3640

средства для агропромышленного комплекса: материалы науч. конф. проф.-преп. состава, науч. сотр. и аспир. (30 матра-1 июня 2015г., Воронеж). – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2015. – С. 5-8.

9.Козлов, Д.Г. Применение спецэлектротехнологий в АПК /Д.Г. Козлов, А.В. Калинин//Инновационные технологии и технические средства для агропромышленного комплекса: материалы науч. конф. проф.-преп. состава, научных сотрудников и аспирантов (Воронеж, 30 матра-1 июня 2015). – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2015. –

С. 5-8.

10.Козлов, Д.Г. Светотехника и электротехнологии: учебное пособие/Д.Г. Козлов, Р.К. Савицкас. – Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2014. – 363 с.

11.Кольцова, Л.Н. Влияние ультразвука на прорастание твердых семян люцерны / Л.Н. Кольцова, М.К. Прокофьев // Селекция семеноводства. – 1971, №1. – 59 с.

12.Обеззараживание и активация посевного материала – [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ultrazvu.com/ agro_obezzaragivanie_activacia_posevnogo_materiala.php

13.Облучение – [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: http://enc-dic.com/sciencetech/Obluchenie-2329/.

14.Пахомов, А.В. Повышение всхожести и урожайности культур при УФ облучении / А.В. Пахомов, Д.Г. Козлов // Молодежный вектор развития аграрной науки: материалы 63-й научной студенческой конференции. – Ч. 2. – Воронеж: ФГБОУ ВПО ВГАУ, 2012. – С. 203-

15.Торосян, Р.Н. Обработка твердых семян ультразвуком / Р.Н. Торосян, В.А. Тютюнникова // Вестн. с.-х. науки. – 1965, № 2. – 109 с.

16.Трушин, А.В. Современные электротехнологии в АПК /А.В. Трушин, Д.Г. Козлов//Молодежный вектор развития аграрной науки: материалы 64-й науч. студенческой конф. – Воронеж: ВГАУ, 2013. – Ч.

1.– С. 55-60.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I»

221

УДК 628.9:621.382

С.Е. Проничкина, Л.В. Синицына

КВОПРОСУ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВЕЩЕНИЯ СВЕТОДИОДАМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Доклад посвящен методике проведения экспериментальных исследований эффективности выполнения производственных зрительнонапряженных работ при освещении светодиодами

Ключевые слова: светодиоды, светодиодное освещение, модель зрительной работы, программа эксперимента, методика

Области применения светодиодов (СД) в освещении быстро расширяются, однако в научной литературе нет достаточно публикаций об исследованиях влияния светодиодного освещения на производительность зрительной работы, функциональное состояние работающих, выполняющих производственные зрительнонапряженные работы. Это связано, в первую очередь, с проблемой возможной опасности для органа зрения достаточно интенсивной синей составляющей в спектре белых СД. В современных публикациях специалисты исследуют степень влияния светодиодного освещения на орган зрения и организм человека разными методами, но полученные результаты часто противоречивы и не однозначны.

Для внедрения новых разработок в области освещения СД необходимы комплексные экспериментальные исследования по оценке функций зрения, показателей производительности зрительной работы в условиях как лабораторного, так и натурного эксперимента.

К таким разработкам, в частности, относятся белые СД второго поколения, которые направлены на снижение возможной фотобиологической опасности для зрения. Так, компанией Seoul Semiconductor были представлены новые белые СД, спектр которых максимально приближен к солнечному [1]. Поэтому можно предположить, что СД второго поколения не будут так опасны для органа зрения, как считают некоторые специалисты. Однако доказать это возможно только на основе проведенных экспериментальных исследований.

222

Для проведения экспериментальных исследований по оценке эффективности освещения со СД второго поколения была создана экспериментальная исследовательская установка в лаборатории № 316 института электроники и светотехники ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарева». В помещении для исследований естественный свет не предусматривался. Светильник для исследовательской установки является экспериментальным образцом.

На рисунке представлен спектр излучения светильника.

Спектр светильника

Нами была разработана программа лабораторных исследований.

Выбраны уровни освещенности, которые наиболее характерны для выполнения зрительных работ высокой, очень высокой и наивысшей точности (размер объекта различения 0,15 – 0,3 мм). Для контроля освещенности рабочей поверхности используется люксметр «ТКА-ЛЮКС» (ТУ-4437-005-16796024-2000). Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения освещенности ± 6%.

Изменение уровней освещенности рабочей поверхности достигается за счет регулировки высоты расположения светильника.

Для исследований подготовлена группа волонтеров в количестве 8 человек из числа студентов в возрасте 20 – 25 лет. У всех отобранных волонтеров острота зрения на оба глаза – 1,0; цветоощущение без патологии. Число испытуемых определялось, исходя из требований получения статистически достоверных данных. Составлены графики работы каждого волонтера с учетом

223

обязательного чередования времени проведения одних и тех же опытов.

В большинстве случаев представляет интерес лабораторное изучение работ высокой, очень высокой и наивысшей точности, так как именно для них можно получить ощутимый эффект от улучшения условий освещения. Для таких работ используют специально построенные модели контрольно-браковочных или сборочных операций.

Важным моментом в проведении исследований по оценке условий освещения для производственных условий является выбор модели зрительной работы. Для проведения экспериментальных исследований в качестве модели зрительной работы нами выбрана работа с металлическими и пластмассовыми деталями, которые характерны для ряда производств электротехнической промышленности.

Функциональная нагрузка заключается в выявлении брака (царапин) на металлоизделиях –различной формы заготовок и на пластмассовых изделиях; рассортировке металлоизделий – трехзвенных токовых вводов, выполненных из различных металлов. Предварительно детали модели раскладываются на партии, и в них заранее исключены фабричные дефекты, схожие с объектами различения. Число бракованных деталей в каждой партии и число деталей при их подсчете испытуемому не известно заранее во избежание возможности пересчета и запоминания в процессе работы. Рассортировка и разбраковка каждой из составляющих модели производится непосредственно друг за другом без пауз. Ритм работы предусматривается свободным и устанавливается для себя каждым волонтером индивидуально, что имитирует производственные условия браковщика. Между тем инструкция, предназначенная каждому волонтеру, рекомендует выполнять работу качественно и наиболее быстро. Работа в течение 90 мин по выбранной модели эквивалента по зрительному утомлению работе в реальных производственных условиях в течение полного рабочего дня.

Для каждого уровня освещенности предлагается свой объект различения, в соответствии с разрядом зрительной работы.

При разработке методики проведения эксперимента исходили из комплексного изучения физиологических функций, при котором результаты, полученные с помощью различных методов, дополняя

224

друг друга, разносторонне отражают состояние органа зрения и организма в целом.

Методика эксперимента включает оценку в динамике зрительных функций волонтеров, интегральных показателей зрительной работоспособности, измерение диастолического и систолического артериального давления, частоты сердечных сокращений [2].

Зрительные функции предлагается оценивать по объему абсолютной аккомодации (монокулярно, измерением расстояния до ближайшей точки ясного видения), измерению времени ахроматической адиспаропии (бинокулярно)

Для оценки интегральных показателей зрительной работоспособности предлагается использовать метод корректурных проб и измерение критической частоты слияния световых мельканий. Для этих исследований предназначен компьютерный комплекс для психофизиологических исследований «Психомат» КПФК-99.

План эксперимента предусматривает адаптацию к исследуемым условиям освещения в течение 15 мин.После зрительной нагрузки волонтеры должны заполнить анкету субъективной оценки, включающую вопросы, связанные с качеством освещения.

Результаты лабораторных исследований могут быть в дальнейшем использованы для разработки нормативной документации и практических рекомендаций по применению систем освещения на основе СД нового поколения.

Литература

1. Искусственное Солнце: Seoul Semiconductor представляет светодиоды нового поколения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://zoom.cnews.ru/publication/item/58302 (Дата обращения: 16.01.2018)

2. Амелькина С. А. Разработка комплексной методики оценки влияния условий светодиодного освещения на состояние органа зрения и организма человека в целом / С. А. Амелькина, О. Е. Железникова, С. В. Кирюхина, Л. В. Синицына // Естественные и технические науки. 2013. № 5 (67). – С. 249 – 257.

ФГБОУ ВО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»

225

УДК 620.179.16

С.А. Ручьев, В.А. Тюнин, А.В. Солопов

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА

В статье приведен анализ особенностей ультразвуковых волн, их сфера применения, а также приведены примеры ускорения производственных процессов с помощью ультразвука

Двадцать первый век – век радиоэлектроники и ультразвука. Наука об ультразвуке достаточно молодая. Исследованием ультразвука занимался известный русский физик П.Н. Лебедев. В конце XIX века он представил первые научные работы о исследовании ультразвука. За последнее время количество устройств, которые основаны на использование ультразвука (механические колебания с частотой выше 20 кГц), увеличились за счет развития технологий. В медицине, в первую очередь, это аппарат УЗИ, с помощью которого можно в реальном времени следить за состоянием внутренних органов. Используя ультразвук большей мощности можно разрушать клетки опухолей, разрезать костные и мягкие ткани при сложных операциях. Ультразвук имеет некие особенности по сравнению со звуками слышимого диапазона. В ультразвуковом диапазоне намного легче получить направленное излучение, он отлично поддается фокусировке, что дает повышение интенсивности ультразвуковых колебаний. При распространении в газах, жидкостях и твердых телах ультразвуковые волны проявляют интересные явления, многие из которых нашли свое применение в разных сферах науки и техники. Успешно проведены исследования в области ультразвуковой кавитации и акустических течений, которые помогли создать новые технологические процессы, происходящие при воздействии ультразвука в жидкой фазе [1, 2, 5, 7].

В настоящее время разрабатывается совершенно новое направление в химии – ультразвуковая химия. Она позволяет ускорить большое количество химических процессов. Научные исследования способствовали развитию нового раздела акустики – молекулярной акустики, изучающей молекулярное взаимодействие звуковых волн с различными веществами.

226

На ровне с теоретическими и экспериментальными работами в области ультразвука, проведено достаточно большое количество практических работ. Разработаны новейшие, универсальные и специальные ультразвуковые станки, установки, работающие под завышенным статическим давлением, ультразвуковые установки для очистки деталей из любых материалов, генераторы с повышенной частотой и более новой системой охлаждения, преобразователи с равномерно распределенным полем. Так же внедрены в производство автоматические ультразвуковые установки, включающиеся в поточные линии и помогающие значительно повысить производительность труда.

Ультразвуковые излучатели делятся на две группы [3, 4, 10]: 1) Колебания, возбуждающиеся препятствиями на пути струи

газа, жидкости, или прерыванием струи газа и, соответственно, жидкости. Используются в большинстве случаев с ограничением, в основном для получения ультразвука большой мощности в среде газа.

2) Колебания, возбуждающиеся преобразованием в механические колебаний тока или напряжения. Во многих ультразвуковых устройствах используются излучатели этой группы: пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи.

Очень интересным и полезным способом применения ультразвука является механическая обработка сверхтвердых и хрупких материалов.

Если между рабочей поверхностью ультразвукового прибора и обрабатываемой деталью ввести любой абразивный материал, то при работе излучателя частицы абразива будут отрицательно воздействовать на поверхность детали, при этом материал разрушается и удаляется при обработке под действием большого числа направленных микроударов. Кинематика ультразвуковой обработки формируется из главного движения – резания, т.е. продольных колебаний инструмента, и вспомогательного движения

– движения подачи. Продольные колебания служат источником энергии абразивного зерна, которые в дальнейшем и производят разрушение обрабатываемого материала детали. Вспомогательное движение – движение подачи – бывает продольным, поперечным и может быть круговым.

Обработка ультразвуком в зависимости от зернистости абразива дает достаточно большую точность – от 50 до 1 мкм. С

227

применением различных инструментов можно выполнять сложные вырезы, криволинейные оси, изготавливать матрицы, шлифовать, гравировать и даже сверлить алмаз. В качестве абразива могут применяться: алмаз, корунд, кремень, кварцевый песок.

Из существующих в настоящее время методов ни один не подходит для сварки разнородных металлов или если к толстым деталям нужно приварить тонкие пластины. В этом случае ультразвуковая сварка незаменима. Такую сварку еще называют холодной, так как детали соединяются в холодном состоянии. Окончательного представления о образовании соединения при ультразвуковой сварке нет. После ввода ультразвуковых колебаний между свариваемыми пластинами образуется слой высоко пластичного металла. При этом пластины относительно легко поворачиваются вокруг вертикальной оси на любой угол, но как только ультразвуковое излучение прекращается, происходит мгновенное «сцепление» пластин между собой. При сварке ультразвуком температура намного меньше температуры плавления, поэтому соединение деталей происходит в твердом состоянии. С помощью ультразвука можно сваривать многие металлы и сплавы, такие как: медь, молибден, тантал, титан, многие стали. Лучшие результаты получаются при сварке тонких листов разнородных металлов и приварке к толстым деталям тонких листов. При ультразвуковой сварке в меньшей степени изменяются свойства металла в зоне сварки, требования к качеству подготовки поверхности значительно ниже, чем при других методах сварки. Сварке ультразвуком хорошо поддаются и неметаллические материалы, такие как: пластмасса, полимеры и др. [9, 10].

Также ультразвук применяют для механической очисти деталей. Применение ультразвука для механической очистки основано на возникновении под его воздействием в жидкости различных нелинейных эффектов, таких как: кавитация, акустические течения, звуковое давление. Основную роль конечно же играет кавитация. Её пузырьки, возникая и взрываясь вблизи загрязнений, разрушают их. Этот эффект известен как квитанционная эрозия, и широко распространен. Используемый для этих целей, ультразвук имеет низкую частоту и повышенную мощность. В условиях быта для мытья мелких деталей и посуды применяются ультразвуковые ванны, заполоненные растворителем (вода, спирт и др.), с их помощью от частиц земли моют даже

228

корнеплоды (картофель, морковь, свекла и др.), для стирки тканей, используют специальные, излучающие ультразвук устройства, погружаемые в отдельную ёмкость.

В рыбной промышленности применяют ультразвуковую эхо локацию для обнаружения косяков рыб. Ультразвуковые волны отзываются от косяков рыб и приходят в приёмник ультразвука раньше, чем ультразвуковая волна, отразившаяся от дна. В автомобилях устанавливаются ультразвуковые парктроники, которые служат для облегчения водителю при парковке транспорта.

Ультразвук широко применяется для лечения и профилактики

встоматологии. Стоматологические ультразвуковые инструменты позволяют безболезненно удалять зубные налеты, и очищать корневые каналы. Для проведения бесконтактных операций в зубной полости используют ультразвуковые скальпели. Так же, стерилизацию стоматологических инструментов также производят с помощью ультразвука. Для ухода за полостью рта и чистки зубов разработаны специальные ультразвуковые зубные щетки. В косметологии ультразвуковые процедуры творят поистине «настоящие чудеса». Невидимые ультразвуковые волны содействуют более глубокому проникновению косметических и лечебных средств в подкожные ткани, что приводит к заметному разглаживанию морщин.

На сегодняшний день разрабатывается и выпускается большое количество полезных устройств, в которых используются ультразвуковые импульсы. Это компактные стиральные машинки, которые стирают без моющих средств, дальномеры, рулетки, увлажнители и др. Уникальные свойства ультразвука способные воздействовать особым образом на живой организм, использованы в таких устройствах, как отпугиватели грызунов. Настроенные на волну этих животных, устройства издают ультразвуковые импульсы, отгоняющие вредителей. Таким образом, создается щит от мыши, крысы, и другие неприятели, не проникают на вашу территорию. Также действует и отпугиватель кротов, сосредоточивающий ультразвуковую волну в почву. Вреда животным от подобных устройств нет, они просто уходят подальше от неприятных для них звуков [6, 8].

Как показывает анализ литературных источников, ультразвук

внаше время имеет положительное воздействие и с каждым днем совершенствуются методы и места его применения. Он незаменим в

229

науке и технике, а при правильном использовании и соблюдении безопасности он очень полезен в повседневной жизни.

Литература

1.Голямина, И.П. Ультразвук. Маленькая энциклопедия / И.П. Голямина. – М.: Советская энциклопедия, 1979. – 400 с.

2.Хорбенко, И.Г. В мире неслышимых звуков / И.Г. Хорбенко. - 2-

еизд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1971. – 247 с.

3.Ультразвуковые процессы в производстве изделий электронной техники. В 2 т. Т. 1/ С.П. Кундас [и др.]. Под общ. ред. акад. НАН Беларуси А.П. Достанко. – Мн.:Бестпринт, 2002. – 404 с.

4.Вреден ли ультразвук для человека? – [Электронный ресурс] –

Режим доступа: URL: http://otravlen.ru/vred-ultrazvuka/.

5.Козлов, Д.Г. Светотехника и электротехнологии: учебное пособие/Д.Г. Козлов, Р.К. Савицкас. -Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2014. – 363 с.

6.Козлов, Д.Г. Монтаж электрооборудования и средств автоматизации: учебное пособие / Д.Г. Козлов, И.В. Лакомов. – Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2013. – С. 165.

7.Козлов, Д.Г. Введение в специальность «Электроэнергетика»: учебное пособие / Д.Г. Козлов. – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2014. – 179 с.

8.Лакомов, И.В. Техническое обслуживание электроустановок: учебное пособие / И.В. Лакомов, Д.Г. Козлов, В.В. Картавцев, Ю.М. Помогаев. – Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2015. – 160 с.

9.Козлов, Д.Г. Применение спецэлектротехнологий в АПК / Д.Г. Козлов, А.В. Калинин // Инновационные технологии и технические средства для агропромышленного комплекса: материалы науч. конф. проф.-преп. состава, науч. сотр. и аспир. (30 матра-1 июня 2015г., Воронеж). – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2015. – С. 5-8.

10.Козлов, Д.Г. Применение современных электротехнологий при ремонте транспортных средств / Д.Г. Козлов, И.В. Лакомов, М.А. Воропаева // Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в различных режимах движения: материалы международной научно-практической конференции (6 апреля 2017г., Воронеж). – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2017. – С. 242248.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I»

230