Светотехн. и электротехн (курс лекций)

Тема 1.7.

Электротермическое оборудование ремонтных предприятий

Электрические печи. Нагрев и термическая обработка играют существенную роль в процессах ремонта сельскохозяйственной техники. Некоторые виды ремонта вообще невозможны без термической обработки.

В ремонтном производстве электронагрев в основном применяется для следующих целей: нагрева деталей и инструмента для термической и термохимической обработки и пайки, сварки, нагрева заготовок перед механической обработкой, металлизации, наплавки изношенных поверхностей и др.

Для выполнения этих операций сельскохозяйственные ремонтные предприятия оснащены разнообразным электротермическим оборудованием, которое мало отличается от соответствующего оборудования промышленных предприятий и подробно описано в литературе по промышленной электротермии. В ремонтном производстве, гаражах и на других подсобных предприятиях применяются также установки низкотемпературного электронагрева для плавления баббитов, вулканизации резины, подогрева моющих растворов, предпускового подогрева двигателей тракторов и автомобилей и др.

Электрические печи сопротивления — наиболее распространенный вид электротермического оборудования. На сельскохозяйственных ремонтных предприятиях применяют в основном камерные электропечи сопротивления с металлическими нагревателями, рассчитанные на работу с обычной (окислительной) средой (типа СНО) и с защитной средой (типа СНЗ). Печи сопротивления с металлическими нагревателями подразделяются на низкотемпературные (до 700 С), среднетемпературные (до 1200°С) и высокотемпературные (до 1300° С).

При более высоких температурах применяют печи с нагревателями из дисилицида молибдена, карборунда и других неметаллических материалов. На небольших ремонтных предприятиях наиболее распространены печи типа СНО с окислительной (воздушной) средой.

Рис. 36. Электрическая печь сопротивления камерная СНО-4.8.2,6/10: 1-дверца;

2-нагреватель боковой; 3-нагреватель сводовый; 4-кожух; 5-футеровка; 6-выводы нагревателей; 7- нагреватель подовый; 8-механизм подъема дверцы.

Тема 1.8.

Бытовые электронагревательные установки

Раздел 2.

Электронагревательные установки

Под электротехнологией понимают производственное использование электрических и магнитных полей, электрического тока, электрических зарядов и импульсов и других электрофизических факторов для непосредственного воздействия на материалы, живые организмы, растения и продукты с целью получить в них целесообразно направленные изменения. Электротехнологию стремятся применять там, где она повышает качество или количество продукции, увеличивает производительность труда и экономически себя оправдывает.

В сельскохозяйственном производстве электротехнология может быть применена для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства, а также для изменения и усовершенствования разнообразных технологических процессов. Одна из разновидностей электротехнологии по производственному использованию электрических полей, в которых упорядоченное движение электрических зарядов создает в обрабатываемом материале и других объектах воздействия совокупность целесообразно направленных изменений, получила название электронно-ионной технологии. Различные виды воздействия электрофизических факторов на живые организмы, растения и материалы с соответствующими дозами и режимами с целью направленного стимулирования или подавления жизнедеятельности микроорганизмов и клеток, а также усовершенствования технологии сельскохозяйственного производства находятся еще в стадии разработок и исследований. Однако вопросы развития и применения электротехнологии в сельском хозяйстве весьма перспективны.

Тема 2.2.

Электронно-ионная технология

Электрозерноочистительные машины. Урожайность зерновых культур в значительной мере зависит от посевных качеств семян.

Несмотря на высокие требования к очистке и сортировке как семенного, так и товарного зерна, существующие зерноочистительные машины, в принципе действия которых используются лишь механические свойства семян культурных растений и сорняков, далеко не полностью отвечают этим требованиям. Так, например, зерна таких сорняков, как овсюг, куколь, гречишка, на решетах не отделяются от зерен пшеницы, а зерна ржаного костра — от зерен ржи.

Триеры, разделяющие зерна по длине, не отделяют сорняк овсюг от овса, костер от ржи и пшеницы, рожь от спорыньи, плевел от зерен льна.

Электрические свойства зерна, то есть способность получения заряда в электрическом поле, в основном определяются его диэлектрической проницаемостью, сопротивлением, формой, размерами. С увеличением плотности и влажности зерна диэлектрическая проницаемость увеличивается. Она также зависит от температуры. Для различных сортов пшеницы, ржи при влажности 8—32% относительные диэлектрические проницаемости приблизительно находятся в пределах 10—150. Для овса относительная диэлектрическая проницаемость при больших влажностях может доходить до бесконечности. Сопротивление зерна с увеличением температуры и влажности значительно уменьшается. Например, увеличение температуры зерна

пшеницы «Искра» влажностью 18% от 1,5 до 27° С снижает его сопротивление с 750 до 50 МОм, то есть в 15 раз.

Электрозерноочистительные машины барабанного типа. В электрокоронных сепараторах барабанного типа, имеющих заземленный барабан в качестве осадительного, а нити проволоки, натянутые вдоль барабана, в качестве коронирующего электрода, распределение действующих на частицу сил может быть представлено схемой, изображенной на рисунке 37.

Частица, поступившая на поверхность вращающегося заземленного электродабарабана со скоростью, равной нулю, приобретает заряд от ионов, движущихся от коронирующего электрода к барабану.

Рис. 32. Принципиальная схема электрокоронного сепаратора барабанного типа.

Научно производственная фирма «Аэромех» была создана в результате слияния науки и производства, и начала свою деятельность в июле 2001 года. Фирма работает на рынках Украины, России, Казахстана, Молдовы, Беларуси, Израиля и хорошо известна как производитель и поставщик высококачественных сельскохозяйственных сепараторов:

САД-30, САД-10(102)-01, САД-10(102)-02, САД-5, САД-1

зерноочистительные сепараторы САД предназначены для высококлассной подготовки посевного материала, а также для калибровки, сортировки и очистки всех известных видов семян и других сыпучих материалов (гранитная крошка, щебень, галька и т.д.). Сепарация зерна происходит преимущественно по удельному весу с учѐтом размеров и состояния поверхности зерна. Такой комплексный подход к каждой зерновке сепарируемого потока позволяет выделить с высокой точностью зерна сформированные в средней части колоса, початка, корзинки и т.д. Это фактически сепарация семян по биологической ценности. Добиться такого результата стало возможно при помощи новейшей технологии «Сканирования высокочастотными воздушными потоками сыпу-

чих материалов в текучей среде».

Подготовка семян для посева на сепараторе САД исключает применение решет и сит, в то время как большая часть машин используют калибровку (сорти-

ровку) именно по этому принципу. Как правило, это набор решет отличающихся

между собой лишь формой, размером ячеек и разным углом наклона, которые приводит в движение вибратор. Выборка посевного материала производится по принципу: большие зѐрна – отличное качество. Но этот метод не учитывает попадание порченого или пустого семени в секции с качественным зерном.

В работе сепаратора САД впервые был применѐн новый способ калибровки и очистки семян по удельному весу. Способ защищѐн декларационным патентом номер № 60254А (UA) "Способ сепарирования сыпучей смеси в текучей среде и устройство для его осуществления" от 15.09.2003 года.

Этот способ позволяет выделить семена, которые владеют повышенными посевными качествами; получить отобранные семена с высоким качеством клейковины и т.д.

Руководство фирмы приняло решение о сертификации сепаратора Днепропетровским региональным государственным научно-техническим центром стандартизации и сертификации были проведены испытания для получения сертификата соответствия сепаратора. Протокол испытаний аэродинамического сепаратора САД10(102) от 01.03.2006 №06.

Сепаратор сертифицируется партиями количеством 30шт., что предоставляет возможность постоянно усовершенствовать модель машины

Ежегодно сепаратор подлежит проверке соответствия требованиям стандартов, норм и правил, что подтверждается актом №334 от 5 июля 2004 года, государственного предприятия "Луганский региональный центр стандартизации, метрологии и сертификации".

Зерноочистительная машина Сепаратор САД очищает и калибрует зерно за один проход сквозь рабочую камеру машины независимо от степени загрязнения и влажности семян. Чтоб проверить качество калиброванного на "САДе" зерна, было сделано несколько опытов с посевом семян. Для сравнения на одном из участков высеяли сертифицированные семена. Увеличение урожая на участках, засеянных семенами, калибро-

ванными на "САДе" составляло в среднем 35%.

Своѐ применение Сепаратор САД нашел на хлебоприѐмных пунктах, семенных станциях, в фермерских хозяйствах, а также в перерабатывающей промышленности (производство круп).

Организовано сервисное обслуживание, по монтажу и установке машины, а также по обучению операторов непосредственно на предприятии покупателя.

С хозяйствами, которые приобрели сепаратор поддерживается постоянная связь.

Надзор за качеством производства сепараторов осуществляется службой технического контроля фирмы.

О качестве сепаратора говорят отзывы присланные с хозяйств, которые уже эффективно его эксплуатируют.

Рынок сбыта зерноочистительных сепараторов расширяется с каждым годом.

Фирма принимала участие в региональных, национальных, и международных выставках, о чѐм свидетельствуют полученные дипломы.

Сравнивая посевной материал, подготовленный на Сепараторах САД с материалом, полученным на решѐтных машинах, пневмостолах, пневмосортировальных машинах, получили следующие результаты:

-энергия прорастания повысилась на 10%; -всхожесть - на 11%;

-колосья, полученные от этих семян на 25-30% более озерненные и степенью кустистости выше, по сравнению с контролем;

-эти семена способны благоприятно перенести условия перезимовки, не снижая активности ростовых процессов даже в суровых условиях зимы 2002-2003 в Луганской обл.;

-дали прибавку урожая на 25-30% выше, чем семена, прошедшие подготовку на традиционных линиях (БЦС, пневмостол, решетная машина, триерная машина);

-сепаратор способен из фуражной пшеницы выделить пшеницу 2-го и 3-го класса.

ОПИСАНИЕ УНИКАЛЬНОСТИ МОДЕЛЕЙ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ СЕПАРАТОРОВ САД.

1.Сепаратор САД очень прост в эксплуатации. Для его обслуживания достаточно одного оператора;

2.Устройство и принципы работы сепаратора исключают процесс трения, что продлевает срок эксплуатации;

3.Потребляемая мощность: от 1,2 кВт до 15 кВт;

4.Сепаратор САД производительностью 1т/ч работает от 220V;

6.Производительность в режиме калибровки (сортировки, подготовки посевного материала):

от 0,5 т/ч до 10 т/ч;

7.Машина может использоваться как в стационарном режиме, так и на потоке (под норию);

8.Возможно устанавливать любой из сепараторов САД на ЗАВ, КЗС и т.д.;

9.При работе на сепараторе САД нет ограничений по культурам и влажности исходного материала;

10.Очистка и настройка сепаратора при переходе с одной культуры на другую осуществляется в течении 15 минут.

Рис. 33. Принципиальная схема установки для окрашивания изделий в

трическом поле: 1 — окрашиваемые детали; 2— распылитель; 3 — коронирующие электроды (проволока); К —краска; В — сжатый воздух

Осаждения в электрическом поле. Окрашивание деталей применяется для защиты металлических изделий от коррозии и декоративного их оформления. Широко применяемый способ окрашивания деталей при помощи распыления краски сжатым воздухом приводит к большим потерям лакокрасочных материалов. При окраске мелких изделий эти потери достигают 60—70%.

На рисунке 33, а изображена принципиальная схема установки для окрашивания деталей в электрическом поле с пневматическим распылителем краски. Электроды 3 выполнены в виде сетки из нихромовой проволоки диаметром 0,3 мм с расстоянием между параллельными нитями 200 мм. На электроды подается отрицательный полюс от источника постоянного тока напряжением 100— 130 кВ.

К конвейеру подвешиваются окрашиваемые детали. Конвейер и детали заземлены. Расстояние между электродными сетками и окрашиваемыми деталями должно быть не менее 25 см. При напряжении на электродах 100 кВ это расстояние берут равным 28— 30 см. Расстояние от стенок камеры до коронирующих электродов берут не менее 60 см.

Давление в красконагнетательном баке следует поддерживать 15—30 кПа. Давление воздуха, распыляющего краску, устанавливают в пределах 80—140 кПа в зависимости от вязкости краски. Распылители располагают по обеим сторонам конвейера на расстоянии 50—60 см от коронирующих электродов под углом 4—10° коси конвейера. Рабочий процесс окраски должен проходить при градиенте потенциала не более 4,3 кВ/см для деталей, не имеющих острых краев или выступов, и не более 3,5 кВ/см, для деталей с острыми краями или выступами.

Для удаления паров растворителей, образующихся в камере при окрашивании деталей, устраивают вытяжную вентиляцию. При этом скорость движения воздуха в камере должна быть не более 0,2— 0,5 м/с. Колокольные (чашечные) распылители (рис. 33, б) совершеннее пневматических. Насос по изолированному шлангу и трубчатым осям подает краску на внутренние поверхности головок колокольных распылителей, приводимых во вращение электродвигателем или воздушной турбинкой с частотой около 900 оборотов в минуту. Под действием центробежной силы краска тонким слоем стекает на острые кромки головок распылителей и расталкивающими усилиями электрического заряда распыляется. Отрицательный полюс источника постоянного тока подается на распылитель, передающий отрицательные заряды глав-

ным образом у коронирующих кромок головок распылителей. При этом в пространстве между распылителями и окрашиваемыми изделиями непрерывно создается высокодисперсный аэрозоль из электрически заряженных частиц краски.

Осаждение химикатов в электрическом поле. Для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур широко применяется распыление химикатов над полем с целью нанесения на поверхность обрабатываемых объектов слоя химиката толщиной 1—10 мкм. Осаждаемость распыленных в воздухе аэрозолей с размером частиц примерно того же порядка составляет 10—20%. Для снижения потерь химикатов распыляемым аэрозолям необходимо сообщить электрический заряд. В этом случае движение заряженных частиц к обрабатываемым поверхностям будет происходить по силовым линиям электрического поля, которое образуется в пространстве между одноименно заряженными частицами струи аэрозолей и наведенными зарядами противоположного знака на обрабатываемых поверхностях, обращенных к заряженным частицам. Для получения аэрозолей применяются специальные устройства — аэрозольные генераторы. Электризация аэрозолей может осуществляться в поле коронного разряда. Для этого струя аэрозоля пропускается через зону коронного разряда ионизатора. Ионы поступают от коронирующего электрода, к которому присоединяется отрицательный полюс источника постоянного тока, а положительный полюс подается на заземленный корпус ионизатора. Ионы осаждаются на частицах химиката и заряжают их. Исследованиями установлено, что за счет электризации частиц аэрозоля его осаждаемость увеличивается на 20—40%. При этом равномерность покрытия обрабатываемых поверхностей возрастает в 4 раза.

Тема 2.3.

Обработка электрическим током

Электрообработка грубых кормов. В Украинской сельскохозяйственной академии разработан электрический способ обработки соломы, в котором сочетается тепловое и химическое действие электрического тока. Установка для обработки соломенной резки переменным током представляет собой деревянный ящик, разделенный на три равные части. На дне каждого отсека и сверху на соломенной резке устанавливают электроды из листовой стали, нижние электроды присоединяют к нулевому, а верхние — к фазным проводам сети. Установку загружают соломенной резкой, увлажняют 2-процентным содовосолевым раствором кальцинированной соды и поваренной соли и ночью, в период провала суточного графика нагрузки, включают в сеть. Нагревание соломенной резки при прохождении через нее переменного тока ускоряет химические реакции. При этом пар способствует протеканию реакций, обеспечивая существенное изменение углеводно-лигнинового комплекса соломы. В результате такой обработки переваримость и усвояемость соломенной резки повышается в 1,5—2 раза.

Электрорассоление засоленных почв. Значительное увеличение производства сельскохозяйственной продукции и в первую очередь зерна можно получить путем рассоления засоленных почв и ввода их в эксплуатацию.

Наряду с другими способами особого внимания заслуживает восстановление плодородия засоленных почв при помощи постоянного тока.

Засоленные почвы содержат углекислую и двууглекислую соду, легко растворимые минеральные соли соляной кислоты и другие, большая часть которых вредно отражается на росте и развитии сельскохозяйственных растений. Соли проникают в

корневую систему из ризосферы, возникает значительное осмотическое давление внутри корневой системы, и растение теряет способность поглощать питательные вещества из почвенной среды.

Протекая через засоленную водонасыщенную почву, постоянный ток увеличивает растворимость и подвижность труднорастворимых солей, а также вызывает электролиз и электроосмос в почве, что совместно с гидродинамическими потоками увеличивает солевую отдачу почвы.

Исследования показали, что наиболее интенсивно процесс рассоления щелочных сульфато-хлоридных солончаковых почв происходит при плотности постоянного тока 0,1 А/м2. Генетический горизонт в этом случае составляет 69—80 см. Электроды могут быть трубчатые или пластинчатые.

Воздействие электрического тока на растения. Еще И. В. Мичуриным бы-

ло отмечено положительное влияние электризации почвы при выращивании сеянцев винограда, груш, яблонь и др. При эксплуатации сельских линий электропередач, выполненных по системе ДПЗ, было замечено, что вдоль трассы линий вырастала пышная растительность. Положительный эффект наблюдался при выращивании овощных культур в парниках с электродным обогревом почвы. Значительный интерес представляют исследования кандидата технических наук доцента В. А. Шустова, по выявлению оптимальных плотностей переменного и постоянного токов, обеспечивающих значительное увеличение урожая овощных культур в условиях защищенного грунта. На рисунке 34 приведены зависимости массы собранного салата и редиса от плотности тока в почве, изменяющейся от 0,13 до 1,0 мА/см2. Из кривых видно, что переменный ток плотностью 0,5 мА/см2 оказывает наибольшее благоприятное действие на корневую систему овощных культур, особенно при угольных электродах. Постоянный ток в диапазоне плотностей от 0,13 до 1,0 мА/см2 оказывает отрицательное действие, так как полученный выход зеленой массы овощных культур из опытных ящиков был значительно ниже, чем из контрольных. Анализируя графические зависимости, можно также заметить, что начиная от плотности тока 0,13 мА/см2 и ниже, сбор зеленой массы растений при пропускании постоянного тока (электроды угольные) оказывается больше, при пропускании переменного тока. Исследования действия постоянного тока с меньшими плотностями показали, что наибольший сбор зеленой массы салата и редиса был получен при плотности тока в почве 0,01 мА/см2.

Увеличение урожая при плотностях 0,5 мА/ см2 переменного и 0,01 мА/ см2 постоянного тока составляло 40% по сравнению с контролем. При этом длительность прохождения тока в почве была 12 ч ежесуточно в дневной период.

При переменном токе плотность 0,5 мА/см2, помимо благоприятного воздействия на растения, достаточна для обогрева почвы в теплицах и парниках в холодное время года, а при постоянном токе плотность 0,01 мА/см2 весьма мала и будет лишь обеспечивать положительное электрическое воздействие на корневую систему растений.

Рис. 34. Зависимость урожая зеленой массы

салата и редиса (грамм на ящик) от плотности тока, проходящего через почву: 1- переменный ток, угольные электроды; 2- переменный ток, стальные электроды; 3- постоянный ток, стальные электроды; 4- постоянный ток, угольные электроды.

Тема 2.4.

Электроимпульсная техника и технология

Электрические изгороди. Электрическая изгородь представляет собой стальную проволоку, закрепленную на изоляторах, на которую импульсами подается высокое напряжение от специального электропульсатора. Во время прикосновения к изгороди происходит электрический удар, который не представляет опасности для жизни и здоровья животных, но достаточен для вырабатывания условного рефлекса «боязни» прикосновения к ограждающей проволоке. Исследования и практика использования электрических изгородей показали, что количество электричества до 3 мА·с, прошедшее через животное, не опасно для его здоровья. Электрические изгороди применяются для загонной пастьбы скота, свиней, овец и других животных, а также для ограждения летних лагерей, выгульных площадок, прогонов, стогов сена, участков культур и других мест, охраняемых от животных или опасных для них.

Электрическая изгородь состоит из ограждения, генератора электрических импульсов высокого напряжения и источника питания. Ограждение выполнено в виде изгороди в один или несколько проводов мягкой стальной оцинкованной проволоки диаметр» 1 — 1,5 мм, подвешенной на изоляторах опорных стоек. Число проводов, высоту подвеса и расстояние между стойками выбирают в зависимости от вида и возраста животных.

Рис. 35. Электрическая схема электроизгороди ИЭ-200

Электроискровая обработка металлов. Обработка металлов импульсами электрического тока называется электроэрозионной или электроискровой обработкой. Электроискровой метод обработки металлов был открыт в 1943 г. советскими инженерами Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко. Этот способ основан на использовании явления электрической эрозии металлов, то есть разрушения электродов под действием электрического разряда. Сущность способа электроискровой обработки металлов заключается в использовании разрушающего действия электрических искровых разрядных импульсов между электродами, сближаемыми на расстояние,

пробиваемое данным напряжением. Каждый искровой импульс вызывает местное разрушение материала анода в виде углубления — лунки.

Для уяснения принципа работы электроискровой установки рассмотрим электрическую схему с генератором импульсов (рис. 36). Эта схема состоит из источника постоянного тока, реостата R, конденсатора С, электродов, искрового промежутка в диэлектрической жидкости и измерительных приборов. В качестве жидкости чаще всего используют керосин, дизельное топливо, соляровое масло, трансформаторное масло и другие минеральные масла, а в последнее время — водные растворы электролитов и дистиллированную воду. Электрод Э1 называется электродоминструментом, а электродом Э2 является обрабатываемая деталь. Схему электроискровой установки принято разделять на два контура: питающий, или зарядный, и разрядный. Первый на схеме показан тонкими линиями, а второй —более жирными.

Если разрядное напряжение на электродах больше напряжения источника постоянного тока, то при включении питания промежуток не пробивается, а конденсатор С заряжается до напряжения источника питания в течение времени, пропорционального емкости конденсатора С и сопротивлению цепи зарядки R.

Для получения искровых импульсных разрядов между электродами устанавливают такой промежуток, чтобы он пробивался напряжением Uр, меньшим, чем напряжение источника питания. В этом случае при включении источника питания напряжение на конденсаторах, а следовательно, и на искровом промежутке будет возрастать от нуля до напряжения пробоя Uр. Запасенная конденсатором энергия

СU р 2 отдается при разрядке кратковременным импульсом тока. Так как время

2

разряда пропорционально емкости конденсатора и сопротивлению дуги искрового промежутка составляющему десятые — сотые доли ома, оно во много раз меньше времени заряда и представляет собой незначительную величину.

Рис. 36. Схема электроискровой установки с генератором RC.

Электрогидравлический эффект и его использование. Сущность явления электрогидравлического эффекта заключается в том, что при высоковольтном разряде в жидкости в зоне разряда возникают большие импульсные давления, передаваемые распространяющимися волнами во все стороны и механически воздействующие на встречающиеся предметы. Так как заряжаемые до напряжения пробоя искровых промежутков высоковольтные конденсаторы разряжаются в течение весьма короткого времени ( р 10 5 10 6 с) на очень малое сопротивление канала

разряда, процесс разряда происходит почти мгновенно, подобно взрыву, при больших мгновенных значениях тока порядка десятков - сотен килоампер и мощности в десятки — сотни тысяч киловатт, вызывающих высокую температуру в канале разряда около нескольких десятков тысяч градусов.

По мере развития разряда искровой канал в жидкости расширяется по отношению к размерам начальной стадии разряда. Поскольку этот процесс происходит