CC BY
64
7. Glinski G. P., Bailey C., Pericleous K. A. A non-Newtonian computational fluid dynamics study of the printing process // Proc Instn Mech Engrs. 2001. Vol. 215. Part C. Р. 437-446.
8. Fox I. J., Bohan M. F. J., Claypole T. C. and Gethin D. T. Film thickness prediction in halftone screen-printing. Proc. Instn Mech. Engrs // J. Process Mechanical Engineering. 2003. Vol. 217. Part E. Р. 345-359.
9. Пат. 70198 Российская федерация, МПК B 41 F 15/42. Красочный аппарат для трафаретной печати / С. Н. Литунов. № 2006107089/22; заявл. 06.03.06; опубл. 20.01.08, Бюл. № 2.
10. Litunov S. N., Yurkov V. Y. Research of paste transition to substrate in LTCC-technology // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 944. DOI: 10.1088/1742-6596/944/1/012075.
УДК 621.81
БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА В ПРОМЫШЛЕННОЙ АЭРОПОННОЙ УСТАНОВКЕ
CONTROL UNIT FOR THE DOSE SUPPLY OF THE NUTRIENT SOLUTION IN THE INDUSTRIAL AIRPORT INSTALLATION
А. П. Моргунов, И. В. Киргизова
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
А. P. Morgunov, I. V. Kirgizova
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. Развитие агропромышленного сектора по производству перспективных сортов картофеля ограничивается вирусными инфекциями, а также использованием некачественного семенного материала. Наиболее эффективным способом производства элитного посадочного материала картофеля является аэропонные системы выращивания семян картофеля. С целью повышения производительности установок и снижения затрат предлагается использовать задвижной блок управления для дозированной подачи питательного раствора к корневой системе растений картофеля. В ходе исследований разработан блок управления для подачи питательного раствора, который возможно настроить на определенные интервалы времени и автоматизировать промышленные аэропонные установки, работающие на больших площадях.
Ключевые слова: аэропонная установка, форсунки, электромеханический привод.
DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-181-184
I. Введение
Картофель является важнейшим продуктом потребления и источником витаминов. В условиях Сибири в связи с поражениями вирусной инфекцией не культивируются сорта, устойчивые к биотическим и абиотическим факторам окружающей среды. Актуальным является внедрение эффективных способов производства элитного семенного материала. Одним из эффективных методов производства семян картофеля является метод аэропоники.
Аэропоника - метод выращивания растений на безсубстратной основе. Обеспечение растений питательными веществами и водой осуществляется путем распыления питательного раствора на корни растений [1, 2, 3]. Растения закрепляются опорной системой, а корневая система растений находится в воздухе в подвешенном состоянии. Однако для успешного промышленного получения элитного семенного материала картофеля необходимо подбирать оптимальные условия культивирования, главным из которых является дозированная и периодическая подача питательного раствора [4].
II. Постановка задачи
Цель исследований: разработка технологической системы блока управления дозированной подачи питательного раствора в промышленных аэропонных установках для автоматизированного управления системы с возможностью предварительной настройки на заданные режимы работы.
III. Теория
С целью получения семенного материала картофеля используются методы выращивания клубней картофеля в условиях закрытого и открытого грунта. В настоящее время разработано достаточно большое количество методов эффективного получения безвирусного посадочного материала картофеля. Наиболее распространенным методом получения семенного картофеля являются гидропонные установки с использованием различных инертных субстратов [5, 6, 7]. Однако у гидропонных систем имеются достаточно серьезные ограничения из -за недостаточной аэрации корней растений [8, 9]. На сегодняшний день наиболее эффективными методами являются аэропонные установки [10].
Аэропоника - метод без субстратного метода выращивания растений картофеля с получением мини-клубней. В отличие от методов гидропонного производства в аэропонных установках питательный раствор распыляется на корневую систему растений. При этом периоды распыления питательного раствора чередуются с периодами аэрации корней растений [11, 12, 13].
Наиболее значимым элементом в конструкторстко-технологическом обеспечении аэропонной установки является блок управления подачи питательного раствора через определенные промежутки времени и в установленных дозировках. При неправильно подобранном периоде и интенсивности распыления раствора может произойти угнетение ростовых процессов растений и оводнение корневой системы. Для эффективной работы аэро-понной установки необходимо разработать отечественные системы автоматизированного управления и возможностью предварительной настройки на заданные режимы работы.
Предлагается аэропонная система у которой требуемое давление на форсунки для орошения корневой системы отличается отсутствием насосов. Требуемое давление обеспечивается расположением резервуара с питательным раствором на определенной высоте относительно уровня блоков орошения растений (рис. 1).
Питательный раствор Рис. 1. Принципиальная схема аэропонной установки
Для более эффективной работы установок необходимо внедрять в аэропонные системы блоки управления подачи питательного раствора, которые дозированно подают раствор к корневой системе растительных объектов в лотки через заданные периоды времени, а также имеют возможность ручного управления системой.
IV. Результаты эксперимента На кафедре «Технология машиностроения» ОмГТУ был разработан блок управления для дозированной периодической подачи питательного раствора в промышленных аэропонных установках, работающих под давлением. На рис. 2 представлен блок управления для аэропонных установок.
С помощью реле управления блока дозированной подачи питательного раствора можно задавать определенное время подачи раствора и задавать определенное количество циклов, в том числе устанавливать часы, минуты и секунды работы аэропонной установки. Блок управления можно настраивать на автоматический и ручной режим работы в зависимости от целей экспериментов при работе с аэропоникой. С помощью световых индикаторов отображается режим работы блока управления (СТОП, ПУСК).
Рис. 2. Блок управления дозированной подачи питательного раствора в аэропонную установку через определенные периоды времени
Наиболее важным преимуществом данного блока управления (БУ-1) является возможность автоматизации на разные временные периоды процесса получения мини-клубней картофеля при больших промышленных масштабах аэропонных установок. На рис. 3 представлена фотография собранного блока управления (БУ-1).
Рис. 3. Фотография блока управления дозированной подачи питательного раствора в аэропонных установках
В результате проведенных экспериментов по разработке блока управления промышленной аэропонной установки был разработан блок управления дозированной подачи раствора с разными режимами работы и возможностью периодической подачи питательной среды к корневой системе растений картофеля.
V. Обсуждение результатов В результате экспериментов по созданию блока управления подачи питательного раствора был разработан блок управления качающего узла дозированной подачи питательного раствора. Установлено, что разработан-
ный блок управления (БУ-1) обладает несомненными преимуществами возможности автоматизации процессов получения элитного безвирусного посадочного материала картофеля.
При разработке блока управления установлены реле управления, которое позволяет задавать работу через временные промежутки времени (часы, минуты, секунды) и задавать циклы работы, что позволяет дозированно распылять питательные вещества, а в перерывах у растений происходит процесс аэрации.
Разработанный блок управления (БУ-1) возможно использовать при промышленном выращивании растений и микроклубней картофеля на больших площадях. Создание микроклимата растений, включающего в себя питание и аэрацию корневой системы, положительно скажется на ростовых процессах растений картофеля, а также при получении мини-клубней.
VI. Выводы и заключение
В результате проведенных исследований был проведен анализ отечественных и зарубежных источников об эффективности использования аэропонных и гидропонных установок для получения посадочного материала картофеля.
Было установлено, что наиболее эффективным методом получения безвирусного материала картофеля является метод аэропоники. Однако растения, высаженные в условия аэропонных установок, нуждаются в регулярной периодической подаче питательного раствора путем распыления черед определенные периоды времени, а также корневая система нуждается в периодической аэрации.
В результате проведенной работы был разработан блок управления дозированной подачи питательного раствора с реле управления, включающим в себя циклы, время и режимы автоматической и ручной работы в зависимости от целей экспериментов.
Список литературы
1. Filho S., Barros J. Evaluation of "UFV Aeroponic System" to Produce Basic Potato Seed Minitubers // American Journal of Potato Research. 2018. P. 1-8.
2. Kang J. G., Kim S. Y., Om Y. H., Kim J. K. Growth and tuberization of potato (Solanum tuberosum L.) culti-vars in aeroponic, deep flow technique and nutrient film technique culture films // J Kor Soc Hortic Sc. 1996. № 37. P. 24-27.
3. Chang D. C., Park C. S., Kim S. Y., Lee Y. B. Growth and tuberization of hydroponically grown potatoes // Potato Res. 2012. № 55. P. 69-81.
4. Терентьева Е. В., Ткаченко О. В. Аэропонный способ получения мини-клубней картофеля // Известия ТСХА. 2017. № 1. С. 75-82.
5. Navarrete J. Evaluacbn de dos mеtodos de micropropagaciоn para la producc^n de semilla categoría prebasica de dos variedades de papa bajo condiciones de invernadero // UCE, Quito (Ecuador): MSc. Thesis. 2004. № 12. P. 457502.
6. Navarrete J. Evaluacion de dos metodos de micropropagacion para la produccion de semilla categoría prebasica de dos variedades de papa (Solanum tuberosum) bajo condiciones de invernadero // Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar titulo Ingeniero Agronomo. Quito: Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ciencias Agrícolas. 2004. P. 234-238.
7. Chang D. C. Solution concentration effects on growth and mineral uptake of hydro-ponically grown potatoes // Am J Potato Res. 2000. № 77. P. 395-403.
8. Gislerod H. R., Kempton R. J. The oxygen content of flowing nutrient solutions used for cucumber and tomato culture // Sci Hort. 1983. № 20. P. 23-33.
9. Nikolaev A. B., Ni Z. Research of stability and quality of automated control system for thermometric object by calculating log-frequency method // International journal of advanced studies. 2014. № 2. P. 15-21.
10. Kang J. G., Kim S. Y., Om Y. H., Kim J. K. Growth and tuberization of potato (Solanum tuberosum L.) culti-vars in aeroponic, deep flow technique and nutrient film technique culture films // J Kor Soc Hortic Sc. 1996. № 37. P. 24-27.
11. Bobrow J. E., Dubowsky S., Gibson J. S. Time-optimal control of robotic manipulators along specified paths // Int. Journal Robotic Research. 1985. № 4(3). P. 3-17.
12. Мартиросян Ю. Ц. Аэропонные технологии в первичном семеноводстве картофеля - перспективы и преимущества // Картофелеводство: сб. науч. тр. 2014. С. 75-77.
13. Вальков В. М., Вершинин В. Е. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Л.: Машиностроение, 1977. 240 с.
