной обработки семян, собранная по определенным параметрам в учебном хозяйстве «Краснодарское», представлена на рис.13.

Рис.13 - Производственная установка для предпосевной обработки семян

1- ёмкость для хранения семян; 2- расположение системы электроозонирования; 3- система подачи озоновоздушной смеси; 4- бункер для обработки семян

В шестой главе приведены технико-экономические показатели эффективности разработок.

Экономическая эффективность от внедрения электроозонирования в технологический процесс предпосевной обработки сахарной свеклы, получаемая на семенном заводе за пять лет, выраженная через чистый дисконтированный доход, составляет 28,5 млн. руб. при обработке 668 т семян. Экономическая эффективность, получаемая в хозяйстве от применения обработанного озоном семенного материала, за счет прибавки урожайности составляет 1,13 млн. руб./т. Применение озонирующей установки для предпосевной обработки семян кукурузы повышает урожайность культуры на 23,7 ц/га, обеспечивает годовой дополнительный эффект в расчете на 1 га площади - 10,7 тыс. руб., а на 1 т урожая зерна - 1,2 тыс. руб., годовой дисконтированный доход равен 1532 тыс. руб.

Экономическая оценка применения электроозонирования для обработки пчелиных семей производилась для двух технологий в сравнении с контрольными образцами пчелосемей, которые не подвергались электроозонированию. Экономическая эффективность от применения технологии электроозонирования для стимуляции весеннего развития для 100 пчелиных семей, выраженная через чистый дисконтированный доход, составляет: разведенческое направление ЧДД=59070 руб., срок окупаемости 2 года; медотоварное направление ЧДД=399170 руб., срок окупаемости 0,3 года. Данные свидетельствуют об экономической эффективности капиталовложений в технологию стимуляции электроозонированием весеннего развития пчелиных семей.

общие Выводы

Выполненный комплекс исследований обеспечил разработку основных теоретических положений и научно-технических решений, раскрывающих закономерности технологического процесса электроозонной обработки биологических объектов. Полученные результаты обеспечивают возможность создания технологических процессов применения озона для повышения количества, качества и сохранности сельскохозяйственной продукции.

Они позволяют сделать следующие выводы:

1. На основании проведенных исследований впервые разработан единый подход в оценке методов и результатов воздействия электроозонной обработки на сельскохозяйственные биологические объекты, в частности отсутствовали обобщающие показатели воздействия, не были определенны эффективные дозы обработки большинства видов семян, не полностью разработаны технологии и оборудование, адаптированное к условиям сельскохозяйственного производства. Указанные недостатки не позволяли электроозонным технологиям найти широкое применение в АПК. Системный подход к изучению технологических процессов электроозонирования сельскохозяйственных биообъектов является методологической основой решения поставленной задачи, позволяющей рассматривать создание технологии как систему взаимосвязанных подсистем, объединенных общими понятиями теории, эксперимента и практики.

2. Предложенная классификация электроозонных технологий позволяет выявить общие закономерности влияния озона на сельскохозяйственные биологические объекты, включающие стимулирующее воздействие и снижение нагрузки на иммунитет за счет уменьшения бактерицидной обсемененности биообъекта, как следствие -минимизация энергетических затрат, что приводит к увеличению продуктивности сельскохозяйственного биообъекта. Разработана универсальная структура электроозонных технологий сельскохозяйственного назначения, позволяющая унифицировать процесс их проектирования.

3. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана методика определения дозы обработки озоном семян сельскохозяйственных культур, построена номограмма для расчета необходимой дозы обработки семян озоном в зависимости от площади поверхности и массы тысячи семян, позволяющая рассчитать наиболее эффективную дозировку электроозонной обработки различных сельскохозяйственных культур.

4. Проведены теоретические и экспериментальные исследования по распределению концентрации озона в слое семян в зависимости от скорости воздушного потока, расстояния от источника подачи озоновоздушной смеси, позволившие выполнить аэродинамический расчет системы равномерной обработки семян и разработать технологический процесс предпосевной обработки семян электроозонированием.

5. Проведенный анализ характера взаимодействия озона и обрабатываемых семян позволяет сделать вывод о том, что предпосевная обработка семян озоном дает возможность: повысить всхожесть, энергию прорастания, силу роста семян; обеззараживать семена от возбудителей болезней; снизить энергозатраты семян на преодоление вредного действия болезнетворных микроорганизмов, за счет снижения вирусной и бактерицидной обсемененности; стимулировать рост и развитие проростков семян, активизировать физиологические процессы, повысить их адаптационные возможности в неблагоприятных условиях; обеспечить повышение продуктивности и увеличение урожайности растений, а также стабилизировать и улучшить качество выращиваемой сельскохозяйственной продукции.

6. На основании экспериментального исследования режимных параметров предпосевной обработки семян кукурузы озоном, построены математические модели, определяющие взаимосвязь энергии прорастания, всхожести и силы роста от времени продолжительности обработки, концентрации озона, времени отлежки семян перед севом. Данные модели позволили установить режим предпосевной обработки, повышающий энергию прорастания семян кукурузы на 10,5%, всхожесть на 15%, силы роста на 6%; время воздействия 6 минут, концентрация 32 мг/м3, время до сева 20 дней. Для семян сахарной свеклы- повышающий энергию прорастания на 13% и всхожесть на 20%: время воздействия 4 минуты, концентрация 24 мг/м3, время до сева 30 дней. Согласно полученным режимам разработана электроозонная технология и оборудование предпосевной обработки семян для семенных заводов и растениеводческих хозяйств.

7. Разработана математическая модель, устанавливающая взаимосвязь степени развития пчелиных семей с параметрами внутриульевого микроклимата, позволяющая теоретически обосновать увеличение весеннего развития при электроозонировании. Разработаны технология электроозонирования пчелиных семей и электроозонатор, позволяющие производить обработку одновременно 4-х пчелиных семей в 3-х режимах: 1) стимуляции развития, 2) профилактики и лечения аскосфероза, 3) лечения аскосфероза с тяжелыми клиническими признаками и других болезней пчел. Конструкция и способы защищены 7 патентами РФ.

8. На основании экспериментального исследования режимных параметров электроозонирования пчелиных семей построена математическая модель, определяющая зависимость степени развития от концентрации озона, экспозиции и периодичности обработок. Данная модель позволила установить режим электроозонирования, улучшающий весеннее развитие пчелиных семей на 39%: концентрация 32 мг/м3, экспозиция 24 часа, с периодичностью 1 раз в сутки, в течении 24дней. Установлены режимы электроозонирования против аскосфероза: а) для профилактики и лечения - концентрация озона 250 мг/м3, экспозиция 1 час, двукратно с периодичностью 7 дней; б) с тяжелыми клиническими признаками - концентрация 500 мг/м3, экспозиция 1 час, четырехкратно с периодичностью 7 дней.

9. Получена совокупность зависимостей по влиянию параметров и режимов на процесс образования озона, позволившая синтезировать принципиально новую конструктивно-технологическую схему электроозонатора, дающую возможность увеличить напряженность электрического поля в разрядном промежутке с 16 до 20,7 кВ/см, или на 29%, что обеспечивает более высокий коэффициент мощности (до = 0,43), увеличивая на 31% активную мощность разрядного устройства и соответственно более высокую производительность озонатора.

10. Технико - экономические расчеты показали, что применение технологии электроозонной предпосевной обработки семян кукурузы повышает урожайность культуры на 23,7 ц/га, обеспечивает годовой дополнительный эффект в расчете на 1 га площади - 10,7 тыс. руб., годовой дисконтированный доход равен 1532 тыс. руб. Экономическая эффективность от внедрения электроозонирования в технологический процесс предпосевной обработки сахарной свеклы, получаемая на семенном заводе за пять лет и выраженная через чистый дисконтированный доход, составляет 28,5 млн. руб. Экономическая эффективность от технологии электроозонирования для стимуляции весеннего развития на 100 пчелиных семей, выраженная через чистый дисконтированный доход, составляет: разведенческое направление -59070 руб.; медотоварное направление -399170 руб.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Публикации в центральных изданиях, включённых в перечень периодических изданий ВАК РФ

1. Нормов Д.А. Предпосевная обработка семян озоном / Д.А. Нормов, С.В. Оськин // М.: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» №11, 2004 г. - С. 7.

2. Нормов Д.А. Повышение энергетической эффективности электроозонаторов / Д.А. Нормов, Д.А. Овсянников // М.: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» №11, 2004 г. - С. 29-30.

3. Нормов Д.А. Предпосевная обработка семян кукурузы озоно-воздушной смесью / Д.А. Нормов // М.: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» №8, 2007.- С. 24.

4. Нормов Д.А. Предпосевная обработка семян кукурузы озоно-воздушной смесью / Д.А. Нормов, А.А. Шевченко, Р.С. Шхалахов, А.В. Квитко // М.: «Механизация и электрификация сельского хозяйства» №8, 2007.- С. 23-24.

5. Нормов Д.А. Снижение энергоемкости работы электроозонатора при использовании явления электрического резонанса / Д.А. Нормов, Р.А. Амерханов// г. Ростов-на-Дону.: «Известия высших учебных заведений, Северо-Кавказкий регион» / Технические науки// №2, 2008.- С 53-57.

6. Нормов Д.А. Предпосевная обработка семян озоновоздушной смесью как фактор повышения урожайности зерновых культур /Д.А. Нормов, Е.А. Сапрунова// КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного университета» №3(12), 2008.- С 224-227.

7. Нормов Д.А. Математическое моделирование физических процессов в электроозонаторах барьерного типа /Д.А. Нормов// КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного университета» №3(12), 2008.- С 231-235.

8. Нормов Д.А. Влияние озоновоздушной обработки на фитопатогенную микрофлору в овощехранилище /Д.А. Нормов, А.А. Шевченко // КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного университета» №4(13), 2008.- С 208-210.

9. Нормов Д.А. Схема питания электроозонатора /Д.А. Нормов, А.А. Шевченко // КубГАУ.: «Труды Кубанского государственного университета» №5(14), 2008.- С 192-194.

10. Нормов Д.А. Электроозонные технологии в сельскохозяйственном производстве / Д.А. Нормов, И.Ф. Бородин// М.: «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук» №1, 2009.- С 57-59.

11. Нормов Д.А. Применение электроозонирования для повышения посевных качеств семян / Д.А. Нормов, А.А. Шевченко// М.: «Сельский механизатор» №1, 2009.- С 14-15.

12. Нормов Д.А. Влияние обработки озоно-воздушной смесью на лежкость баклажанов / Д.А. Нормов, Е.А. Федоренко// М.: «Гавриш» №1, 2009. С 32-34.

13. Нормов Д.А. Применение озона для предпосевной обработки семян / Д.А. Нормов, Е.А. Федоренко// М.: «Сахарная свекла» №1, 2009. С 17-24.

2. Монографии

14. Нормов Д.А. Параметры электроозонирования для предпосевной обработки семян кукурузы/Д.А. Нормов, А.А. Шевченко, Е.А. Сапрунова, Р.С. Шхалахов, Т.А. Нормова// Монография// КубГАУ.- Краснодар, 2007.

...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены