CC BY
21
and reliability of machine parts: a training manual), M, «Vysshayashkola», 1974, 206 pp.
9. SHor YA. B. Tablicydlyaanaliza i kontrolyan-adezhnosti (Tables for analysis and control of reliability), M, «Sovetskoe radio», 1968, 288 pp.
10. Kravchenko I. N., Zorin V. A., Puchin E. A., Bondareva G. I. Osnovy nadezhnosti mashin: Uchebnoeposobie: v 2 t (Fundamentals of machine reliability: Textbook: in 2 books), 2007, CH.1, 224 pp.
11. Puchin E. A. Nadezhnost' tekhnicheskih sis-tem: uchebnik (Reliability of technical systems: a textbook), M, UMC «Triada», 2005, 353 pp.
12. SHklovskij V. N. Pituhin A. V., Kost-yukevich V. M. Nadezhnost' lesozagotovitel'nyh mashin i oborudovaniya (Reliability of harvesting machines and equipment), SPb, Izd-vo «Lan'», 2016, 288 pp.
13. Gusev A. S. Nadezhnost' mekhanicheskih sis-tem i konstrukcij pri sluchajnyh vozdejstviyah (Reliability of mechanical systems and structures with random influences), M, MGTU «NAMI», 2000, 284 pp.
14. MR 189-85. Nadezhnost' v tekhnike. Vy-borvidaraspredelenij. Metodicheskierekomendacii (Reliability in technology. Choice of the type of distributions. Guidelines).
15. Malafeev S. I., Kopejkin A. I. Nadezhnost' tekhnicheskih sistem. Primery i zadachi: uchebnoe posobie (Reliability of technical systems. Examples and tasks: a tutorial), SPb, Izd-vo «Lan'», 2012, 320 pp.
16. Ushakov I. A. Nadezhnost' tekhnicheskih sis-tem: spravochnik (Reliability of technical systems: a reference book), M, Radio i svyaz', 1985, 608 pp.
17. Zorin V. A. Osnovy rabotosposobnosti tekhnicheskih system (Basics of working capacity of technical systems), M, OOO «Magistr-Press», 2005, 536 pp.
18. Zubarev YU. M. Tekhnologicheskoe obespechenie nadezhnosti ehkspluatacii mashin (Technological maintenance of reliability of operation of machines), SPb, Izd-vo «Lan'», 2016, 320 pp.
19. Kubarev A. I. Nadezhnost' v mashinostroenii (Reliability in mechanical engineering), 2-e izd, M, Izd-vo standartov, 1989, 224 pp.
20. Nadezhnost' i ehffektivnost' v tekhnike: sp ravochnik: v 10 t (Reliability and efficiency in technology: a handbook: in 10 books), M, Mashinostroenie, 1986, 1990.
Дата поступления статьи в редакцию 12.01.2017, принята в печать 24.02.2017.
05.20.02 УДК 621.314.2
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ УСТАНОВКИ С КОНЦЕНТРИЧЕСКИМИ СФЕРАМИ ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ СЫРЬЯ
© 2017
Белов Александр Анатольевич, кандидат технических наук, доцент Волжский филиал ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический
университет (МАДИ)» г. Чебоксары (Россия), Жданкин Георгий Валерьевич, кандидат экономических наук, доцент, первый проректор, проректор по учебно-методической работе ФГБОУ ВО «Нижегородская ГСХА», г. Нижний Новгород (Россия), Новикова Галина Владимировна, доктор технических наук, профессор, Волжского филиала ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический
университет (МАДИ)» г. Чебоксары (Россия), Тончева Нина Николаевна, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой ФГБОУ ВО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева»
Аннотация
Введение. Описана сверхвысокочастотная установка, содержащая три генератора, резонатор, образованный между концентрически расположенными сферами, и шнековый измельчитель. Обоснованы конструкционно-технологические параметры установки. Сверхвысокочастотная (СВЧ) установка с резонатором, образованным между двумя сферами для термомеханического разрушения сырья, содержит концентрически соос-но расположенные сферы из неферромагнитного материала.
Материалы и методы. На наружную сферу установлены СВЧ-генераторы по вершинам условного равностороннего треугольника так, что излучатели направлены в пространство между сферами, средний периметр которого равен кратной половине длины волны. Внутренняя вращающаяся сфера выполнена с шероховатой поверхностью, покрытой абразивным материалом. Диаметр внутренней сферы чуть больше вписанной сферы в условный равносторонний треугольник. К наружной сфере пристыкован шнековый нагнетатель-измельчитель с загрузочным патрубком и выгрузной патрубок с электроприводным ударным элементом. Верхняя и нижняя части наружной сферы перфорированы.
Результаты. При обосновании электротехнологических процессов и технических решений использована единая система взаимодействия основных узлов установки: источник СВЧ-излучения, объемный резонатор, запредельные волноводы, замедляющие и экранирующие элементы.
Обсуждение. Статистическую обработку результатов исследования проводили с применением компьютерных программ Microsoft Excel 10.0, Statistic 5.0, трехмерного моделирования конструктивного исполнения СВЧ-установок в программе Компас-3D V15. В филиале ФГУ «Россельхозцентр по Чувашской Республике» проведены исследования качества кормовых бобов.
Заключение. Проанализированы оценочные показатели процесса термообработки соевых бобов в электромагнитном поле сверхвысокой частоты. Приведены результаты исследования активности уреазы соевых бобов от дозы воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Составлена номограмма, включающая такие зависимости как, температура, изменение общего микробного числа в фуражном зерне с разными исходными значениями, снижение активности уреазы от дозы воздействия ЭМПСВЧ.
Ключевые слова: абразивный материал, генераторы, запредельные волноводы, концентрически расположенные сферы, резонатор, многократный удар, перфорированная сфера, сыпучее сырье, шнековый измельчитель, электромагнитное поле сверхвысокой частоты, показатель уреазы соевых бобов.
Для цитирования: Белов А. А., Жданкин Г. В., Новикова Г. В., Тончева Н. Н. Обоснование параметров сверхвысокочастотной установки с концентрическими сферами для термомеханического разрушения сырья // Вестник НГИЭИ. 2017. № 4 (71). С. 50-58.
JUSTIFICATION OF PARAMETERS OF MICROWAVE INSTALLING CONCENTRIC SPHERES FOR THER MOMECHANICAL DESTRUCTION OF RAW MATERIALS
© 2017
Belov Alexander Anatolievich, the candidate of technical sciences, the associate professor
The Volga branch of FSBEI «Moscow state automobile and road technical university (MADI)», Cheboksary (Russia) Zhdankin Georgy Valerievich, the candidate of economic sciences, the associate professor, the vice-rector for educational-methodical work Nizhny Novgorod state agricultural Academy, Nizhny Novgorod (Russia) Novikova Galina Vladimirovna, the doctor of technical sciences, the professor, the professor The Volga branch of FSBEI «Moscow state automobile and road technical University (MADI», Cheboksary (Russia)
Toncheva Nina Nikolaevna, the candidate of technical sciences, the associate professor, the head the chair
Chuvash state pedagogical University. I. J. Yakovlev
Annotation
Introduction. It is described microwave installation comprising three generators, the cavity formed between the concentric spheres and the screw chopper. It is justified structural-technological parameters of the installation. Ultra high frequency (UHF) setup with a resonator, formation between the two areas of thermo-mechanical destruction of the material comprises concentrically coaxially of races-required areas of non-ferromagnetic material.
Materials and methods. On the outer sphere is fitted with microwave generators for conditional vertices of an equilateral triangle so that the emitters are aimed in the space between the spheres, the average perimeter of which is equal to a multiple of half the wavelength. Internal rotating sphere is made with a rough surface covered with abrasive material. The diameter of the inner sphere a little more of the inscribed sphere in the conventional equilateral triangle is shown. To the outer sphere docked auger blower chipper with a feed pipe and discharge pipe with electric shock element. The top and bottom of the outer spheres are perforated.
Results. In the justification of electro-technological processes and technical solutions used in a unified system of interaction of main components: a source of microwave radiation, a resonant cavity, the beyond vol-nobody slowing and shielding elements..
Discussion. Statistical processing of the results of the research were taken by using computer programs Microsoft Excel 10.0, 5.0 Statistic, three-dimensional modeling design of microwave installations in the program Kompas-3D V15. In the branch FGU «the agricultural centre of the Chuvash Republic» investigated the quality of broad beans.
Conclusion. It is analyzed performance indicators of the process of heat treatment of soybeans in the electromagnetic field of ultrahigh frequency. It is defined the results of the research activity of the unease of soy beans from the exposure dose of the electromagnetic field of ultrahigh frequency (MPSVC). It is composed of a nomogram that includes such dependencies as temperature, the change in the total microbial count in feed grains with different initial values, the decrease in urease activity from the dose of exposure, APPSVC.
Keywords: abrasives, generators, outrageous waveguides concentrically located sphere, a resonator, a multiple strike, the perforated area, bulk agricultural raw materials, screw shredder, the electromagnetic field of ultrahigh frequency, the rate of the urease of soy beans.
Введение
Диэлектрический нагрев соевых бобов преследует несколько целей: повышение переваримости углеводного комплекса в результате гидролиза крахмала и превращения части его в более простые соединения - декстрины и сахара. Достоинства получаемых продуктов, их высокая питательность и стерильность приводят к необходимости дальнейшего совершенствования таких установок [18; 19].
В связи с этим задача повышения эффективности использования соевых бобов на фуражные цели требует новых подходов и методов ее решения. С целью снижения эксплуатационных затрат на технологический процесс подготовки соевых бобов к кормлению предлагается сочетать процессы измельчения, термообработки и обеззараживания в одной установке, при обеспечении максимальной сохранности общего содержания белка и минимальным присутствием антипитательных веществ (ингибиторов трипсина, уреазы и т. д.) в готовом продукте.
Материалы и методы
При обосновании электротехнологических процессов и технических решений использована единая система взаимодействия основных узлов установки: источник сверхвысокочастотного излучения, объемный резонатор, запредельные волноводы, замедляющие и экранирующие элементы [1; 2; 3; 4]. Статистическую обработку результатов исследова-
ния проводили с применением компьютерных программ Microsoft Excel 10.0, Statistic 5.0, трехмерного моделирования конструктивного исполнения СВЧ-установок в программе Компас-3D V15. В филиале ФГУ «Россельхозцентр по Чувашской Республике» проведены исследования качества фуражного зерна.
Результаты
Разработанная структура исследований процесса термомеханического воздействия ЭМПСВЧ на фуражное зерно приведена в таблице 1.
В соответствии со структурой исследования процесса термомеханического воздействия ЭМП-СВЧ на фуражное зерно разработаны несколько типов сверхвысокочастотных установок. Каждая из установок предназначена для выполнения не менее двух операций из возможных способов повышения кормовой ценности фуражного зерна: обеззараживание, декстринизация крахмала, измельчение, шелушение, изменение структуры зерновки и т. п. При проектировании СВЧ-установок следует предусмотреть непрерывность технологического процесса, возможность обеспечения высокой напряженности электрического поля в резонаторе и максимальной его добротности, все это повысит энергоэффективность процесса.
Непрерывность технологического процесса термомеханического воздействия на фуражное зерно достигается, в частности с помощью нижеприведенной установки.
Фуражное зерно: соевые бобы, ячмень, пшеница, рожь
Процесс термомеханического воздействия на фуражное зерно предназначен для:
1) повышения переваримости углеводного комплекса в результате гидролиза крахмала и превращения части его в более простые соединения - декстрины и сахара;
2) снижения микробиологической обсемененности;
3) инактивации ингибиторов пищеварительных ферментов и других антипитательных веществ
Сущность процесса
В результате подвода внутреннего тепла происходит мгновенное испарение перегретой жидкости, расширение воздуха, заключенного в зерне. В результате механических нагружений и теплового воздействия происходят физико-химические изменения основных компонентов зерна
Варьируемые технологические параметры:
влажность зерна 12-16 %; мощность СВЧ-генераторов (0,8-4,8 кВт); масса загрузки в резонатор (0,5-2 кг); физико-механические и структурно-механические свойства зерна Воздействующие факторы (возможные варианты и их сочетание):
электромагнитные поля спектра радиоволн; индукционный нагрев; инфракрасное излучение_
Энергоемкость обработки фуражного зерна определяют совокупностью таких слагаемых как: работа, необходимая для деформации частиц, образования в зерне макро- и микротрещин; работа, необходимая для преодоления сопротивлений, обусловленных силами трения движущихся частиц, их трения о поверхность рабочего органа;
работа, обусловленная преобразованием подводимой энергии в тепловую энергию.
Основные эксплуатационно-технологические требования к СВЧ-установке для повышения кормовой ценности фуражного зерна:
обеспечение непрерывного режима работы при сочетании термического воздействия с механическим разрушением структуры зерна
Таблица 1 - Структура исследований процесса термомеханического воздействия на фуражное зерно
Рисунок 1 - Сверхвысокочастотная установка с резонатором, образованным концентрическими сферами: а) - пространственное изображение, б) схема процесса, 1 - наружная сфера; 2 - внутренняя сфера с шероховатой поверхностью; 3 - генераторные блоки; 4 - выгрузной патрубок; 5 - ударный элемент с электродвигателем; 6 - электродвигатель привода внутренней сферы; 7 - шнековый нагнетатель-измельчитель; 8 - загрузочный патрубок
Известно, что необработанные соевые бобы в кормоприготовлении не применяются из-за специфических неприятного вяжущего вкуса и запаха и низкой переваримости, обусловленной антипитательными веществами. Среди антипитательных веществ сои доминирующим является ингибитор трипсина, концентрация которого превышает 20 мг/г, максимально допустимый уровень его зависит от содержания белка. Считается, что на каждые 10 % белка должно приходиться не более 1 мг/г [5; 14].
Влияние тепловой обработки сои на антипитательные факторы зависит от степени и продолжительности нагревания, а также размера частиц и содержания влаги. Установлено, что термическая обработка соевых бобов повышает их питательную ценность (рис. 3). Если соевые бобы не подверглись какого-либо вида тепловой обработке, то их питательная ценность не представляет интереса. Сырые соевые бобы отрицательно сказываются на здоровье животных, так как в них содержатся биологически активные вещества антипитательной направленности, а также вещества, вызывающие аллергические и желудочно-кишечные расстройства. Повышенная концентрация белка при пониженном содержании антипитательных факторов увеличивает ценность соевого продукта. Поставленная задача решается воздействием ЭМПСВЧ на соевые бобы влажностью 14-16 % в процессе измельчения.
Нами разработаны несколько сверхвысокочастотных установок, содержащих сферические резонаторы [6; 7; 8; 9; 10; 11]. Предлагаемая установка отличается от предыдущих тем, что резонаторная
камера, образованная между концентрически расположенными сферами разных диаметров, обеспечивает непрерывный технологический процесс. Разработанная сверхвысокочастотная установка для термомеханического разрушения сырья (рис. 1) состоит из двух сфер 1, 2 разного диаметра из неферромагнитного материала; из трех СВЧ-генераторов 3; выгрузного патрубка 4 с ударным элементом 5; электропривода внутренней сферы 6; шнекового нагнетателя-измельчителя 7; загрузочного патрубка 8.
В предлагаемой конструкции рабочая камера представлена в виде пространства между сферами, расположенными концентрически. При этом обеспечивается трехстороннее распределение возбуждения электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Это позволяет увеличить равномерность нагрева сырья по сравнению с односторонним сосредоточенным возбуждением электромагнитного поля, которое применяется в бытовых СВЧ-печах. Трёхсторонняя система возбуждения электромагнитного поля позволяет увеличить зону активного действия источников, но при этом следует исключить взаимное влияние источников. Для этого ввод СВЧ-энергии осуществляем через наружную сферу от трех источников, располагая их по вершинам условного равностороннего треугольника и выбирая диаметр внутренней сферы чуть больше вписанной в этот равносторонний треугольник сферы. При выполнении таких условий СВЧ-установка с тремя генераторами может надежно работать без специальных средств защиты магнетронов от отраженной мощности. Резонаторная камера образована между
двумя концентрическими сферами 1 и 2. Средний периметр пространства между сферами должен быть кратной половине длины волны, а расстояние между соседними источниками электромагнитных излучений согласовано с длиной волны и с углом падающих лучей, с тем, чтобы исключить нарушение работы соседних генераторов от отраженной волны. Внутренняя сфера 2 установлена на вал, которая вращается от электродвигателя 6 и выполнена с шероховатой поверхностью, покрытой абразивным материалом для дополнительного крошения сырья за счет многократного удара о шероховатую поверхность. К наружной сфере пристыкован шне-ковый нагнетатель-измельчитель 7 с загрузочным патрубком 8. Нагнетательный шнек 7 в корпусе из неферромагнитного материала ограничивает излучение за пределы наружной сферы 1. Верхняя и нижняя части наружной сферы перфорированы для выгрузки продукта и удаления пара из резонаторной камеры. Сырье из загрузочного патрубка 8 с помощью шнекового нагнетателя-измельчителя попадает в пространство между двумя сферами, т. е. в резо-наторную камеру, где частично измельченное сырье равномерно нагревается в ЭМПСВЧ и разрушается за счет термомеханического воздействия в процессе многократного удара о шероховатую поверхность внутренней сферы 2. Ударный элемент 5 способствует сепарированию измельченного обработанного продукта через отверстия перфорированного основания наружной сферы.
Рабочая камера представлена в виде пространства между сферами для обеспечения трехстороннего распределения возбуждения электромагнитного поля сверхвысокой частоты, что позволяет увеличить зону активного действия источников. В резонаторной камере частично измельченное сырье равномерно нагревается и дополнительно дробится за счет многократного удара о шероховатую поверхность внутренней сферы. Испаренная влага удаляется через мелкоячеистую перфорацию в верхней части наружной сферы. Диаметр отверстий перфорации дна наружной сферы согласован с размерами частиц готового продукта.
Таблица 2 - Технические характеристики установки
Конструкционно-технологические параметры согласованы с режимом работы установки (со скоростью вращения внутренней сферы, частотой колебания ударного элемента, скоростью вращения
нагнетательного шнека, мощностью СВЧ-генерато-ров, объемом загрузки сырья и его влажности и т. п.). Технические характеристики установки приведены в таб. 2.
Энергозатраты зависят от физико-механических и диэлектрических параметров сырья [12; 13]. Продукты растительного и животного происхождения (овощи, зерно, мясо и продукты их переработки), содержащие влагу, белки, жиры, крахмал, клетчатку, по своим физико-химическим свойствам и структуре относятся к группе капиллярно-пористых коллоидных тел. Это многокомпонентное сырье характеризуется сложностью микроструктуры [6].
Поглощение, рассеяние излучения в них определяются четырьмя процессами [15; 16; 17]:
1) резонансным поглощением излучения молекулами сухого вещества и молекулами структурной и связанной с материалом воды;
2) рассеянием на молекулах белков, крахмала
и др.;
3) рассеянием излучения на взвешенных коллоидных частицах;
4) рассеянием на других неоднородностях (капиллярах и порах и т. д.).
При диэлектрическом нагреве неоднородного сырья из-за существенного отличия диэлектрических характеристик, теплоемкости, а также глубины проникновения электромагнитного поля в компоненты темп нагрева их значительно отличается [20]. Поэтому при обосновании конструкционно-технологических параметров установки следует учитывать зависимость диэлектрических параметров отдельных компонентов от температуры. С изменением частоты и температуры изменяется глубина проникновения и удельная мощность внутренних источников тепла.
Обсуждение
Проанализированы оценочные показатели процесса термообработки соевых бобов в электромагнитном поле сверхвысокой частоты. Результаты исследования активности уреазы соевых бобов (урожай 2015 года) от дозы воздействия ЭМПСВЧ приведены на рис. 2. С изменением дозы воздействия с 400 до 2400 Вт-с/г активность уреазы в соевых бобах, влажностью 12 % снижается с 0,32 до 0,21 ед. рН. Причем, доза воздействия 1150 Вт-с/г достаточно для достижения активности уреазы в бобах 12 % влажностью, до нормативного показателя 0,25 ед. рН. Если влажность бобов 14 %, то начиная с дозы воздействия 1500 Вт-с/г., показатель активности уреазы удовлетворяет нормативным данным.
При влажности бобов 16 %, активность уре-азы снижается до 0,25 ед. рН, если доза воздействия более 2600 Вт-с/г. Эмпирическое выражение изменения активности уразы (У) соевых бобов от дозы воздействия ф) ЭМПСВЧ:
У= - 0,0015 D2 - 0,0043 D + 0,306 (1)
Производительность, кг/ч 40-45
Мощность привода шнекового нагнетателя-измельчителя, кВт 1,0
Мощность привода внутренней сферы, кВт 1,5
Потребляемая мощность СВЧ-генератора, кВт 3,6
Потребляемая мощность СВЧ-установки, кВт 6,1
Удельные энергетические затраты, кВтч/кг 0,14-0,15
Частота вращения привода сферы, об/мин 250
Диаметр, м 1,0
Зависимость ОМЧ от дозы воздействия ЭМПСВЧ при разных исходных значениях обсеме-ненности соевых бобов приведена на рисунке 3. Эмпирическое выражение, описывающее снижение микробиологической обсемененности (ОМЧ) соевых бобов от дозы воздействия ф) ЭМПСВЧ, при исходном значении ОМЧ 3500 КОЕ/г: ОМЧ = 3570,1 е-0,002D; 1000 КОЕ/г: ОМЧ = 3570,1 е-0'0020; 1000 КОЕ/г: ОМЧ = 1052,3 е-0'0020 (2)
Активность уреазы, ед. рН
0,35 0,34 0,33 0,32 0,31 0,3 0,29 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 0,23 0,22 0,21 0,2 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15
0,3
y = -0,0015x2 - 0,0043x + 0,3062
>0,18
200 400 600 800 1000 1200 Доза воздействия, Вт-с/г
1400
Рисунок 2 - Зависимость активности уреазы от дозы воздействия ЭМПСВЧ, нормативный предел 0,2-0,25 рН
Снижение активности уреазы (рис. 2) и общего микробного числа (рис. 3) до предельно допустимого уровня происходит при дозе воздействия 800-1200 Вт-с/г. Температура нагрева зерна при этом достигает 70-87 оС, соответственно (рис. 4).
Общее микробное число-103,
КОЕ/г 4000
200 400 600 800 1000 1200 Доза воздействия, Втс/г
1400
Рисунок 3 - Зависимость общего микробного числа от дозы воздействия ЭМПСВЧ при разной исходной обсемененности соевых бобов
Одновременно исследовали динамику нагрева соевых бобов (рис. 4) от дозы воздействия ЭМПСВЧ. Эмпирическое выражение, описывающее зависимость температуры нагрева от дозы воздействия ЭМПСВЧ:
Т = 25,573 ln (D) - 100,71
(3)
Темпера-тура^С
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
y = 25,573ln(x) - 100,71
♦ 85
♦ 87
♦ 82
500 1000
Доза воздействия, Втс/г
1500
Рисунок 4 - Зависимость температуры нагрева фуражного зерна от дозы воздействия ЭМПСВЧ
На основе этих графиков составлена номограмма (рис. 5), позволяющая оценить зависимость показателя уреазы, микробиологической обсеме-ненности фуражного зерна, температуры от контролируемых технологических параметров. Эффективной дозой воздействия ЭМПСВЧ на соевые бобы является 800-1200 Вт-с/г, при этом микробиологические показатели улучшаются в 2-3 раза.
На основе анализа существующих технологий и технических средств, предназначенных для обработки сырья электрофизическими факторами, разработаны микроволновые технологии и новые конструкционно-технологические схемы СВЧ-установок, обеспечивающих повышение кормовой ценности продукта при сниженных эксплуатационных затратах путем многократного термомеханического воздействия на фуражное зерно.
0
0
0
0
£ Е
1С
о. ф
с S
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0,4
0,3
0,25
0,2
0,15
о ч о
3
э-
о 3500
о
о &
13000
ф
ф ?
§2500
2000
1500
1000
5 00
76
\ /
\ /
\
3
ж ЩА 9 у/А Ш Ж W4 /0,23'у щ ш ш
500 У 2. У
2.;
200
200 400 600 800 1000 1200 1400 Доза воздействия, Вт с/г
Рисунок 5 - Зависимость оценочных показателей качества соевых бобов от дозы воздействия ЭМПСВЧ: 1 - температура; 2.1 и 2.2 - общее микробное число с разными исходными значениями; 3 - активность уреазы
Заключение
В сверхвысокочастотной установке для термообработки фуражного зерна в процессе раскалывания реализован резонатор в виде «сфера в сфере». Из результатов исследования качественных показателей соевых бобов следует, что имеется достаточно значимая взаимосвязь между дозой воздействия ЭМПСВЧ, влажностью и активностью уреазы.
Эффективным диапазоном дозы воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на соевые бобы является 800-1200 Вт-с/г, активность уреазы соевых бобов при температуре 70-87 оС достигает нормативные пределы, а бактериальная об-семененность продукта снизится в 2-3 раза.
Разработанные математические модели функционирования установок с источниками сверхвысокочастотной энергии позволяют: оценить рациональные конструкционно-технологические параметры передвижных дифракционных резонаторов, обеспечивающих процесс термомеханического воздействия на фуражное зерно; согласовать параметры электродинамической системы (напряженность
электрического поля, добротность и емкость резонатора) с режимами работы СВЧ-установок.
Анализ мощности диэлектрических потерь от напряженности электрического поля и мощности тепловых потерь показал, что развитие микроорганизмов затормаживается только при обеспечении напряженности электрического поля СВЧ выше 25 кВ/см, что и предусмотрено в разработанных конструкциях объемных резонаторов, обладающих максимальной собственной добротностью 800010000.
Разработанные математические модели динамики эндогенного нагрева фуражного зерна при изменении напряженности электрического поля и его электрофизических параметров в процессе термомеханического воздействия, и регрессионные модели функционирования установок позволяют выявить эффективные значения напряженности электрического поля; дозы воздействия ЭМПСВЧ. При этом обеспечивается повышение кормовой ценности за счет снижения микробиологической обсеме-ненности продукта на два порядка и активности уреазы в соевых бобах до 0,15-0,2 ед. рН.
На основе анализа существующих технологий и технических средств, предназначенных для обработки сырья электрофизическими факторами, разработаны микроволновые технологии и новые конструкционно-технологические схемы СВЧ-установок, обеспечивающих повышение кормовой ценности продукта при сниженных эксплуатационных затратах путем многократного термомеханического воздействия на фуражное зерно.
Разработанные математические модели функционирования установок с источниками сверхвысокочастотной энергии позволяют: оценить рациональные конструкционно-технологические параметры резонаторов, обеспечивающих процесс термомеханического воздействия на фуражное зерно; согласовать параметры электродинамической системы с режимами работы СВЧ-установки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белова М. В. Зиганшин Б. Г., Федорова А. Н., Поручиков Д. В. Объемные резонаторы СВЧ-генератора для термообработки сырья в поточном режиме // Естественные и технические науки. Москва. «Спутник+». 2015. № 1. С. 121-123.
2. Белова М. В., Селиванов И. М., Махотки-на Н. И. Блок-схема модернизации СВЧ-установки для термообработки сырья // Естественные и технические науки. Москва. «Спутник+». 2015. № 2. С. 127-128.
3. Зиганшин Б. Г., Белова М. В., Новикова Г. В., Матвеева А. Н., Петрова О. И. Электроди-
намический анализ резонаторов, используемых в сверхвысокочастотных установках // Естественные и технические науки. Москва. «Спутник+». 2015. № 6. С.477-480.
4. Селиванов И. М., Белова М. В., Белов А. А., Умбетов У. У. Резонаторы, обеспечивающие термообработку сырья в поточном режиме // Естественные и технические науки. М. «Спутник+». 2015. № 6. С. 499-502.
5. Бутковский В. А., Мельников С. М. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства (с основами экологии). М.: Агропро-миздат. 1989. 464 с.
6. Патент № 2502450 РФ, МПК А23N 17/00. СВЧ-индукционная установка для микронизации зерна / М. В. Белова, А. А. Белов, Г. В. Новикова, заявитель и патентообладатель ЧГСХА ^Ц). № 2011128532/13; заявл. 08.07. 2011 г. опубл. 27.12.2013. Бюл. № 36. 6 с.
7. Патент № 2489068 РФ, МПК А23N 17/00. СВЧ-индукционная установка барабанного типа для микрониза-ции зерна / Н. К. Кириллов, М. В. Белова, Г. В. Новикова, О. В. Михайлова, А. А. Белов; заявитель и патентообладатель ЧГСХА ^Ц). № 2012100432; заявл.10.01.2012 г. Бюл. № 22 от 10.08.2013. 11 с.
8. Патент № 2586160 РФ, МПК А23Ш7/00. РФ, МПК. Сверхвысокочастотная установка для обеззараживания зерна и зернопродуктов / А. Н. Коробков, В. Л. Осокин, А. А. Белов, М. В. Белова, О. В. Михайлова, Г. В. Новикова; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО МАДИ (ВД). № 2014147516/20(076427); заявл. 09.12.2014. Бюл. № 16. 12 с.
9. Патент № 2584029 РФ, МПК А23Ш7/00. Установка для обеззараживания и шелушения зерна в электромагнитном поле сверхвысокой частоты / А. А. Белов, М. В. Белова, Новикова Г. В., Михайлова О. В.; заявитель и патентообладатель АНО ВО «АТУ» № 2015102653; заявл. 29.01.2015, опубл. 20.05.2016. Бюл. № 14.
10. Патент № 1774525 РФ, МПК Н05В6/46. Устройство диэлектрического нагрева сыпучих материалов / Новикова Г. В., Цугленок Н. В., Зайцев В. Е., Аристов Ю. И., Гаммель В. Я., заявитель и патентообладатель Красноярский СХИ ^Ц). 4858791/07; заявл. 10.06.1990. Бюл. № 41от 07.11.1992. 12 с.
11. Патент № 2013890 РФ, МПК Н05В6/46. Устройство для диэлектрического нагрева сыпучих материалов. / Новикова Г. В., заявитель и патентообладатель Красноярский СХИ № 5029075/07; заявл. 25.02.1992. Бюл. № 10 от 30.05.1994. 10 с.
12. Патент № 2005385 РФ, МПК А23К 1/00. Способ обеззараживания комбикормов. / Новико-
ва Г. В., Фалалеева Р. В., Колмаков Ю. В., заявитель и патентообладатель Красноярский СХИ (RU). № 5029470/15; заявл. 27.03.1992. Бюл. № 1 от 15.01.1994. 15 с.
13. Патент №. 2535146 РФ, МПК A23N 17/00. СВЧ-установка для обеззараживания комбикормов / Г. Л. Долгов, М. В. Белова, Т. В. Шаронова, Г. В. Новикова; заявитель и патентообладатель ЧГСХА (RU). № 2013121131/13; заявл. 07.05.2013. Бюл. № 34 от 10.12.2014. 8 с.
14. Михеева Г. А. Разработка технологии специализированных сухих смесей на основе соевых белков: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.18.01. М. 2006. 25 с.
15. Пчельников Ю. Н., Елизаров А. А. Перспективы применения электромагнитного нагрева д ля обработки сельхозяйственного сырья и пищевых продуктов // Электронная техника. 1993. Вып. 5, 6. С. 47-52.
16. Пчельников Ю. Н., Свиридов В. Т. Электроника сверхвысоких частот. М. : Радио и связь. 1981. 96 с.
17. Филиппов Р. П. Оптимизация устройств о б р аботки продуктов СВЧ-энергией // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1984. № 4. С.50-52.
18. Рогов И. А., Некрутман С. В. Сверхвысокочастотный и инфракрасный нагрев пищевых продуктов. М. : Пищевая промышленность. 1976. 212 с.
19. Симовьян С. В., Потапов В. А. Определение условий равномерного СВЧ нагрева продуктов с учетом теплопотерь // Известия вузов. Пищевая технология. 1983. № 6. С. 63-67.
20. Кураев А. А., Попкова Т. Л., Сини-цын А. К. Электродинамика и распространение радиоволн. Минск : Бестпринт. 2004. 220 с.
REFERENCES
1. Belova M. V. Ziganshin B. G., Fedorova A. N., Poruchikov D. V. Ob#emnye rezonato-ry SVCh-generatora dlja termoobrabotki syr'ja v potochnom rezhime (Volumetric cavity of the microwave generator for heat treatment of raw materials inline), Estestvennye i tehnicheskie nauki, Moskva, «Sputnik+», 2015, No. 1, pp. 121-123.
2. Belova M. V., Selivanov I. M., Mahotki-na N. I. Blok-shema modernizacii SVCh-ustanovki dlja termoobrabotki syr'ja (The Block diagram of microwave modernization of the installation for heat treatment of raw materials), Estestvennye i tehnicheskie nauki, Moskva, «Sputnik+», 2015, No. 2, pp. 127-128.
3. Ziganshin B. G., Belova M. V., Noviko-va G. V., Matveeva A. N., Petrova O. I. Jelektro-dinamicheskij analiz rezonatorov, ispol'zuemyh v
sverhvysokochastotnyh ustanovkah (Electrodynamic analysis of the resonator used in high-speed plants), Estestvennye i tehnicheskie nauki, Moskva, «Sputnik+», 2015, No. 6, pp. 477-480.
4. Selivanov I. M., Belova M. V., Belov A. A., Umbetov U. U. Rezonatory, obespechivajushhie termoobrabotku syr'ja v potochnom rezhime (Resonators, providing heat treatment of raw materials in-line), Estestvennye i tehnicheskie nauki, M, «Sputnik+», 2015, No. 6, pp. 499-502.
5. Butkovskij V. A., Mel'nikov S. M. Tehnologija mukomol'nogo, krupjanogo i kombikormovogo pro-izvodstva (s osnovami jekologii) (Technology of flour, cereals and feed production (fundamentals of ecology)), M, Agropromizdat, 1989, 464 pp.
6. Patent No. 2502450 RF, MPK A23N 17/00. SVCh-indukcionnaja ustanovka dlja mikronizacii zerna (Microwave induction plant for micronized substance grain), M. V. Belova, A. A. Belov, G. V. Novikova, zajavitel' i patentoobladatel' ChGSHA (RU). No. 2011128532/13; zajavl. 08.07. 2011 g. opubl. 27.12.2013. Bjul. No. 36. 6 pp.
7. Patent No. 2489068 RF, MPK A23N 17/00. SVCh-indukcionnaja ustanovka barabannogo tipa dlja mikronizacii zerna (Microwave induction tumblast machine for micronizetion of the grain), N. K. Kirillov, M. V. Belova, G. V. Novikova, O. V. Mihajlova, A. A. Belov; zajavitel' i patentoobladatel' ChGSHA (RU). No. 2012100432; zajavl.10.01.2012 g. Bjul. No. 22 ot 10.08.2013. 11 pp.
8. Patent No. 2586160 RF, MPK A23N17/00. RF, MPK. Sverhvysokochastotnaja ustanovka dlja obezzarazhivanija zerna i zernoproduktov (Microwave installation for decontamination of grain and grain products), A. N. Korobkov, V. L. Osokin, A. A. Belov, M. V. Belova, O. V. Mihajlova, G. V. Novikova; zajavitel' i patentoobladatel' FGBOU VO MADI (RU). No. 2014147516/20(076427); zajavl. 09.12.2014. Bjul. No. 16. 12 pp.
9. Patent No. 2584029 RF, MPK A23N17/00. Ustanovka dlja obezzarazhivanija i shelushenija zerna v jelektromagnitnom pole sverhvysokoj chastoty (Installation for disinfection and flaking of the grain in the electromagnetic field of ultrahigh frequency), A. A. Belov, M. V. Belova, Novikova G. V., Mihajlova O. V.; zajavitel' i pa-tentoobladatel' ANO VO «ATU» (RU). No. 2015102653; zajavl. 29.01.2015, opubl. 20.05.2016. Bjul. No. 14.
10. Patent No. 1774525 RF, MPK N05V6/46. Ustrojstvo dijelektricheskogo nagreva sypuchih materi-alov (The device is the dielectric heating of granular materials), Novikova G. V., Cuglenok N. V., Zajcev V. E., Aristov Ju. I., Gammel' V. Ja., zajavitel' i patentoobladatel' Krasnojarskij SHI (RU). 4858791/07; zajavl. 10.06.1990. Bjul. No. 41ot 07.11.1992. 12 pp.
11. Patent No. 2013890 RF, MPK N05V6/46. Ustrojstvo dlja dijelektricheskogo nagreva sypuchih materialov (Device for dielectric heating of granular materials), Novikova G. V., zajavitel' i patentoobladatel' Krasnojarskij SHI (RU). No. 5029075/07; zajavl. 25.02.1992. Bjul. No. 10 ot 30.05.1994. 10 pp.
12. Patent No. 2005385 RF, MPK A23K 1/00. Sposob obezzarazhivanija kombikormov (Method of disinfection of feed), Novikova G. V., Falaleeva R. V., Kolmakov Ju. V., zajavitel' i patentoobladatel' Krasnojarskij SHI (RU). No. 5029470/15; zajavl. 27.03.1992. Bjul. No. 1 ot 15.01.1994. 15 pp.
13. Patent №. 2535146 RF, MPK A23N 17/00. SVCh-ustanovka dlja obezzarazhivanija kombikormov (Microwave installation for decontamination of animal feed), G. L. Dolgov, M. V. Belova, T. V. Sharonova, G. V. Novikova; zajavitel' i patentoobladatel' ChGSHA (RU). No. 2013121131/13; zajavl. 07.05.2013. Bjul. No. 34 ot 10.12.2014. 8 pp.
14. Miheeva G. A. Razrabotka tehnologii special-izirovannyh suhih smesej na osnove soevyh belkov (Development of technology for specialized dry mixtures based on soybean proteins), avtoref. dis. kand. tehn. nauk, 05.18.01, M, 2006, 25 pp.
15. Pchel'nikov Ju. N., Elizarov A. A. Perspek-tivy primenenija jelektromagnitnogo nagreva dlja obrabotki sel'hozjajstvennogo syr'ja i pishhevyh produktov (Prospects of application of electromagnetic heating for processing of agricultural raw materials and food products), Jelektronnaja tehnika, 1993, Vyp. 5, 6, pp.47-52.
16. Pchel'nikov Ju. N., Sviridov V. T. Jelektroni-ka sverhvysokih chastot (Electronics of ultrahigh frequencies), M, Radio i svjaz', 1981, 96 pp.
17. Filippov R. P. Optimizacija ustrojstv obrabotki produktov SVCh-jenergiej (Optimization of processing devices of the products of the microwave-energy), Mehanizacija i jelektrifkacija sel'skogo hozja-jstva, 1984, No. 4, pp. 50-52.
18. Rogov I. A., Nekrutman S. V. Sverhvysokochastotnyj i infrakrasnyj nagrev pishhevyh produktov (Microwave and infrared heating of foods), M, Pishhevaja promyshlennost', 1976, 212 pp.
19. Simov'jan S. V., Potapov V. A. Opredelenie uslovij ravnomernogo SVCh nagreva produktov s uchetom teplopoter' (Determination of conditions for uniform microwave heating of products taking into account heat loss), Izvestija vuzov. Pishhevaja tehnologija, 1983, No. 6, pp. 63-67.
20. Kuraev A. A., Popkova T. L., Sinicyn A. K. Jelektrodinamika i rasprostranenie radiovoln (Electrodynamics and radio wave propagation), Minsk, Bestprint, 2004, 220 pp.
Дата поступления статьи в редакцию 22.01.2017, принята к публикации 6.03.2017.
