ЭТУ_Куликова_2014

Установка работает следующим образом: зерно из бункера 7 через подающий зернопровод 6 попадает на разбрасыватель, равномерно распределяясь по транспортерной ленте 4, двигается дальше и проходит под лазерным излучателем 9, далее обработанное лазером зерно попадает

вприемный бункер 10.

Вкачестве излучателя был выбран светодиодный лазер, питающийся от источника постоянного тока напряжением 3В. Для установки был сконструирован блок питания с регулируемым стабилизатором

напряжения на микросхеме LT1083, обеспечивающий на выходе стабилизированное напряжение 1,25…5 В. За счет этого появилась возможность изменять световую мощность лазерного луча. Длина волны используемого лазера λ=680 нм.

Для проведения исследования была выбрана методика многофакторного эксперимента. Принципиальная особенность многофакторного опыта — возможность установить действие изучаемых факторов, а также характер и величину их взаимодействия при совместном применении. Для работы принят насыщенный, близкий к D-оптимальным план для квадратичной модели с четырьмя независимыми переменными. Такие планы обеспечивают минимальное количество экспериментов, не требуя при этом высокой точности измерения значений входных и выходных факторов и обеспечивая достаточно высокую точность построения статистической модели процесса. С учетом выбранной схемы обработки в качестве входных факторов в данном случае определены следующие:

 X1 - угол наклона плоскости скатывания семян, град. В данном случае изменение угла наклона позволяет менять скорость прохождения семян под пятном лазера, что приводит к изменению времени экспозиции t, в течение которого происходит собственно облучение;







час.

В результате мы имеем 4 независимых между собой входных фактора, каждый из которых определяет величину энергетической экспозиции Н. Соответственно каждая из точек плана эксперимента отличается величиной экспозиционной дозы излучения, введенной в

обрабатываемые семена.

Существующая установка имеет ряд существенных недостатков, а именно:

1)низкая производительность;

2)узкий диапазон регулирования мощности лазера (излучателя). Таким образом, стоит задача о разработке установки, которую

можно будет использовать для обработки зерна лазерным излучением в

162

больших объемах. Для реализации поставленной задачи идет работа по совершенствованию сканирующего устройства, способного развертывать лазерный луч в горизонтальную лучевую плоскость.

Рисунок 7.17 – Принципиальная электрическая схема лазерной установки для облучения семян

Выбор технологий предпосевной обработки был основан на предварительных лабораторных исследованиях, которые показали, что облучение семян лазером ускоряет прорастание семян и повышает всхожесть. Двух летние полевые опыты подтвердили эффективность лазерной обработки семян, так в среднем за два года полевая всхожесть в вариантах с предпосевной обработкой семян по технологии 1, 3 и 5 повысилась на 6-11 % (НСР05= 5 %) относительно контроля, где этот показатель составил 60 % (таблица 7.2).

Таблица 7.2 – Структура урожайности яровой пшеницы в зависимости от технологии предпосевной обработки семян (среднее за 2010-2011 гг.)

Увеличение густоты всходов в дальнейшем оказывает непосредственное влияние на формирование густоты стояния растений перед уборкой. Так, полевая всхожесть необработанных семян в 60 % (контроль) способствовала формированию густоты стояния растений до

163

329 шт./м2, что существенно ниже данного показателя в вариантах с предпосевной обработкой семян лазером на 37-62 шт./м2 (НСР05= 35

шт./м2) [10].

Анализ корреляционной зависимости урожайности от всхожести полевой показал прямую положительную зависимость. Так обнаружена средняя прямая корреляционная зависимость между приведёнными признаками (r= 0,64) и определена формула корреляционной зависимости (уравнение прямой линии):

По приведённой формуле построен график (рис. 3).

Аналогичные результаты были получены и по формированию продуктивного стеблестоя, так в контроле густота стояния продуктивных стеблей составила 377 шт./м2, что существенно ниже чем в исследуемых вариантах с технологией 1 и 5 соответственно на 41 и 63 шт./м2 (НСР05= 38 шт./м2). Проанализировав корреляционную зависимость урожайности от продуктивного стеблестоя определён вывод о том, что данная зависимость средняя (r= 0,63) и определена криволинейная зависимость:

Согласно рассчитанной формуле построен график зависимости

(рисунок 7.18).

y = 2E-07x3 - 0,0003x2 + 0,1808x - 20,066

R² = 0,464

Урожайность, ц/га

Густота стояния продуктивных стеблей, шт./м2

Рисунок 7.18 – Зависимость урожайности яровой пшеницы Ирень от всхожести полевой

164

Таблица 7.3 – Влияние лазерной обработки семян на урожайность яровой пшеницы, ц/га

В заключение следует вывод, что приведённые технологии позволяющие повышать полевую всхожесть семян и урожайность яровой пшеницы имеют в настоящее время важное технологическое значение и поэтому их следует внедрять в производство с целью получения высоких и устойчивых урожаев этой культуры [11].

7.6. СВЧ установка для борьбы с сорняками

Угнетающее действие СВЧ - энергии на растительную ткань сорных растений объясняется тем, что СВЧ - поле вызывает в них усиленное движение молекул. За счет межмолекулярного трения выделяется теплота, которая приводит к разрушению молекул и клеточных мембран и в конечном итоге к гибели растения. Основными показателями, влияющими на эффективность СВЧ - метода уничтожения сорняков, является плотность энергии (48...4800 Дж/см2) и доза облучения. Для СВЧ - обработки подходят частоты 430, 915, 2450 и 5800 МГц, так как их эффективная глубина проникновения лежит в пределах 5...40 см. Этого вполне достаточно, так как до 70 % сорняков находятся в слое почвы глубиной до 5 см.

Основными элементами СВЧ - устройства для уничтожения сорняков являются СВЧ - генератор, средства передачи энергии поля к облучаемому объекту (антенна, направленная на почву) и вспомогательные устройства, обеспечивающие питание и контроль за работой основных частей. Блок - схема устройства показана на рисунке 7.19.

166

СВЧ – генератор – магнетрон – служит для преобразования электрической энергии источника тока (обычно постоянного) в энергию переменного тока СВЧ (от 300 до 30 МГц). Блок питания обеспечивает электрической энергией магнетрон, систему охлаждения и элементы контроля и управления и состоит из силового трансформатора и выпрямителя. Блок питания СВЧ - установки, предназначенной для работы в поле, в качестве источника питания должен содержать дизель-генератор.

Система охлаждения предназначена для обеспечения заданного температурного режима, при котором магнетрон и другие устройства сохраняют свои работоспособность и требуемые рабочие параметры. Пульт контроля и управления обеспечивает включение - отключение магнетрона и поддержание нормальных режимов работы всех блоков установки, дистанционный контроль и управление излучаемой и отраженной СВЧ энергией,

Антенно-фидерный тракт включает в себя антенну, передающую линию, управляющие и согласующие элементы и обеспечивает передачу энергии от магнетрона к антенне и от антенны в почву.

СВЧ - агрегат с двумя излучателями представляет собой самоходную установку, состоящую из ходовой части, электросиловой установки, антенного устройства, системы охлаждения и защиты от СВЧ – излучателя

(рисунке 7.19).

3

2

Рисунок 7.19 – Схема СВЧ - агрегата:1– СВЧ генератор с излучателем; 2 – защитный экран; 3 – электросиловые агрегаты; 4 – механизм копирования поверхности почвы антенным устройством

Электроснабжение потребителей агрегата производится от двух электростанций мощностью 100 и 30 кВт. Агрегат может перемещаться со скоростью от 80 до 4600 м/ч. Наличие двух электростанций обусловлено требованиями плавного включения магнетронов типа «Хвоя» мощностью по 50 кВт каждый, работающих на частоте 915 1Гц.

167

Питание анодных цепей магнетронов осуществляется от электростанции мощностью 100 кВт, остальных потребителей – от электростанции 30 кВт.

Для одновременной работы двух СВЧ - агрегатов в их схеме имеются два идентичных источника питания, обеспечивающих регулирование анодного напряжения, магнитного поля и напряжения накала. Применение блокировки в схеме источника исключает возможность включения анодного напряжения при отсутствии тока накала и магнитного поля. Снижение сопротивления изоляции электрической цепи контролируется автоматически.

Допустимый уровень плотности потока СВЧ - энергии на рабочих местах (Рдоп<10 мкВт/см2) достигается благодаря конструкции антеннофидерного тракта и защитных металлических экранов, соприкасающихся с поверхностью почвы в зоне действия излучателей. Антенно-фидерное устройство содержит силовой коаксиально-волноводный переход и излучатель СВЧ - энергии волноводно-щелевого типа.

Конструкция агрегата предусматривает возможность проведения как сплошной, так и рядковой обработки почвы. Последняя технология предполагает одновременный высев семян пропашных культур по следу излучателей. Глубина обработки 6...10 см.

7.7 СВЧ установки для сушки зерна

Принципиальная схема СВЧ - аппарата для сушки зерна представлена на рисунке 7.20. СВЧ – аппарат состоит из источника питания, преобразователя СВЧ - энергии, устройства связи, обеспечивающего передачу энергии зерну; устройства, создающего равномерный характер распределения энергии при нагреве; собственной нагревательной камеры с транспортирующим устройством; системы СВЧ – ловушек и герметизирующих уплотнителей, предотвращающих излучение в окружающему среду, а так же системы управления с обратной связью между элементами.

В США созданы два вида СВЧ – зерносушилок, в которых процесс сушки осуществляется в вакуумных камерах при подведении к ним СВЧ - энергии. Регулирование температуры в этих установках осуществляется с помощью изменения плотности энергии СВЧ - поля, созданного в камере сушилки. Мощность и момент приложения энергии можно мгновенно изменять, что облегчает управление процессом.

168

1

Рисунок 7.20 – Принципиальная схема СВЧ - аппарата для сушки зерна:

1 – источник питания; 2 – преобразователь СВЧ - энергии; 3 – устройство для передачи СВЧ - энергии; 4 – передатчик энергии; 5 – распределитель энергии; 6 –нагревательная камера; 7 – система СВЧ

ловушек; 8 – система управления

Сушка зерна в установке MIVAC (рисунок 7.21, а) происходит в вакуумной камере (алюминиевый цилиндр длиной 7 м и диаметром 0,9 м). Сушильная камера разделена на три части: верхние ёмкость объёмом 0,88 м для временного хранения влажного зерна (рассчитана на 0,6 т. Кукурузы), камеру активной сушилки и нижнюю ёмкость объёмом 1,06 м (на 0,8 т. кукурузы) для высушенного зерна.

Равномерность сушки зерна достигается благодаря резонансным свойствам сушильной камеры и работе магнетрона в асинхронном режиме, в результате чего в резонаторе возникает большое число видов колебаний и точек нагрева по всему объёму. Свободное испарение влаги в установке MIVAC при рабочем давлении 3,4...6,6 кПа и низкой температуре (до 520С) позволяет сохранить посевное качество семян. Установку испытывали на сушке кукурузы, арахиса, риса, ржи. По данным фирмы изготовителя эффективность сушки зерна в СВЧ - установке MIVAC почти в 1,5 раза выше, чем при использовании зерносушилок с электрическими нагревателями.

Фирма разработала модификация сушилки МIVAC (рис. 7.21, б), в которой сушильная камера расположена горизонтально. Зерно из приемного бункера в сушильное отделение поступает по наклонным трубопроводам под действием собственной массы. Внутри сушильной камеры зерно перемежается ленточным транспортером, над которым расположен волноводный излучатель, к которому СВЧ - энергия поступает от магнетрона.

169

Рисунок 7.21 – СВЧ – зерносушилка MIVAC: а – с вертикальной сушильной камерой; б – с горизонтальной; 1 – приёмный бункер; 2 – вакуумная камера; 3 – вакуумный насос; 4 – резервуар для воды; 5 – магнетрон; 6 – волноводы; 7 – верхняя ёмкость;8 – камера активной сушилки; 9 – нижняя ёмкость

С 1982 года в США выпускается СВЧ - зерносушилка Vaс-U-Wave. Эта установка (рисунок 7.22) отличается от предыдущей наличием камеры предварительного нагрева зерна объемом 0,7 м.

Зерно подогревается теплотой, рекуперированной из сушильных1 камер (теплотой откачиваемого воздуха и конденсата влаги). Многокамерная сушильная секция расположена горизонтально, зерно передвигается шнековым транспортером. Магнетроны (9 штук на каждую камеру мощностью по 1,3 кВт) установлены через небольшие интервалы непосредственно на сушильных вакуумных камерах, что позволяет снизить потери энергии при ее передаче и обеспечить более равномерный нагрев всей массы зерна.

170