WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ОСИНЦЕВ Евгений Геннадьевич ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОТДЕЛЕНИЯ ЦЕЛЫХ И МИКРОТРАВМИРОВАННЫХ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск - 2009 2

Работа выполнена на кафедре теоретической и общей электротехники ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет».

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Знаев Александр Степанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Попов Виталий Матвеевич кандидат технических наук, доцент Новикова Валентина Александровна

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Защита состоится «17» июня 2009 г., в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 Челябинского государственного агроинженерного университета по адресу: 454080, г.Челябинск, пр.Ленина,75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного агроинженерного университета.

Автореферат разослан «15» мая 2009 г. и размещен на официальном сайте ФГОУ ВПО ЧГАУ http://www.csau.ru «15» мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Басарыгина Е.М.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Увеличение производства зерна было и остается одной из главных задач сельского хозяйства России. Для получения высоких урожаев необходимо высевать качественные семена зерновых культур, использовать современные технологии и высокопроизводительную надежную технику. Проблему повышения урожайности можно достичь двумя способами: созданием высокоурожайных сортов; производством и внедрением зерноочистительных машин, позволяющих отбирать самые качественные семена.

Основной причиной снижения всхожести и сохранности семян являются их микротравмы, нарушающие целостность поверхностных оболочек семян. Это позволяет воздуху, влаге и микроорганизмам свободно проникать во внутренние клетки семени.

Известно, что в убранном зерновом материале в среднем содержится около 40% травмированных семян которые не могут использоваться для посева.

Существующие способы сепарации зерна не позволяют проводить разделение микротравмированных и целых зерен. Поэтому возникла необходимость создания технологии и техники по отделению микротравмированных семян зерновых культур от целых. Это определило направление теоретических и экспериментальных исследований и послужило выбором темы диссертации.

Исследования проводились в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001…2005 гг.:

01.02. «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 года»; 02. «Разработать новое поколение технологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технологических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции», а также планом научно-исследовательской работы ЧГАУ на 2004…2009 годы.

Цель исследования. Исследовать процесс отделения микротравмированных семян зерновых культур от целых в электрическом поле. Разработать устройство, позволяющее отделять микротравмированные семена от целых.

Задачи исследования 1. Разработать способ разделения микротравмированных и целых семян зерновых культур с использованием электронно-ионной технологии.

2. Теоретически исследовать кинетику зарядки и разрядки зерна в электрическом поле и процесса отделения, которое позволяет учитывать физические параметры семян, и провести математическое моделирование данного процесса.

3. Разработать устройство, методику и программы экспериментальных исследований процесса отделения микротравмированных семян зерновых культур от целых.

4. Экспериментально установить закономерности процесса отделения микротравмированных семян зерновых культур от целых и сравнить их с теоретическим описанием математической модели.

Объект исследования. Процесс сепарации микротравмированных и целых семян в электрическом поле коронного электросепаратора после их предварительной подготовки.

Предмет исследования. Закономерности процесса сепарации микротравмированных и целых семян в электрическом поле коронного электросепаратора после предварительной подготовки.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

1. Предложена и подтверждена экспериментально возможность отделения микротравмированных семян зерновых культур от целых путем изменения проводимости семян.

2. Разработана математическая модель для обоснования конструктивных параметров устройства с учетом физических параметров среды, семени и подложки.

3. Уточнен критерий разделения семян зерновых культур для коронного электросепаратора с учетом особенностей впервые разработанного устройства.

4. Определены параметры нагрева для изменения поверхностного сопротивления семян зерновых культур.

Практическая ценность работы и реализация её результатов 1. Разработан способ предварительной подготовки семян к электросепарации в электрическом поле коронного разряда.

2. Разработан способ отделения микротравмированных семян зерновых культур от целых и устройство для его реализации.

3. Получено повышение посевных показателей качества оригинальных семян сорта Ирень (всхожесть повысилась с 92% до 97%).

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях ЧГАУ 2005-2009 гг., на всероссийских научнопрактических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (г.Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ в 2005-2006 гг.), на всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (Екатеринбург, 20-21 марта 2007 г.). Получен акт производственной проверки результатов законченной научно-технической разработки ГНУ «Уральский НИИСХ», г.Екатеринбург от 31.03.09.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано научных работ общим объемом 12 печатных листов, в том числе два патента на полезную модель и один патент на изобретение РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, 49 рисунок, 99 наименований литературы и 10 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, поставлена цель работы, показана её научная и практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава «Состояние вопроса и задачи исследования» посвящена анализу состояния вопроса микротравмированности семян зерновых культур. На всех этапах уборки, транспортировки, хранения и высева наблюдается микротравмирование семян. Травмы зерна вызваны технологическим процессом производства и являются неизбежным его последствием. Микротравмы существенным образом влияют на посевные показатели семян. Это указывает на то, что удаление травмированных зерен из семенного материала повысит урожайность и уменьшит потери семян при производстве.

Проблемой травмирования зерна занимались Пугачев А.Н., Тарасенко А.П., Косилов Н.И., Бледных В.В., Рогоза В.Е., Урайкин В.М., Чазов С.А., Миттельман Г.С., Романов П.П. и другие.

Анализ научных исследований по сепарации зерна показал, что существующие способы разделения зерен не способны разделить целые и травмированные семена. Электрозерноочистительные машины имеют возможность разделять семена по электрическим свойствам.

Используя эти свойства можно разделять трудноразделимые зерновые смеси. Большие затруднения при отделении вызывают микротравмированные семена зерновых культур.

Основным отличием микротравмированных семян от целых является нарушение целостности наружной оболочки зерна, главная функция которых – защита внутренних органов зерна от неблагоприятного воздействия окружающей среды. В местах повреждения оболочки влага может беспрепятственно проникать внутрь либо выходить наружу.

На основании анализа состояния изучаемого вопроса выявлены следующие проблемные ситуации:

1. в общем объеме зерновой массы микротравмированные семена составляют значительную долю, их наличие приводит к существенному снижению урожайности;

2. известные способы сепарации семян не способны разделять микротравмированные и целые зерна.

Таким образом, вопрос повышения качества посевного материала семян зерновых культур путем отделения микротравмированных зерен в электрических полях не изучен, что послужило основанием для постановки цели и задач исследования.

Во второй главе «Разработка теоретических положений процесса отделения микротравмированных семян зерновых культур от целых в электрическом поле» сформулирована рабочая гипотеза, на основании которой разработана математическая модель процесса зарядки и разрядки диэлектрической эллипсоидальной частицы и процесса её отделения в зависимости от физических параметров.

Гипотеза звучит следующим образом: «Семена зерновых культур различные по степени микротравмированности имеют различную проводимость, предварительное физическое воздействие приведет к изменению электрических параметров у микротравмированных и целых семян, это раздвинет вариационные кривые сопротивлений, при этом они будут по-разному заряжаться и разряжаться, что позволит разделить микротравмированные и целые зерна».

Одинаковые по размеру, парусности, шероховатости, форме и электрическим параметрам семена необходимо подготавливать перед электросепарацией, то есть предварительно подсушивать, изменяя их контактное сопротивление, а затем заряжать в поле коронного разряда. Целые и микротравмированные семена после нагрева имеют различное контактное сопротивление, а это значит, что они имеют и различную скорость разрядки при выходе из зоны зарядки. Для этой гипотезы была разработана математическая модель процесса.

Разработка математической модели процесса зарядки и разрядки диэлектрической эллипсоидальной частицы осуществлялось в два этапа: на первом исследовался процесс зарядки зерна при отсутствии влияния разрядки, на втором определялось взаимодействие зерна и поверхности электрода.

На основании известного уравнения непрерывности плотности полного тока на поверхности эллипсоида при определенных проводимостях воздуха и семени ( A) d + (1- ) dE( A) 1 [ + (1- )] + = ( - )E0 + ( - ), (1) 1 2 1 2 0 1 dt dt где, – относительные диэлектрические проницаемости семени и 1 воздуха соответственно;, – проводимости семени и воздуха соот1 ветственно; Е – напряженность электрического поля; – диэлектри0 ( А) ческая постоянная; – плотность поверхностного заряда; – коэффициент деполяризации эллипсоида, который определяется по формуле 1- 1+ = ln -, 2 1- a2 - b = где – эксцентриситет эллипсоида, найдена постоянная вреa мени переходного процесса разрядки семени в зависимости от её физических параметров:

+ (1- ) 1 =, (2) 2 + (1- ) 1 где – относительная диэлектрическая проницаемость контакта;

– проводимость контакта;

Получено выражение для определения предельного свободного заряда семени в зависимости от его физических параметров:

- 1 2 2 q = аbE, (3) + (1- ) 1 где a, b – длины короткой и длинной полуосей семени.

Полученные выражения по определению предельного заряда и времени переходного процесса использовалось далее для расчета силы взаимодействия заряженного зерна с плоскостью транспортерной ленты.

Используя метод зеркального отображения приняли допущения:

(зерно – это сфера с эквивалентным радиусом; заряд зерна расположен в центре сферы).

Силу взаимодействия заряженного семени с поверхностью транспортерной ленты в зависимости от времени переходного процесса и проводимостей определяли по формуле t2 - ( - ) a2b2E 1 2 2 1, (4) F(t2 ) = e 2 4 r ( + (1- )) 1 где t – время нахождения зерна в зоне разрядки; – постоянная 2 времени разрядки зерна; r – приведенный радиус семени.

Электрическая сила зависит от геометрии эллипсоида, электрических параметров воздуха и зерна. Зная геометрию, электрические параметры зерна, а также проводимость воздуха, можно рассчитать электрическую силу, которая прижимает его к поверхности ленты.

При учете всех сил, действующих на семя в момент его попадания в зону разделения, получено выражение угла отрыва:

t2 2 - R ( - ) a2b2E 1 2 2 1 = arccos - e, (5) 2 g 4 r mg ( + (1- )) 1 где - угловая скорость вращения барабана транспортера; R – радиус барабанов транспортера; g – ускорение свободного падения; m – масса семени.

Критерий разделения целых и микротравмированных семян, одинаковых по размерам, но с различной проводимостью, с постоянными параметрами скорости движения транспортерной ленты, радиуса барабана, напряженности поля, диэлектрической проницаемости и проводимости воздуха определится величиной t2 - ( - ) 1 2 2. (6) СРБ = e ( + (1- )) 1 Если величина С для разных частиц различна, то они могут РБ быть разделены на коронном электросепараторе.

Если две частицы имеют одинаковый критерий разделения, то их траектории одинаковы и их разделение невозможно. Для обеспечения четкого разделения необходимо, чтобы при разнице в критериях разделения dC разница в углах отрыва d была наибольшей. ЧетРБ кость разделения Ч может быть определена как соотношение d Ч =. (7) dCРБ Чем больше это соотношение, тем больше четкость;

a2b2EЧ =. (8) 4 r2mg 1- cosСкорость вращения барабана, при которой четкость разделения будет максимальной, определяется как dЧ R a2b2E2 cos = =. (9) d 2 r2mg (1- cos2 )Выполнение этого условия возможно лишь при cos=0, когда функция Ч() имеет минимум.

Данная функция при изменении угла от 0 до 90° изменяется от бесконечности до минимума; при изменении от 90 до 180° растет снова до бесконечности. Наиболее предпочтительным для электросепаратора является условие =180°.

Приведенная математическая модель показывает, что для возможности разделения целых и микротравмированных семян зерновых культур с помощью электрических полей они должны иметь различные электрические параметры. Для изменения электрических параметров был выбран СВЧ нагрев.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»