реферат на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук ЛЬВІВ 1999 Ди
Работа добавлена на сайт samzan.net:
27
ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Ковалишин Степан Йосифович
УДК: 631.362.36:631.524.17
ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ОБРОБКИ НАСІННЯ БАГАТОРІЧНИХ ТРАВ НА
ВІБРОФРИКЦІЙНОМУ СЕПАРАТОРІ
Спеціальність: 05.20.01 - механізація сільськогосподарського
виробництва
Автореферат
на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
ЛЬВІВ - 1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті землеробства і біології тварин УААН впродовж 1993-1996 років.
Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент
Паранюк Володимир Олексійович,
Центр впроваджень наукових розробок
в АПК Львівської області, директор
Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор,
академік ІАУ Хайліс Гедаль Абрамович,
Луцький державний технічний університет,
проректор з наукової роботи
кандидат технічних наук, доцент
Манчинський Юрій Олексійович,
Харківський державний технічний
університет сільського господарства,
доцент кафедри с.г. машин
Провідна установа - Інститут механізації та електрифікації
сільського господарства УААН, лабораторія
післязбиральної обробки зерна, смт.Глеваха
Київської області
Захист відбудеться " 9 " червня 1999 р. о " 12 " годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському державному аграрному університеті за адресою: 292040, м. Дубляни Жовківського району Львівської області.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету.
Автореферат розіслано " 6 " травня 1999 р.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради, доцент Чухрай В.Є.
Актуальність теми. Отримання високих урожаїв багаторічних трав, які в західному регіоні України становлять основу кормової бази, неможливе без наявності достатньої кількості високоякісного насіннєвого матеріалу. За такої умови важливого значення набуває покращання окремих операцій технології обробки насіння, зокрема сепарування та передпосівної стимуляції.
Існуючі технічні засоби сепарування посівного матеріалу широко культивованих в регіоні кормових трав, таких як конюшина лучна, конюшина повзуча, тимофіївка лучна, не забезпечують його якісної очистки від найпоширеніших домішок (щавлю кінського, щавлю горобинного, триреберника непахучого тощо) внаслідок подібності фізико-механічних властивостей компонентів насіннєвої суміші. Відмінність насінин культури та бур'яну можна виявити і реалізувати в процесах сепарування за сукупністю фізико-механічних та електричних властивостей. Найефективніше це здійснюється, як показують раніше проведені дослідження, у процесі віброелектросепарування. В даному випадку електричне поле, як додатковий робочий орган, поряд із сепарувальною дією стимулює насіння та підвищує його продуктивні якості.
Разом з тим недостатньо вивчене питання створення технічних засобів сепарування, які дозволяють одночасно з розділенням проводити стимуляцію насіннєвого матеріалу, та вибору оптимальних режимів їх роботи. Дослідження таких робочих органів обробки насіння є актуальними і мають загальногосподарське значення, так як вони спрямовані на підвищення якості посівного матеріалу низки видів та новостворюваних сортів багаторічних злакових і бобових трав, сприяють вирішенню проблеми створення міцної кормової бази в західному регіоні України.
Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконувалась згідно з програмою наукових досліджень "Створити високопродуктивні сорти зернових і кормових культур з високою якістю продукції, імунні до хвороб та стійкі до несприятливих умов зовнішнього середовища" (N ДР UА 01001628Р:03.01) лабораторії селекції багаторічних трав Передкарпатської філії Інституту землеробства і біології тварин УААН та у відповідності до плану науково-дослідної роботи Центру впровадження наукових розробок в АПК Львівської області ”Наукове обгрунтування, розробка і впровадження системи забезпечення насінням кормових трав господарств різних форм власності” (N ДР 0195U029310).
Мета і завдання досліджень. Мета роботи - підвищення якості насіння багаторічних трав завдяки використанню в процесі його обробки на віброфрикційному сепараторі сукупної дії вібрацій і електричного поля та обгрунтування оптимальних параметрів сепарування. Для досягнення поставленої мети необхідно було:
- вишукати способи та технічні засоби підвищення продуктивних якостей насіння багаторічних трав;
- дослідити траєкторію руху частинок насіннєвої суміші на похилій коливальній площині, що здійснює плоскопаралельний рух, розробити математичну модель процесу їх сепарування, отримати математичний вираз граничного кута рівноваги насінини на даній площині;
- обгрунтувати технологічні параметри, розробити та виготовити лабораторно-експериментальний і виробничий зразки віброфрикційного сепаратора насіння багаторічних трав;
- встановити дію електричного поля коронного розряду (ЕПКР) на насіннєвий матеріал;
- розкрити вплив параметрів передпосівної стимуляції насіння багаторічних трав на його посівні, урожайні та репродуктивні властивості;
- оцінити економіко-енергетичну ефективність використання віброфрикційного сепаратора в технології підготовки насіння.
Наукова новизна одержаних результатів. Розроблена математична модель поведінки частинок насіннєвої суміші на похилій коливальній площині, що здійснює плоскопаралельний рух. Одержано математичний вираз ознаки подільності вібросепарування. Обгрунтовані оптимальні параметри технологічного процесу очистки насіння конюшини лучної від важковідділюваних домішок на віброфрикційному сепараторі. Виявлені закономірності впливу ЕПКР на обмінні процеси в обробленому насінні шляхом визначення в ньому та його проростках вмісту високомолекулярних жирних кислот (ВЖК) і розроблені нові способи оцінки передпосівної стимуляції посівного матеріалу. Вперше вивчена стимулююча дія передпосівної електрообробки насіння найпоширеніших в західному регіоні України видів та новостворених сортів багаторічних злакових і бобових трав на його посівні, урожайні та репродуктивні якості залежно від року користування і грунтово-кліматичних умов зони вирощування.
Новизна отриманих технічних рішень підтверджена трьома патентами України на винаходи.
Практична цінність роботи полягає у вдосконаленні технології підготовки та підвищенні продуктивних якостей насіння районованих в західному регіоні України видів та сортів багаторічних бобових і злакових трав за рахунок віброфрикційного сепаратора. Виробничими дослідженнями встановлено, що використання сепаратора дозволяє за один пропуск довести до вимог Міждержавних стандартів за вмістом у посівному матеріалі конюшини лучної, конюшини повзучої і тимофіївки лучної важковідділюваних домішок та до 20% підвищити його насіннєву і кормову продуктивність внаслідок стимуляційного впливу ЕПКР.
Особистий внесок здобувача. Основні дослідження за темою дисертації виконані автором особисто, зокрема, проведено теоретичний розрахунок параметрів вібросепарування насіння на основі дослідження руху частинки по рухомій похилій коливальній площині, досліджено процес сепарування на ній насіннєвих сумішей багаторічних трав, розроблено лабораторно-експериментальний зразок вібросепаратора, виявлено вплив ЕПКР на вміст ВЖК в проростках оброблюваного насіннєвого матеріалу трав і його посівні якості.
В опублікованих у співавторстві працях (частка автора 25%) доведено ефективність передпосівної електростимуляції насіння як екологічно чистого заходу у справі підвищення продуктивності кормових культур [5], обгрунтовано доцільність її використання під час окультурення багаторічними травами порушених земель [6], запропоновано для підвищення якості насіння трав використовувати в процесі його сепарування сукупну дію вібрацій і електричного поля [8].
У технічних рішеннях, які захищені патентами України, частка автора складає 40%.
Апробація роботи. Основні результати наукових досліджень, що містяться в дисертації, доповідались і одержали позитивну оцінку на Міжнародній конференції молодих вчених Інституту землеробства (м.Чабани, 1995), Міжнародній науково-практичній конференції ”Нові підходи до організації і проведення лікування, реабілітації та рекреації в умовах курорту” (м. Трускавець, 1995), Міжнародній конференції ”Україна в світових земельних, продовольчих і кормових ресурсах і економічних відносинах” (м.Вінниця, 1995), науковій конференції ”Проблеми агропромислового комплексу України. Стан та перспективи” (м.Львів, 1996), розширених засіданнях методичних комісій та вчених рад Інституту землеробства і біології тварин УААН (с.Оброшине, 1994-1998), міжкафедральному семінарі факультету механізації сільського господарства Львівського державного аграрного університету (м.Львів, 1998).
Публікації. За результатами досліджень опубліковано 11 наукових праць, з них 1 стаття в науковому журналі, 2 статті у збірниках наукових праць, 3 патенти України на винаходи, 5 тез доповідей у матеріалах конференцій.
Структура і обсяг роботи. Дисертація викладена на 189 сторінках машинописного тексту, містить 42 таблиці, 25 рисунків. Складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел з 211 найменувань і 8 додатків.
Дисертант висловлює щиру подяку за надання науково-методичної допомоги під час виконання дисертації доктору сільськогосподарських наук О.І.Мацьківу.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність, сформульовані мета та завдання дослідження, наукова новизна та практична значимість роботи.
В першому розділі ”Стан питання та завдання досліджень” поданий аналіз існуючих способів і технічних засобів обробки насіння багаторічних трав. Встановлено, що традиційні засоби очистки не забезпечують повною мірою потрібної якості посівного матеріалу. Це зумовлює необхідність вдосконалення процесів сепарування насіннєвого матеріалу з метою отримання очищеного насіння багаторічних трав від важковідділюваних насінин бур'янів і домішок.
В роботах Басова А.М., Ізакова Ф.Я., Тарушкіна В.І., Бородіна І.Ф., Мартиненка І.І., Міщенка В.І., Паранюка В.О доведена перспективність застосування електричного поля для вдосконалення процесу очистки насіння сільськогосподарських культур. Дослідженнями Гаршви Г.А., Папіна Б.Д., Лукієнко Т.М встановлена доцільність його використання в процесі підготовки насіння багаторічних трав. У працях Заїки П.М., Мазнева Г.Е., Огурцова В.В виявлена ефективність процесу розділення насіннєвих сумішей на коливальній в електричному полі похилій площині.
Паралельно з вивченням процесів сепарування Басовим А.М., Блонською А.П., Окуловою В.А., Батигіним Н.Ф., Міщенком В.І та іншими проводились дослідження впливу обробки насіння в ЕПКР на біохімічні процеси, що відбуваються в ньому і проростках, та його продуктивні якості. Цим питанням присвячені також дослідження Голдаєва В.С., які були спрямовані на виявлення впливу електричного поля на обмін речовин та активність ферментів у простимульованому насінні багаторічних трав.
Однак на даний час процеси обробки насіння, зокрема сепарування та передпосівна електростимуляція, потребують подальшого вивчення. Дослідження в теоретичному плані першого з них в основному зводяться до опису руху частинок оброблюваного матеріалу. В роботах Заїки П.М., Огурцова В.В. та інших досліджувалось вібраційне переміщення частинок суміші на похилій коливальній площині з накладеним на неї електричним полем. За умови безвідривного руху були складені диференціальні рівняння, які описують поведінку частинок в процесі сепарування, однак не були отримані їхні розв'язки. Головним сепарувальним чинником в такому випадку є коливання, внаслідок яких частинки переміщуються по роздільній поверхні. Продуктивність сепарування за таких умов є невисокою, відбуваються численні зіткнення насінин, спостерігається явище взаємозахоплення частинок одних компонентів частинками інших, що призводить до погіршення процесу розділення. В даній роботі такі недоліки усуваються за рахунок надання коливальній площині плоскопаралельного руху по нормалі до напрямку коливань. Це становить суттєвий інтерес з точки зору інтенсифікації процесу сепарування, оскільки збільшується швидкість переміщення в просторі сепарувальних частинок, зменшується вплив взаємозіткнень і в кінцевому результаті підвищується продуктивність та якість розділення. Для такого випадку переміщення компонентів насіннєвої суміші не досліджувалось.
Накладання на робочу похилу площину електричного поля призводить до проявлення стимуляційного ефекту в оброблюваному матеріалі. Однак до цього часу не виявлено закономірностей впливу ЕПКР на продуктивні якості насіннєвого матеріалу, зокрема багаторічних трав. Вирішенню комплексу вказаних вище питань і присвячена дисертаційна робота.
В другому розділі ”Теоретичні дослідження процесів сепарування насіння на похилій коливальній площині” подані результати дослідження процесу розділення насіння на сепарувальній площині. Вони зводились до математичного моделювання поведінки частинок компонентів насіннєвої суміші під час вібросепарування шляхом визначення її основних характеристик - геометричних координат траєкторії відносно рухомої (xroryrzr) та нерухомої (хoyz) систем відліку (відповідно хr і х в поздовжньому та уr і у в поперечному напрямках). Відносний рух описується диференціальними рівняннями, вихідні умови для складання яких ілюструє рис.1. Оскільки розглядається безвідривний рух, то .
Рис.1. Траєкторія відносного руху насінини на сепарувальній площині:
Q - похила площина; H - горизонтальна площина; АС - лінія найбільшого нахилу площини Q; М0М1М2 - траєкторія руху частинки; Vп - напрям плоскопаралельного руху площини Q; Vr - вектор миттєвої відносної швидкості; xoyz - нерухома система кординат; xroryrzr - рухома (жорстко з`єднана з площиною Q система координат; - кут між лінією найбільшого нахилу і напрямом руху площини Q; - миттєвий кут між дотичною до траєкторії та лінією найбільшого нахилу; - кут нахилу площини до горизонту; - кут спрямованості коливань
На частинку, яка знаходиться на сепарувальній площині, діють сили: тяжіння Р, додаткова електрична Fел, тертя Fо, інерції І та нормальна реакція N.
Узагальнена модель за допомогою якої можна проаналізувати поведінку будь-якої частинки насіннєвої суміші в процесі сепарування на даній площині за умови, що вона здійснює плоскопаралельний рух по нормалі до напрямку коливань, визначається системою рівнянь:
(1)
де xr, yr - координати відносного руху частинки, м; Vr - миттєва відносна швидкість частинки, м/c; А - амплітуда коливань, м; - кругова частота коливань, с-1; g - прискорення вільного падіння, м/с2; f - коефіцієнт тертя; - кратність електричної сили; о - початкова фаза коливань, с-1; - кут між лінією найбільшого нахилу і напрямом руху площини, град; - миттєвий кут між дотичною до траєкторії та лінією найбільшого нахилу, град; - кут нахилу площини до горизонту, град.
Через розв’язання системи диференціальних рівнянь (1), одержано остаточні вирази для визначення координат точки в рухомій системі координат, яка рухається паралельно нерухомій системі з постійною швидкістю Vп:
; (2)
, (3)
де d1, d2 - скорочений запис розв’язку інтегралів відповідно і; Т(Tо)= - підстановка при інтегруванні; хоr, уоr - початкові координати частинки на площині.
Траєкторія руху частинки в параметричній формі відносно нерухомої системи координат xoy записується:
x=Vп + xr ; (4)
y = yr, (5)
де Vп - швидкість плоскопаралельного руху площини.
За допомогою одержаних рівнянь, які описують рух частинок у безвідривному режимі на похилій коливальній площині, що здійснює плоскопаралельний рух, а також з використанням методу Рунге-Кутта числового розв’язку даних рівнянь, розроблений алгоритм та програма для розрахунку його основних кінематичних елементів. Її реалізація на ПЕОМ дозволяє отримувати розрахункові значення миттєвої відносної швидкості, координат відносного та абсолютного руху частинок компонентів насіннєвої суміші в залежності від вхідних величин, а саме: амплітуди та частоти коливань, кратності електричної сили, швидкості руху площини, кута нахилу її до горизонту та кута між напрямом руху площини і лінією найбільшого нахилу.
З аналізу системи (1) можна стверджувати, що кінематичні елементи переміщення частинки на сепарувальній площині залежать від сукупності її фізико-механічних та електричних властивостей, виражених відповідно коефіцієнтом тертя і кратністю електричної сили. У компонентів досліджуваних насіннєвих сумішей трав фізико-механічні властивості є подібними. Однак насіння культури та бур’яну відносяться до різних видів рослин і в будь-якому випадку їх біологічні властивості та, як наслідок, електричні будуть відмінними. Тобто, найістотніший вплив на траєкторію руху насінини на згаданій площині має кратність електричної сили. Підтвердженням цього є отримані розрахункові траєкторії в залежності від зміни її величини, значення якої варіювали від 0,6 до 1,20 (рис.2.).
Рис.2. Розрахункові траєкторії руху частинок на похилій коливальній площині (=90о) при кратності електричної сили: 1 -0,6; 2 - 0,9; 3 - 1,1; 4 - 1,14; 5 - 1,15; 6 - 1,17; 7 - 1,20
Аналіз отриманих траєкторій показує, що зростання кратності електричної сили суттєво впливає на значення координат сходу насінин. Для компонентів насіннєвої суміші можна домогтись різного її значення шляхом зміни амплітуди та частоти коливань площини, напруженості електричного поля і разом з цим їх ефективного сепарування.
Інтегральним показником в процесі сепарування, який пов’язує значення параметрів траєкторії руху насінини з впливом всіх сил, що діють на неї, є її кут рівноваги, тобто такий кут, за якого насінина знаходиться в стані спокою або рухається без прискорення. З іншого боку, він є універсальним критерієм визначення оптимальних режимів сепарування для установки, в якій використовується як робочий орган похила коливальна площина, що здійснює плоскопаралельний рух.
Математичний вираз кута рівноваги насіння на такій площині має вигляд:
; (6)
, (7)
де - динамічний кут тертя; kI - коефіцієнт, який показує у скільки разів прискорення коливального руху більше або менше від прискорення вільного падіння.
Кути рівноваги і траєкторії руху компонентів насіннєвої суміші в процесі сепарування за умови, що опір середовища не має суттєвого впливу на нього, залежать від балансу сил - тертя Fо, інерції І та додаткової Fел. Сила тертя залежить від властивостей поверхні насінини, її форми, розмірів, шорсткості та матеріалу полотна і виражена в рівнянні (6) кутом тертя . Сила інерції визначається параметрами коливального руху (амплітудою та частотою коливань), представлених коефіцієнтом kI, а додаткова електрична сила - параметрами електричного поля (напруженістю) та електричними властивостями насінини (електричною провідністю, діелектричною проникністю тощо) і виражається кратністю електричної сили kо. Параметри коливального руху та електричного поля піддаються регулюванню, що в свою чергу є необхідною умовою керування процесом сепарування. За рахунок цього можливо отримувати різні значення коефіцієнтів kI та kо, і, як показує вираз (6), кута рівноваги р. За умови:
; (8)
; (9)
. (10)
З точки зору інтенсифікації процесу найбільший інтерес викликають режими (9) та (10). Сепарування насіннєвих сумішей необхідно здійснювати при таких параметрах амплітуди та частоти коливань, напруженості електричного поля, за яких значення kо і kI для одного компонента відповідали б умові (9), а для іншого - (10). В такому разі різниця в кутах рівноваги компонентів суміші буде найбільшою, а відтак процес розділення проходитеме найефективніше.
Оптимальні режими сепарування визначаються кутом нахилу площини до горизонту з умови:
рк < < рз, (11)
де рк,рз - відповідно кут рівноваги насінини культури та засмічувача.
Рівняння (11) є необхідною умовою оптимізації сепарування. Конкретні значення нахилу площини встановлювали із аналізу інтегральних кривих розподілу насіння культури і засмічувача за кутом рівноваги та допустимим вмістом насіння бур'яну у посівному матеріалі. Потім вони перевірялись експериментально.
В третьому розділі ”Методика експериментальних лабораторних та польових досліджень” дано характеристику об’єктів досліджень, методів та методик проведення експериментів.
Об’єктами досліджень були процеси сепарування та передпосівної стимуляції насіння трав, віброфрикційний сепаратор, насіння новостворених сортів багаторічних бобових і злакових трав та їх важковідділюваних засмічувачів.
Для проведення дослідів розроблена і виготовлена лабораторно-експериментальна установка, новизна якої захищена патентом України на винахід (№25302А від 30.10.98р.). Схема будови та принцип дії установки показані на рис.3.
Рис.3. Схема будови і принцип дії лабораторно-експериментальної установки:
1 - приймач обробленого насіння; 2 - ведений валик; 3 - електропровідна стрічка; 4 - джерело високої напруги; 5 - коронувальний електрод; 6 - механізм вібрацій; 7 - живильний бункер; 8 - ведучий валик; 9 - щітка; 10 - приймач відходів
Оптимальні значення параметрів сепарування визначали за допомогою багатофакторного експерименту, який проводили згідно уніформ-ротатабельного плану 3-го порядку. Регульованими вхідними величинами (факторами) були: швидкість стрічки, її амплітуда коливань та напруга на коронувальному електроді. Вихідні величини становили середні значення і середньоквадратичні відхилення варіаційних рядів розподілу компонентів насіннєвої суміші за кутом рівноваги. Для кожного з цих рядів реалізація матриці плану дає два рівняння регресії: для середнього значення кута рівноваги та для його середньоквадратичного відхилення. Оптимізація параметрів здійснювалась шляхом аналізу отриманих рівнянь.
Для перевірки математичної моделі руху насіння брали 50 насінин компонента суміші. Встановивши поперечний нахил, на полотно випускали по одній насінині і визначали координати сходу. Порівнюючи отримані значення з теоретично розрахованими, робили висновок про точність, з якою математична модель, представлена системою рівнянь (1), описує поведінку реальних насінин під час сепарування на похилій коливальній площині, що здійснює плоскопаралельний рух.
Для оцінки подільності насіння за сукупністю фізико-механічних і електричних властивостей використовували метод інтегральних функцій розподілу насіння за цими властивостями. Результатами вимірювань були варіаційні ряди розподілу кожного компонента за кутом рівноваги на похилій площині з наданням її коливального руху та без нього при дії на насінини додаткової сили Fел. Підсумовуючи частоти кожного з цих рядів, знаходили емпіричні функції розподілу та будували інтегральні криві. За їх взаємним розміщенням визначали подільність компонентів насіннєвої суміші.
Дослідження впливу стимуляції на біохімічні процеси та продуктивні якості рослин проводили з насінням злакових культур - райграсу пасовищного Дрогобицький 19 і озимої пшениці Миронівська 61 шляхом визначення вмісту ВЖК в обробленому насінні та його проростках. Вміст жирних кислот визначали згідно з методиками Рівіса Й.Ф. (1997). Для цього досліджуваний насіннєвий матеріал пророщували впродовж семи днів. Отримані проростки, коріння і залишки пророщеного насіння поміщали у флакони для екстракції ліпідів. В ліпідному екстракті визначали кількісний рівень етерифікованих і неетерифікованих ВЖК.
Польові досліди проводили впродовж 1994-1996 років у двох грунтово-кліматичних зонах: у західному Лісостепу на сірих опідзолених грунтах Інституту землеробства і біології тварин УААН (с.Оброшине Пустомитівського району Львівської області) та в Передкарпатті на дерново-підзолистих поверхнево оглеєних грунтах селекційної сівозміни Передкарпатської філії цього ж Інституту (с.Лішня Дрогобицького району Львівської області). Вони включали визначення густоти стояння рослин багаторічних трав, висоти травостою та облік урожаю зеленої маси, сіна, насіння бобових і насіння злакових багаторічних трав. Дослідження проводилися за загальноприйнятими методиками, а отримані результати опрацьовувались методом дисперсійного аналізу.
Енергетичну ефективність передпосівної стимуляції насіння багаторічних трав розраховували за методикою Корінця В.В.(1985).
В четвертому розділі ”Результати та аналіз лабораторних досліджень” наведено експериментальні дані вивчення процесу сепарування насіння трав на похилій коливальній площині при її плоскопаралельному русі, визначення впливу передпосівної електростимуляції на вміст в проростках, корінні і залишках обробленого насіння ВЖК та на його посівні якості.
Експериментальні дослідження процесу сепарування проводились з використанням лабораторної установки. Оптимізацію технологічних параметрів очистки здійснювали на прикладі насіннєвої суміші конюшина лучна-щавель кінський. Отримано рівняння регресії для різниці середніх значень кутів рівноваги компонентів суміші:
=рщ - рк = 25,36-0,91X1+2,07X2-1,64X12-1,92X22-
-2,31X32-1,77 X1X2 - 0,76 X1X3 -3 X2X3. (12)
Дана функція набуває максимального значення за X1=-0,96, X2=1,68, X3=-0,96, що в реальних величинах складає А=0,08 мм, Vп=0,06 м/c, U=10*103 В. При цих значеннях параметрів сепарування найповніше проходить відділення конюшини лучної від щавлю кінського.
Експериментально встановлено, що надання сепарувальній площині механічних коливань приводить до зростання різниці кутів рівноваги компонентів досліджуваних сумішей трав (рис.3).
а) б)
Рис.3. Інтегральні криві розподілу насіння за кутом рівноваги на сепарувальних похилій ( ) та похилій коливальній площинах ( ) :
а) конюшина лучна (1), щавель кінський (2);
б) конюшина повзуча (1), щавель горобинний (2)
Це відбувається за рахунок зміни під дією вібрацій величини електричного заряду і, як наслідок, інтенсивнішого зменшення кратності додаткової сили насіння конюшини, ніж щавлю (рис.4).
Рис.4. Залежність кратності додаткової сили насіння конюшини лучної (1) і щавлю кінського (2) та її різниці (ko) від зміни амплітуди коливань похилої площини
В такому разі процес розділення стає керованішим та ефективнішим.
Аналіз розміщення інтегральних кривих (рис.3) дозволяє зробити висновок, що за один пропускчерез сепаратор можна повністю очистити конюшину лучну від щавлю кінського (втрати основної культури у відходи відсутні) та 75% конюшини повзучої від щавлю горобинного (втрати культури близько 25%).
Перевірка математичної моделі процесу вібросепарування виконувалась шляхом визначення координат сходу насіння конюшини лучної Передкарпатська 6 з робочої площини, поперечний нахил якої дорівнював 36о. Порівняння теоретичних і експериментальних значень координат показало, що з ймовірністю 0,95 відмінності цих значень для досліджуваних насінин знаходяться в межах (4,530,71)%. На основі цього зроблено висновок, що система (1) з достатньою точністю описує поведінку насіння на похилій коливальній площині, яка здійснює плоскопаралельний рух.
Досліди з очистки насіння багаторічних трав проводились при поздовжньому нахилі площини. Встановлено, що посівний матеріал багаторічних трав, який за вмістом важковідділюваних домішок відповідає вимогам існуючих стандартів, можна отримати, розділюючи конюшину лучну від щавлю кінського на нахиленій до горизонту площині в межах =30...36о, конюшину повзучу від щавлю горобинного - =14...20о, тимофіївку лучну від триреберника непахучого - =11...13о.
Встановлено позитивну дію ЕПКР на посівні якості насіння багаторічних трав. Внаслідок електрообробки на 3...12% підвищується енергія проростання та відповідно на 7...12% і 1..12% лабораторна та польова схожість. Порівнюючи оптимальні значення електричного поля під час сепарування (напруженість електричного поля Е=2,5*105 В/м, час знаходження на сепарувальній площині t=1…4сек) з дослідженими параметрами електрообробки насіння багаторічних трав (Е=2,5…3,3*105 В/м, t=3…30сек), видно, що вони знаходяться в межах, які викликають у посівному матеріалі стимулювальний ефект. Це дозволяє в технології його підготовки операції сепарування та передпосівної електрообробки суміщати та проводити одночасно.
Дослідженнями кількісного рівня ВЖК в корінні, проростках та залишках обробленого в ЕПКР насіння райграсу пасовищного Дрогобицький 19 та озимої пшениці Миронівська 61 виявлено, що за умови його пророщування без доступу поживних речовин у всіх режимах обробки зменшується загальний вміст етерифікованих та неетерифікованих жирних кислот порівняно з контролем. У варіанті проростання з доступом поживних речовин спостерігається протилежна картина - їхній рівень збільшується. Це свідчить, що в насінні, обробленому ЕПКР та пророщеному на дистильованій воді, активізуються ферментні системи, які каталізують гідроліз ліпідів і використання утворених при цьому ВЖК як енергетичного матеріалу для синтезу речовин, необхідних для структурної побудови рослини в процесі її росту.
У випадку пророщування на поживному середовищі (торфі) в обробленому ЕПКР насінні переважає активність тих ферментів, які несуть відповідальність за процеси етерифікації, над тими, що відповідають за розщеплення ліпідів. Це може вказувати на інтенсифікацію процесів синтезу структурних компонентів клітин і тканин, а разом з цим на інтенсивніший ріст та розвиток рослин. Отримані результати свідчать, що кількісний рівень ВЖК в проростках, коренях та залишках обробленого в ЕПКР насінні змінюється за рахунок активізації ферментних систем структурних компонентів його клітин і тканин. Це відбувається завдяки проявленню під час електростимуляції особливих властивостей електричного поля як робочого органу. Очевидно, він полягає у взаємодії поля із зарядженими мікрочастинками, в даному випадку ферментами, завдяки чому вони переміщуються, орієнтуються, змінюють конфігурацію, підвищуючи в такий спосіб свою активність. Внаслідок цього інтенсивніше протікають обмінні процеси в обробленому насінні, в яких беруть участь активізовані ферменти, сприяючи його кращому росту та розвитку порівняно з необробленим. Пояснення впливу обробки ЕПКР на насіннєвий матеріал з біохімічної точки зору розкриває причинно-наслідковий зв’язок передпосівної стимуляції з продуктивними якостями рослин.
Проведеними біохімічними аналізами виявлено тісну залежність між вмістом в проростках обробленого насіння окремих жирних кислот з його посівними якостями. Підвищення лабораторної схожості корелює (r=0,99) із збільшенням сумарного вмісту етерифікованої і неетерифікованої форм лінолевої кислоти (пророщування з доступом поживних) та із зменшенням (r=-0,93) кількісного рівня етерифікованих капринової і пальмітоолеїнової жирних кислот (пророщування на дистильованій воді). На основі цього можна оцінювати ефективність та вибирати оптимальні параметри електрообробки насіння. Дані способи оцінки захищені патентами України на винаходи (№22891А від 05.05.98 р. та №23116А від 30.06.98 р.).
У п’ятому розділі ”Виробничі дослідження вібросепарування та передпосівної обробки насіння багаторічних трав” наведено результати перевірки досліджень у виробничих умовах.
Для вдосконалення технології підготовки насіння та використання отриманих результатів у виробництві розроблено і впроваджено у дослідному господарстві ”Миклашів” Західної філії Інституту механізації та електрифікації сільського господарства УААН новий віброфрикційний сепаратор.
Основні параметри сепаратора: розміри робочої частини сепарувального пристрою - 0,70х0,68м; напруга в робочій зоні - 10…28кВ; міжелектродна відстань - 20…80мм; амплітуда коливань стрічки - 0…0,8мм; частота коливань стрічки - 50Гц; поздовжній кут нахилу сепарувального пристрою - 0-70о, поперечний - 0…80о; швидкість стрічки - 0,01…1,2м/с.
Використання сепаратора в процесі обробки насіння багаторічних трав у виробничих умовах забезпечує зниження втрат посівного матеріалу не менше ніж на 30%.
Завдяки стимуляції насіннєва продуктивність бобових і злакових підвищується в середньому до 20%, зростає урожайність зеленої маси багаторічних бобових трав (до 25 %) та вихід сіна (до 30 %).
В шостому розділі ”Ефективність обробки насіння багаторічних трав на віброфрикційному сепараторі” показано доцільність його використання в технології підготовки насіннєвого матеріалу трав з енергетичної та економічної точки зору.
Розрахована енергетична ефективність показує, що внаслідок позитивного впливу передпосівної електрообробки на урожайні якості насіння значно збільшується різниця між енергією, нагромадженою в урожаї, та її затратами на його отримання (табл.).
Таблиця. Енергетична ефективність передпосівної стимуляції
насіння багаторічних трав, МДж
|
Режим обробки |
Затрати енергії при вирощуванні урожаю, Q |
Енергія , нагромаджена урожаєм, Qp |
Приріст енергії, Qp-Q |
Приріст енергії до контролю |
Ефективність енергозатрат |
|
Конюшина лучна Передкарпатська 6 |
|||||
|
Контроль Е=3.3*105В/м, t=30с Е=3.3*105В/м, t=3c |
24471 24621 24680 |
859865 934611 960099 |
835394 909990 935419 |
0 74596 100025 |
35,14 37,96 38,90 |
|
Райграйс пасовищний Дрогобицький 2 |
|||||
|
Контроль Е=3.3*105В/м, t=30c Е=3.3*105В/м, t=3c |
21402 21409 21409 |
149053 155930 161452 |
127651 134521 140043 |
0 6870 12392 |
6,96 7,28 7,54 |
Економічний ефект запровадження віброфрикційного сепаратора в технологію підготовки насіння багаторічних трав становить 1,67 грн/кг на сепаруванні та 165 грн/га від проведення його передпосівної стимуляції.
ВИСНОВКИ
1. Вивченням технології підготовки насіння багаторічних трав виявлено, що підвищити продуктивні якості посівного матеріалу можна шляхом його обробки на віброфрикційному сепараторі.
2. Розроблено математичну модель руху насінин на сепарувальній площині віброфрикційного сепаратора у вигляді диференціальних рівнянь, алгоритм та програму їх розрахунку на ПЕОМ, отримано математичний вираз ознаки подільності спарування.
3. Теоретично вивчена залежність координат сходу насінин із сепарувальної площини від параметрів механічних коливань та електричного поля. Отримані розрухункові траєкторії руху свідчать, що найсуттєвіший вплив на траєкторію руху має кратність додаткової електричної сили.
4. Встановлено, що узагальнюваним параметром усіх фізико-механічних та електричних властивостей насіння за різного силового впливу на нього під час сепарування є його кут рівноваги. Виявлено, що надання робочій площині механічних коливань призводить до зростання різниці значень кутів рівноваги насіння щавлю кінського та конюшини лучної з 16о до 24о, а щавлю горобинного та конюшини повзучої - з 7о до 11о, або відповідно на 50 % і 37%. За рахунок цього можна повністю (без втрат насіння культури у відходи) очистити насіння конюшини лучної від щавлю кінського та 75% конюшини повзучої від щавлю горобинного.
5. Обгрунтовані оптимальні технологічні параметри віброфрикційного сепаратора: А=0,08 мм; Vп=0,06 м/с; U=10 кВ; =50 Гц; матеріал стрічки - гладка провідна фольга, за яких найповніше відділюється насіння конюшини лучної від важковідділюваних домішок бур’янів.
6. Дослідженнями кількісного рівня і форми ВЖК в проростках, корінні та залишках обробленого в ЕПКР насіннєвого матеріалу виявлено тісний зв'язок між його посівними якостями та вмістом окремих жирних кислот. Підвищення лабораторної схожості корелює (r=0,99) із збільшенням сумарного вмісту етерифікованої і неетерифікованої форм лінолевої кислоти (пророщування в поживному середовищі) та із зменшенням (r=-0,93) рівня етерифікованих пальмітоолеїнової та капринової жирних кислот (пророщування на дистильованій воді). На основі цього можна оцінювати ефективність та вибирати оптимальні параметри електрообробки насіннєвого матеріалу.
7. Досліджено, що електростимуляція насіння багаторічних трав підвищує на 3...12% його енергію проростання та відповідно на 3..12 і 1...12% - лабораторну та польову схожість, сприяє покращенню якості посівного матеріалу при його репродукуванні в поколіннях. Експериментально (за роки досліджень) доведено, що при вирощуванні в західному Лісостепу насіння багаторічних бобових трав, обробленого полем коронного розряду, збільшується урожай зеленої маси на 10...28%, сіна - на 8...35%, насіння - на 8...46 %. В Передкарпатті приріст вегетативної маси становить 14...23 %, сухої речовини - 19...26%. Передпосівна стимуляція насіння багаторічних злакових трав підвищує в середньому урожай насіння на 15...19 % у західному Лісостепу та відповідно на 20...42 % в Передкарпатті.
8. Виявлено, що оптимальні параметри механічних коливань та електричного поля при сепаруванні важкорозділюваних насіннєвих сумішей знаходяться в межах значень, які викликають стимулювальний ефект у насінні багаторічних трав. Це дозволяє в процесі підготовки посівного матеріалу одночасно проводити операції сепарування та передпосівної електростимуляції.
9. Використання в технології підготовки насіння багаторічних трав вібросепаратора дає економічний ефект близько 1,67 грн/кг на сепаруванні насіннєвого матеріалу та 165 грн/га від проведення його передпосівної електростимуляції.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Ковалишин С.Й. Розрахунок параметрів віброелектросепарування насіння кормових трав // Вісник аграрної науки. - 1998. - № 10. - С.71-74.
2. Ковалишин С.Й. Сепарування насіннєвих сумішей трав на рухомій в електричному полі похилій коливальній площині // Сільськогосподарські машини. - Збірник наукових статей. - Випуск 4. - Луцьк, 1998. - С.69-73.
3. Ковалишин С.Й. Вплив електричного поля коронного розряду на посівні якості насіння багаторічних трав // Проблеми агропромислового виробництва.. - Міжвідомчий науковий збірник. - Випуск 5.- Чернівці. Прут. - 1995. - С.162-169.
4. Мацьків О.І., Мащак Я.І., Любченко Л.М., Коник Г.С., Ковалишин С.Й. Комплексна оцінка перспективних форм райграсу пасовищного в західному регіоні України // Матеріали Міжнародної конференції "Україна в світових земельних продовольчих і кормових ресурсах і економічних відносинах.- Вінниця. Аграрна наука. - 1995. - 2с.
5. Мацьків О.І., Мащак Я.І., Коник Г.С., Мізерник І.Д., Приймачук М.І., Дзюбак В.В., Ковалишин С.Й. Підвищення продуктивності кормових культур селекційними і технологічними методами як екологічно чистими заходами в низинних, передгірих та гірських районах Українських Карпат // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції ”Нові підходи до організації і проведення лікування, реабілітації та рекреації в умовах курорту”. - Трускавець. -1995. - С.81-84.
6. Паранюк В.О., Запісоцька У.Н., Ковалишин С.Й. Обгрунтування способу підготовки насіння багаторічних трав при окультуренні порушених земель // Матеріали науково-практичної конференції ”Сучасні досягнення геодезичної науки і виробництва в Україні”. - Львів. - 1997. - С.197-199.
7. Ковалишин С.Й. Вплив передпосівної обробки насіння в електричному полі коронного розряду на посівні якості і урожайність конюшини лучної //Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції молодих вчених і спеціалістів ”Шляхи раціонального використання земельних ресурсів України”. - Чабани. - 1995. - С.135.
8. Паранюк В.О., Ковалишин С.Й. Фізичні основи вдосконалення процесів підготовки насіння с.г. культур // Матеріали наукової конференції, присвяченої 140-річчю заснування Львівського державного сільськогосподарського інституту ”Проблеми агропромислового комплексу України. Стан і перспективи”. - Львів. - 1996. - С.268
9. Патент України №25302А, МКИ А 01 С1/00. Пристрій для обробки насіння /Паранюк В.О., Ковалишин С.Й., Воробкевич В.Ю., Рівіс Й.Ф. - 2с. - Заявл. 21.05.96; Опубл. 30.10.98.
10. Патент України №23116А, МКИ А 01 С1/00. Спосіб оцінки ефективності передпосівної обробки насіння за біохімічним показником /Рівіс Й.Ф., Ковалишин С.Й., Паранюк В.О., Мацьків О.І. - 2с. - Заявл.14.11.95; Опубл. 30.06.98.
11. Патент України №22891А, МКИ А 01 С1/00. Спосіб оцінки ефективності передпосівної обробки насіння сільськогосподарських культур /Рівіс Й.Ф., Ковалишин С.Й., Паранюк В.О., Мацьків О.І. - 2с. - Заявл. 22.10.98; Опубл. 05.05.98 .
Анотація
Ковалишин С.Й. Обгрунтування технологічних параметрів обробки насіння багаторічних трав на віброфрикційному сепараторі. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва. - Львівський державний аграрний університет. - Львів, 1999.
Дисертацію присвячено питанням сепарування та передпосівної електрообробки посівного матеріалу багаторічних трав на віброфрикційному сепараторі. Розроблена математична модель процесу вібросепарування на похилій фрикційній площині. Обгрунтовані оптимальні параметри сепарування важкорозділюваних насіннєвих сумішей багаторічних трав. Шляхом дослідження в проростках простимульованого насіннєвого матеріалу вмісту високомолекулярних жирних кислот розкрито причинно-наслідковий зв`язок електростимуляції з продуктивними якостями насіння. Експериментально вивчено дію електрообробки посівного матеріалу низки сортів багаторічних трав на його урожайні та репродуктивні якості
Ключові слова: насіння, віброфрикційний сепаратор, амплітуда та частота коливань, сепарація, передпосівна стимуляція, багаторічні трави, високомолекулярні жирні кислоти, посівні та урожайні якості.
Аннотация
Ковалишин С.И. Обоснование технологических параметров обработки семян многолетних трав на виброфрикционном сепараторе. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства. - Львовский государственный аграрный университет. - Львов, 1999.
Диссертация посвящена вопросам сепарирования и предпосевной электрообработки семенного материала многолетних трав на виброфрикционном сепараторе. Исследовано движение частицы на наклонной колебательной фрикционной плоскости, которая совершает плоскопараллельное движение, в безотрывном режиме. Разработана математическая модель в виде дифференциальных уравнений, описывающих перемещение частиц по исследуемой плоскости. Получены их решения, созданы алгоритм и программа для расчета на ПЭВМ, которые позволяют получать расчетные значения мгновенной относительной скорости, координат относительного движения в зависимости от амплитуды и частоты колебаний, кратности электрической силы и положения плоскости в пространстве. Исследовано, что наиболее существенно влияет на поведение частицы при сепарировании кратность электрической силы. Для компонентов семенной смеси можно достичь разного ее значения изменением амплитуды и частоты колебаний сепарирующей плоскости, напряженности электрического поля, а вместе с тем их эффективного разделения. Установлено, что интегрированным показателем в процессе сепарирования, который увязывает значения кинематических элементов движения семени с действующими на него силами, а также критерием оптимизации режимов сепарирования, является угол равновесия. Получено его математическое выражение. Экспериментальными исследованиями обоснованы оптимальные параметры вибросепарирования трудноразделимых семенных смесей многолетних трав. Обнаружено, что придание сепарирующей плоскости механических колебаний приводит к увеличению разницы углов равновесия семян щавля конского и клевера лугового, щавля малого и клевера ползучего, в результате чего за один пропуск можно полностью очистить семена клевера лугового и около 75% клевера ползучего от семян трудноотделяемых сорняков. Путем исследования содержания высокомолекулярных жирных кислот в обработанных полем коронного разряда семенах и его проростках установлен стимулирующий эффект электрообработки. Он заключается в активизации ферментных систем (этерификации, синтеза, гидролиза, окисления). Активизация ферментов происходит вследствие их перемещения, ориентации, смены конфигурации, что вызвано взаимодействием их, микроскопически заряженных частиц, с электрическим полем. В результате этого наблюдается более интенсивный рост и развитие обработанного семенного материала в сравнении с необработанным. Установлено тесную корреляционную связь между содержанием отдельных высокомолекулярных жирных кислот в простимулированных семенах с их посевными качествами. Это дало возможность разработать способы оценки эффективности предпосевной стимуляции по биохимическим показателям и оптимизировать ее параметры. Экспериментальными полевыми исследованиями изучено действие электорообработки посевного материала многолетних трав на его урожайные и репродуктивные качества. Их результаты свидетельствуют, что электрообработка семян на оптимальном режиме способствует увеличению их энергии произростания, лабораторной всхожести, увеличению семенной и кормовой производительности, а также влияет на химический состав сена-соломы трав. Установлено, что параметры электрического поля при вибросепарировании трудноразделяемых семенных смесей находятся в пределах значений, которые вызывают стимулирующий эффект в семенах многолетних трав. Это позволяет в процессе подготовки семенного материала одновременно проводить операции сепарирования и предпосевной электростимуляции.
Ключевые слова: семена, виброфрикционный сепаратор, амплитуда и частота колебаний, сепарирование, предпосевная стимуляция, многолетние травы, високомолекулярные жирные кислоты, посевные и урожайные качества.
ANNOTATION
Kovalyshyn S.I. The substantiation of technological dimensions of perennial grass seeds treament on the vibrofriction separator. - The manuscript.
The Thesis on researching the scientific degree of Candidate of Technical Sciences on the speciality 05.20.01 - mechanization of the aqricultural production. - L’viv State Agrarian University. - L’viv, 1999.
The Thesis are devoted to the problems of separatinq of presovinq electrostimulation of seeds perennial grasses on the vibrofriction separator. The mathematical model of the process vibroseparation on the inclined friction plane is investigated.
The optimal dimensions of the separation of hardly-divided perennial grass seed mixtures are substantiated. On the basis of investigation of the context of high-molecular fat acids in sprouts of stimulated seeds, the casuel cohsequent connection of electrostimulation with the productive effisiency of seeds is investigated. The effect of electro-treatment of some varities perennial grass seeds on its sowing and yielding qualities is studied.
Key words: seeds, vibrofriction separator, the amplitude of the friquency of vibration, separation, stimulation, perennial grasses, high-molecular fat acids, sowing and yielding qualities.
2. Паразитология Кафедра биологи МГМСУ В
3. батарея отрицательная дендизм положительная- одна ежечасно притягивает и присваивает себе все положитель
4. Физвоспитание Преподаватель кафедры находятся в штатном расписании кафедры и работают под руководс
5. О СРП О том почему нас постоянно сопровождает сакраментальная фраз
6. Банковская логистика
7. Уголовно-правовая характеристика преступлений против половой свободы
8. і Однією з цих галузей стала авіаційна
9. Факторы формирования социально-психологического климата в строительных бригадах
10. задание для магистров Данные приведенные в таблице 1 представляют собой усредненные за 10 интервалов вр
11. Comparison of the Renaissance and Enlightenment (Сравнение Ренессанса и Просвещения)
12. Права и свободы граждан закрепленные в Конституции Российской Федерации1
13. тематики самостоятельная РАбота 3 По физике Рентгеновское излучение
14. Техника промысла кеты в Охотском море ставными неводами
15. моногенные хромосомные Причина- мутация на генном уровне или же на хромосомном и геномном; роль средовы
16. лекція і насінництво Автореферат
17. Охарактеризуйте рівні організації живої матерії по мірі їх ускладнення
18. технического прогресса породила одну из сложнейших проблем ~ человек и окружающая его природная среда
19. Боли При поражении почек боли локализуются в области поясницы мочеточников соответственно их ходу мочев
20. Семья как социальный институт Исходным структурным элементом общества и его важнейшим социальным и