CC BY
55
fleet], Sel'skohozjajstvennye mashinyi tehnologii, 2016, No 4, pp. 9-14.
3. Shevcov V.G., LavrovA.V., KolosV.A., Zubina V.A. Zavisimost' pokazatelej tehnicheskoj osnashhennosti sel'sko-hozjajstvennyh organizacij ot traktornogo parka [Dependence of indicators of technical equipment of agricultural organizations from the tractor fleet], Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Tehnicheskoe obespe-chenie innovacionnyh tehnologij v sel'skom hozjajstve», Minsk, 8-9 ijunja 2016, pp. 348-352.
4. Formation of Quantitative and Age Structure of Tractor Park in the Conditions of Limitation of Resources of Agricultural Production. Shevtsov V., Lavrov A., Izmailov A. and Lobachevskii Y. SAE: 2015-26-0147, doi: 10.4271/2015-26-0147.
5. Zubina V.A. Analiz primenenija komp'juternyh pro-gramm dlja formirovanija optimal'nogo sostava traktornogo parka [Analysis of the application of computer programs for the formation of the optimal composition of the tractor fleet], Plodovodstvo i jagodovodstvo Rossii, 2016, T. XXXXVI, pp. 109-115.
6. Dokin B.D., Jolkin O.V., Rihter V.A. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM No 2013616117 RF, 4.09.2013, Programmnyj kompleks «AGRO» [Software complex «AGRO»].
7. Kolegaev I.A. Principy komp'juterizacii proektirova-nija ispol'zovanija i operativnogo upravlenija mashinno-traktornym parkom sel'skohozjajstvennogo predprijatija [Principles of design, use and operational management computa-
rization of agricultural enterprise machine-tractor fleet], Kostroma, KGSHA, 2011.
8. Fustochenko AJu., Ridnyj S.D., Shmatko S.G., Shmatko G.G. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM No 2015616254 RF, 20.07.2015, Ras-chet tehniko-jekonomicheskih pokazatelej optimal'noj raboty sel'hoztehniki [Calculation of technical and economic parameters of optimal work of agricultural machinery],
9. Zhalnin Je.V. Komp'jutemaja sistema razrabotki i vnedrenija agromashinnyh tehnologij uborki zernovyh kul'tur i tehnicheskih sredstv dlja ih realizacii [Computer system of development and implementation of grain crops harvesting agro-machine technologies and technical means for its implementation], Trudy VIM, 1997, No 129, pp. 4-5.
10. Valge A.M., Artem'ev Ju.G. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM No 2013615892 RF, 21.07.2013, Opredelenie optimal'nogo sostava mashin-no-traktornogo parka s vozmozhnost'ju nahozhdenija vseh al'temativnyh variantov reshenija [Determining the optimal composition of machine-tractor fleet, with the possibility of finding all alternative solutions].
11. Alt V.V., Bobrova T. N.. Kolpakova LA, Lap-chenko E.A, Isakova S.P. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM No 2015663535 RF, 23.12.2015, Programmnoe obespechenie dlja avtomatiziro-vannogo formirovanija sostava mashinno-traktomogo parka sel'skohozjajstvennogo predprijatija [Software for automated formation of machine-tractor fleet of agricultural enterprises].
Сведения об авторе
Зубина Валерия Александровна - аспирант, младший научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный аг-роинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: 8(499)174-87-30. E-mail: [email protected].
The information about author Zubina Valeriya Aleksandrovna - postgraduate student, junior researcher, Federal Research Agro-engineering Center VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: 8(499)174-87-30. E-mail: [email protected].
УДК 634.1/7
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АППАРАТА ДЛЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ РАСТЕНИЙ
© 2018 г. А.И. Кутырев, Д.О. Хорт, P.A. Филиппов
Представлена классификация разновидностей магнитных полей. Приведена условная кривая изменений показателей жизнедеятельности организма от интенсивности воздействующего электромагнитного поля. Изготовлен лабораторный стенд, на котором проведено измерение распределения импульсного магнитного поля, генерируемого блоком управления. Результаты замеров, при различных режимах работы блока управления, представлены на диаграммах. Рассмотрены устройство, конструкция и принцип работы аппарата. Проведен расчет индуктивности катушки. Приведены технические характеристики блока управления и блок-схема работы аппарата магнитно-импупьсной обработки (МИО) растений. Обоснована перспектива широкого внедрения МИО растений с помощью автоматизированного технологического агрегата в промышленных технологиях производства продукции садоводства. В результате анализа полученных диаграмм со стендовых испытаний блока управления МИО с индукторами можно сделать вывод, что для достижения максимального эффекта облучения растений низкочастотным импульсным полем с частотой следования импульсов 8, 16, 32 Гц и мощностью излучения 5 мТл необходимо обеспечить расстояние 50-100 мм между рабочими органами и растениями. Для создания аппаратуры магнитно-импульсной обработки растений, установления оптимальных режимов работы на различных сельскохозяйственных культурах и успешного внедрения данной технологии в промышленное растениеводство необходимо продолжение научных исследований и накопление экспериментальных данных на растительных объектах в полевых условиях. Применение разработанного аппарата МИО с технологическим агрегатом в
сельскохозяйственном производстве позволит повысить урожайность за счет стимуляции обменных процессов на определенных фазах развития растений слабыми низкочастотными импульсными магнитными полями в сочетании с дополнительным облучением импульсами света 445 нм и 660 нм.
Ключевые слова: магнитные технологии, излучение, электронный прибор, магнитно-импульсная обработка.
A classification of varieties of magnetic fields is presented in the article. The given curved line shows conditional changes in the vital activity of organism from the intensity of the affecting electromagnetic field. A laboratory stand was produced on which the distribution of the pulsed magnetic field generated by the control unit was measured. The results of measurements, at different modes of control unit operation, are presented in diagrams. The device, design and operating principle of the device are considered. The calculation of the inductance of the coil. The technical characteristics of the control unit and a flowchart of operation of magnetic-pulse plants treatment are presented. The prospect of the widespread introduction of magnetic-pulse plants treatment considering the automated processing unit in industrial technologies of gardening production is justified. According to the analysis of the obtained from stand tests diagrams, to achieve maximum effect of plants irradiation by low-frequency pulsed field with a pulse repetition rate of 8,16, 32 Hz and radiation power of 5 MT, it is necessary to ensure the distance between the working bodies and plants at a distance of 50-100 mm. To create instruments of plants magnetic-pulse treatment, determination of optimum modes of operation for various agricultural crops and successful implementation of this technology in industrial crop production it needs to continue scientific research and the accumulation of experimental data on plant sites in the field. The application of the developed device in agricultural production will allow to increase the yield, due to the stimulation of metabolic processes at certain stages of plant development by low frequency pulsed magnetic fields in combination with additional irradiation by pulses of light of 445 nm and 660 nm
Keywords: magnetic technologies, radiation, electronic device, magnetic-pulse processing.
Введение. В последнее время учёные большое внимание уделяют альтернативным методам стимулирования роста и развития растений, среди которых можно отметить применение высокочастотных постоянных и низкочастотных переменных магнитных полей. Многочисленными экспериментальными исследованиями доказано, что низкочастотное магнитное поле с магнитной индукцией, не превышающей несколько десятков миллитесла, оказывает биологическое воздействие на живой организм.
Целью представляемой работы является изучение механизма биологического воздействия на растения низкочастотными магнитными импульсами и лабораторное исследование распределения импульсного магнитного поля, генерируемого блоком управления, разработанным в агроинженерном центре ВИМ.
Результаты и их обсуждение. На основании многолетних опытов доказано, что скорость химических реакций в растениях зависит от солнечной активности, температуры окружающего воздуха, содержания двуокиси углерода, а также от геомагнитного поля земли. Биологические объекты особенно чётко реагируют на относительно слабые магнитные поля, обладающие определенными параметрами (частотой, градиентом, напряжённостью), в связи с чем предполагаемая напряжённость в зоне обработки должна составлять ориентировочно 0,3-5 мТл. При выборе частотного диапазона воздействия
принимаются во внимание многочисленные данные, полученные опытным путём на биологических объектах, и теоретические наработки по исследованию основных частотных ритмов, присутствующих в биосфере Земли (например, Шумановский резонанс с частотой 8-16 Гц), и различных циклических, колебательных процессах, происходящих внутри живой материи [1].
В литературе накоплено большое количество материалов по исследованию влияния слабых магнитных полей на жизнедеятельность различных организмов. Исследования по применению магнитных полей продолжаются и в настоящее время. На рисунке 1 представлена классификация электромагнитных полей.
Наибольшей эффективностью, согласно различным источникам, обладают импульсные магнитные поля с напряженностью близкой к геомагнитному полю земли [2, 3]. Одним из критериев нормирования магнитных полей может служить положение статьи 25 Федерального закона «Об охране окружающей природной среды». Отклонение магнитного поля от естественного уровня в большую либо меньшую сторону от диапазона устойчивости оказывает стресс на живой организм (рисунок 2).
В связи с этим появилась актуальная задача в установлении параметров и разработки специальных технических средств МИО растений, позволяющих увеличить объем производства и качество продукции.
Электромагнитные поля
Естественного происхождения
Стационарное
I
\Нестационарные \
Гчомагнитное поле земли | | Поля солнечной системы
Грозовые ЭМ поля
I
Поля ионосферы
Искусственного происхождения
-\ПМП-
постоянное магнитное поле
-\ПеМП -
переменное магнитное поле
-\ПуМП -
пульсирующее магнитное поле
-\ИМП - импульсное магнитное поле
ИБМП - импульсное бегущее магнитное поле
-| СлМП - случайные магнитные поля
ЦВМП - Вращающее магнитное поле
Рисунок 1 - Классификация электромагнитных полей
Гитгеозлектромагнитные услобия
Электромагнитное загрязнение окружающей среды
Нипенсибность электромагнитного поля
Нижнии предел устоичибости организма
Верхки предел устоичибости организма
Рисунок 2 - Условная кривая изменений показателей жизнедеятельности организма от интенсивности воздействующего электромагнитного поля
Для решения этих задач во ФНАЦ ВИМ был разработан аппарат магнитно-импульсной обработки растений, который состоит из блока управления, световых излучателей и магнитных индукторов. Предназначен для стимуляции жизненных и ростовых процессов посадочного материала, овощных культур, садовых растений периодической последовательностью импульсов магнитной индукции в низкочастотном диапазоне в нескольких режимах облучения, одно-
временного дополнительного синхронного облучения импульсами света определенных длин волн оптического диапазона (рисунок 3) [4, 5].
Работа аппарата основана на преобразовании электрической энергии конденсаторного блока в воздействующие факторы - импульсы магнитной индукции и светового излучения [4, 5].
Упрощенная блок-схема аппарата магнитно-импульсной обработки растений приведена на рисунке 4.
1 - блок управления; 2 - магнитные индукторы; 3 - световые излучатели Рисунок 3 - Электронный прибор магнитно-импульсной обработки растений
XV ХОООнкФ
Рисунок 4 - Блок-схема аппарата магнитно-импульсной обработки растений Технические характеристики электронного блока управления МИО
Технические характеристики
Тип переносной
Частотный диапазон, Гц 1-100
Скважность излучения 1-100
Вид регулировки частоты, скважности импульсов плавный
Время нарастания импульсов магнитной индукции, мс не более 0,2
Время спада импульсов магнитной индукции, мс не более 3,0
Диапазон временного интервала экспозиции встроенного таймера, с от 1 до 999
Количество подключаемых световых излучателей, шт. 2
Количество подключаемых индукторов, шт. 3
Рабочая площадь подключаемого индуктора, см2 2140
Питание от сети 50 Гц 220
Блок управления состоит из формирователя импульсов электрического тока (ГНЧ), блока питания (БП), конденсаторного накопителя электрической энергии, твердотельных реле (ТТР) и реле времени (РВ), Блок питания соединен с конденсаторным блоком и блоком управления. Два твердотельных реле от конденсаторного блока через реле времени управ-
ляют рабочими органами - индукторами и светодиодными прожекторами [6, 7].
Технические характеристики блока управления магнитно-импульсной обработкой растений представлены в таблице.
Рабочие органы блока управления изготовлены в виде трех магнитных индукторов на основе плоской спиральной катушки (рисунок 5).
Рисунок 5 - Индуктор МИО
Индуктор преобразует протекающие через него периодические импульсы тока в импульсы магнитной индукции, излучаемые на растения.
Число импульсов п магнитной индукции в каждой катушке определяется по выражению
71 = V • т.
ЭКСП'
где V - выбранная частота импульсов, Гц;
1
где Т - период следования импульсов, с;
1эксп
= Тг
где тт - интервал экспозиции, с;
К5 - количество интервалов экспозиции; Индуктивность плоской спиральной
тушки:
ка-
07Г
где со - число витков катушки;
с1 = + ¿2)/2 - средний диаметр катушки;
где р = г/с1 [5, 6];
С помощью программы СоН32 проведен проверочный расчет индуктивности рабочих органов (рисунок 6).
Для уточнения параметров разработанного индуктора на изготовленном лабораторном стенде проведено измерение распределения импульсного магнитного поля, генерируемого блоком управления. Стенд включает в себя установленные на рабочем столе с координатной сеткой исследуемый индуктор, соединенный с блоком управления.
Иифп*
Квгуитл Аа^теесге |«»<тур|
ли*.;
чп»п. % «а X Л ВТ
рг
Рисунок 6 - Вид окна программы СоН32 при расчете катушки индуктивности
Измерения проведены с помощью милли-тесламетра портативного универсального (ТПУ). Перемещая измерительный зонд милли-тесламетра по координатной сетке, проведены
замеры импульсного магнитного поля на различных частотах 8, 16, 32 Гц. Измеренное значение распределения магнитной индукции в виде диаграмм представлено на рисунке 7.
гоо
юо
7
/
/
/
7*
05 нГ*
т
10 нП
?5ИТА
-Т-
5нГл ЮпГл
\
*
-300 -200
-ЮО
о в
юо
200 300 100
< А»
а - частота следования импульсов 8 Гц; б - частота следования импульсов 16 Гц; в - частота следования импульсов 32 Гц Рисунок 7 - Результаты замеров на стенде распределения индукции импульсного магнитного поля, создаваемого индуктором при различных режимах блока управления
Для повышения фотосинтетической активности обрабатываемых растений в качестве дополнительного, синхронного, усиливающего эффект от МИО растений воздействия используются подключаемые к блоку управления переносные светодиодные прожектора мощностью 10 \А/. Использование для этих целей
светодиодов позволяет реализовать возможность управления спектром излучения, воздействующего на растения. Спектральный состав излучения влияет на рост, развитие и физиологию растений, действуя на фоторецепторы (фитохромы, криптохромы и фототропины) (рисунок 8) [8].
Рисунок 8 - График зависимости фотосинтетической активности растений от светового спектра
Из графика видно, что наибольший эффект на растения оказывают спектры красного и синего цвета. Для максимальной эффективности светового облучения к блоку управления МИО подключаются светодиодные прожектора
оптического диапазона 445 Нм и 660 Нм, выполненные в виде плоского герметичного корпуса, закрытого с одной стороны закаленным оптическим стеклом (рисунок 9).
а - переносной светодиодный прожектор; б - распределение светового потока светодиодного прожектора Рисунок 9 - Излучатель света, подключаемый к блоку управления
Для внедрения новой технологической операции и автоматизации процесса МИО растений во ФНАЦ ВИМ разработан технологический агрегат для магнитно-импульсной обработки растений. Агрегат был представлен на 18-й Российской агропромышленной выставке «Золотая осень-2016» (рисунок 10).
С помощью системы адаптации, в процессе работы, разработанный технологический агрегат в автоматизированном режиме подстраивается к различным агротехнологическим
параметрам насаждений [9,10]. Его применение позволит повысить урожайность за счет ускорения роста и развития растений в результате их облучения низкочастотными магнитными импульсами с одновременным дополнительным облучением импульсами света, автоматизировать процесс обработки растений, сократить количество химических обработок, число проходов агрегата, сэкономить топливо и трудовые затраты.
Рисунок 10 - Универсальный технологический адаптер для МИО растений, представленный на выставке «Золотая осень-2016»
Выводы. В результате анализа полученных диаграмм со стендовых испытаний блока управления МИО с индукторами можно сделать вывод, что для достижения максимального эффекта облучения растений низкочастотным импульсным полем с частотой следования им-
пульсов 8, 16, 32 Гц и мощностью излучения 5 мТл необходимо обеспечить расстояние 50-100 мм между рабочими органами и растениями.
Для создания аппаратуры магнитно-импульсной обработки растений, установления оптимальных режимов работы на различных
сельскохозяйственных культурах и успешного внедрения данной технологии в промышленное растениеводство необходимо продолжить научные исследования и накопление экспериментальных данных на растительных объектах в полевых условиях.
Применение разработанного аппарата МИО с технологическим агрегатом в сельскохозяйственных производстве позволит повысить урожайность за счет стимуляции обменных процессов на определенных фазах развития растений слабыми низкочастотными импульсными магнитными полями в сочетании с дополнительным облучением импульсами света 445 нм и 660 нм.
Литература
1. Бинги, В.Н. Физические проблемы действия слабых магнитных полей на биологические системы / В Н. Бинги, A.B. Савинов II Успехи физических наук. -2003.-Т. 173. -№3,-С. 265-300.
2. Brown, F.A. Adaptation of the magneto receptive mechanism of mud-snails to geomagnetic strength I F.A. Brown, F.H. Barnwell, H.M. Webb II Biol. Bull. - 1964. -V. 127. - № 2. -C. 221.
3. Brown, F.A. A hypothesis for extrinsic timing of cir-cadian rhythms / F.A. Brown II Canad. J. Bot. - 1969. - V. 47. - № 2. - P. 287.
4. Обоснование параметров робототехнического средства с опрыскивателем и модулем магнитно-импульсной обработки растений в садоводстве / А.Ю. Измайлов, Д О. Хорт, И.Г. Смирнов, P.A. Филиппов, А.И. Кутырев II Сельскохозяйственные машины и технологии.-2017.-№ 1. - С. 3-10.
5. Робототехнические средства в растениеводстве / И.Г.Смирнов, A.A. Артюшин, Д.О. Хорт, P.A. Филиппов, А.И. Кутырёв, A.A. Цымбал II Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ, 2016. - № 118 (04). - С. 1651-1660. -IDA [article ID]: 1181604109. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2016/04/pdf/109.
6. Инновационная техника для машинных технологий в садоводстве / Я П. Лобачевский, И.Г. Смирнов, Д.О. Хорт, P.A. Филиппов, А.И. Кутырев II Научно-информационное обеспечение инновационного развития АПК: материалы VIII Международной научно-практи-ческой конференции «ИнформАгро-2016», 25-27 мая 2016 г., г. Москва, ФГБОУ ВО «РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева». - Москва, 2016. - С. 199-2003.
7. Кутырев, А.И. Особенности разработки робототехнического средства для садоводства /А.И. Кутырев II Плодоводство и ягодоводство России. - 2016. -Т. XXXXVI. - С. 175-179.
8. Хорт, Д.О. Робототехническое средство с модулем магнитно-импульсной обработки растений в садоводстве / Д.О. Хорт, P.A. Филиппов, А.И. Кутырев II Мехатрони-ка, автоматика и робототехника. - 2017. - Т. 1. - С. 28-30.
9. Кутырев, А.И. Технологический адаптер для робототехнического средства в садоводстве / А.И. Кутырев II Плодоводство и ягодоводство России. - 2016. - Т. XXXXVI. -С. 180-185.
10. Пат. 167530 РФ. Робот для магнитно-импульсной обработки растений / Измайлов А.Ю., Кутырев А.И., Смирнов И.Г., Филиппов Р.А., Хорт Д.
Reference
1. Bingi V.N., Savinov A.V. Fizicheskie problemy dejstvija slabyh magnitnyh polej na biologicheskie sistemy [Physical problems of the action of weak magnetic fields on biological systems], Uspehi fizicheskih nauk, 2003, T. 173, No 3, pp. 265-300.
2. Brown F.A, Barnwell F.H., Webb H.M. Adaptation of the magneto receptive mechanism of mud-snails to geomagnetic strength, Biol. Bull. V. 127, No 2,1964, pp. 221.
3. Brown, F.A. A hypothesis for extrinsic timing of cir-cadian rhythms, F.A. Brown, Canad. J. Bot, V. 47, 1969, No 2, pp. 287.
4. Izmajlov A.Ju., Hort D.O., Smimov I.G., Filip-pov R.A., Kutyrev A.I. Obosnovanie parametrov robototehni-cheskogo sredstva с opryskivatelem i modulem magnitno-impul'snoj obrabotki rastenij v sadovodstve [Justification of parameters of robotic means with sprayer and module mag-netic-pulse processing of plants in horticulture], Sel'skoho-zjajstvennye mashiny i tehnologii, 2017, No 1, pp. 3-10.
5. Smirnov I.G., Artjushin A.A., Hort D.O., Filip-pov R.A., Kutyrev A.I., Cymbal A.A. Robototehnicheskie sredstva v rastenievodstve [Robotics in plant growing], Poli-tematicheskij setevoj jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kubans-kogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Jelektronnyj resurs], Krasnodar, KubGAU, 2016, No 118(04), pp. 1651-1660. IDA [article ID]: 1181604109. Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2016/04/pdf/109.
6. Lobachevskij Ja.P, Smirnov I.G., Hort D.O., Filip-pov RA, Kutyrev A.I. Innovacionnaja tehnika dlja mashinnyh tehnologij v sadovodstve [Innovative technology for machine technology in horticulture], Nauchno-informacionnoe obespe-chenie innovacionnogo razvitija APK, Materialy VIII Mezhdu-narodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «InformAgro-2016», 25-27 maja 2016 g. FGBOU VO «RGAU-MSHA imeni K.A. Timirjazeva», Moscow, 2016, pp. 199-2003.
7. Kutyrev A.I. Osobennosti razrabotki robototehni-cheskogo sredstva dlja sadovodstva [Features development of a robotic tool for gardening], Plodovodstvo i jagodovodstvo Rossii, 2016, T. XXXXVI, pp. 175-179.
8. Hort D.O., Filippov R.A, Kutyrev A.I. Robototehni-cheskoe sredstvo с modulem magnitno-impul'snoj obrabotki rastenij v sadovodstve [Robotics with a module of magnetic pulse processing of plants in horticulture], Mehatronika, av-tomatika i robototehnika, 2017, T. 1, pp. 28-30.
9. KutyrevAI. Tehnologicheskij adapter dlja roboto-tehnicheskogo sredstva v sadovodstve [Technological adapter for robotics in horticulture], Plodovodstvo ¡jagodovodstvo Rossii, 2016, T. XXXXVI, pp. 180-185.
10. Izmajlov AJu., Kutyrev A.I., Smimov I.G., Filippov R.A., Hort D. Robot dlja magnitno-impul'snoj obrabotki rastenij [Robot for magnetic pulse processing of plants], Pat. No 167530 RF.
Сведения об авторах
Кутырёв Алексей Игоревич - аспирант, младший научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный агроин-женерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: 8(499)174-88-01. E-mail: [email protected].
Хорт Дмитрий Олегович - кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией механизации возделывания многолетних культур, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: 8(499)174-88-01. E-mail: [email protected].
Филиппов Ростислав Александрович - кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: 8(499)174-88-01. E-mail: [email protected].
Information about the authors
Kutyrev Alexey Igorevich - postgraduate student, junior researcher, Federal Research Agro-engineering Center VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: 8(499)174-88-01. E-mail: [email protected].
Khort Dmitry Olegovich - Candidate of Agricultural Sciences, head of the laboratory, Federal Research Agro-engineering Center VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: 8(499) 174-88-01. E-mail: [email protected].
Filippov Rostislav Aleksandrovich - Candidate of Agricultural Sciences, senior researcher, Federal Research Agro-engineering Center VIM (Moscow, Russian Federation). Phone: 8(499)174-88-01. E-mail: [email protected].
УДК 620:631.365.22
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЗЕРНОВОМ СЛОЕ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ
© 2018 г. Д. А. Будников
Тепловая обработка применяется к зерну различных культур на этапах сушки, обеззараживания, подготовки к скармливанию и т.д. Высокая стоимость этих процессов обуславливается как стоимостью энергоносителей, так и энергоемкостью самих процессов. Разработка режимов обработки с применением электротехнологий в общем и электромагнитных полей в частности позволит снизить себестоимость указанных процессов. При их разработке необходимо учитывать виды применяемых электротехнологий, таких как, например, инфракрасные (ИК) поля, поля сверхвысокой частоты (СВЧ) и т.д. Исследование комбинированных способов воздействия на сельскохозяйственные материалы во многом сопряжено с разработкой промышленного оборудования на основе математических и компьютерных моделей. Таким образом данная работа направлена на разработку представления зернового слоя в компьютерных моделях электромагнитного взаимодействия. В статье описаны результаты численного эксперимента по определению напряженности электромагнитного поля в слое зернового материала, подвергающегося СВЧ-обработке. В процессе численного эксперимента зерновой слой был представлен различными способами замещения. Представлены вид замещаемого слоя, распределение напряженности электрического поля в указанном материале. Данные численного эксперимента, представленные в работе, получены для ячменя и пшеницы влажностью 16-24%. Полученные данные могут быть применены как для определения конструктивных параметров зон СВЧ-воздействия, так и для разработки систем управления оборудованием. При разработке оборудования, применяющего данные технологии, необходимо учитывать глубину проникновения слоя в материал. Глубина проникновения, в свою очередь, зависит от материала и его свойств, а также от параметров электроматитного поля. Широкие возможности для разработки подобного оборудования дает применение специализированных программных средств. В итоге применение СВЧ-полей позволяет снизить затраты на тепловую обработку на 15-20%, в зависимости от процесса и вида обрабатываемого материала.
Ключевые слова микроволновое поле, тепловая обработка, зерно, напряженность поля, прямой нагрев, диэлектрик, моделирование ЭМ полей, программные средства, плотность слоя, псевдоожиженный слой.
Thermal treatment is applied to the grain of different crops during the processes of drying, disinfection, preparation for feeding, etc. The high cost of these processes is caused by both the cost of energy carriers and the energy intensity of the processes themselves. Development of processing modes with the use of electrical technologies in general and electromagnetic fields in particular can reduce the cost of these processes. In their development, it is necessary to consider the types of electrical technologies used, such as, for example, infrared (IR) fields, ultrahigh frequency (UHF) fields, etc. The research of combined methods of influence on agricultural materials is largely associated with the development of industrial equipment based on mathematical and computer models. Thus, this work is aimed at developing the representation of the grain layer in computer models of electromagnetic impact. The results numerical experiment to determine the intensity of the electromagnetic field in a layer of grain material subjected to UHF-processing are described. In the process of numerical experiment, the grain layer has been presented in many different ways of substitution. The type of the substituted layer, the distribution of the electric field intensity in the specified material are presented. The numerical experiment data presented in the paper were obtained for barley and wheat with a moisture content of 16-24%. The obtained data can be used both to determine the design parameters of UHF impact zones and to develop equipment control systems. During the developing of the equipment that uses these technologies, it is
