CC BY
79
Л, 2 к
- Л
Рис. 2. Схема электронного устройства
Зубчатый венец 10 предназначен для зацепления шестерни датчика антиблокировочной системы 16, разработанного для данного тормоза.
Тормозные диски автоматически охлаждаются жидкостью. Система охлаждения включается установленным на тормозе электронным устройством на основе терморезистора и компаратора, принципиальная схема которого показана на рис. 2.
В качестве датчика температуры используется терморезистор СТ3-24 (Я4), включенный в диагональ моста Я1—Я4. Температура срабатывания предлагаемого устройства зависит от сопротивления резистора Я3. Изменяя его сопротивление, можно устанавливать требуемую температуру срабатывания.
К диагоналям моста Яг—Я4 подключен операционный усилитель БАХ, работающий в режиме компаратора с положительной обратной связью через Я5. Эта связь обеспечивает гистерезис срабатывания. Операционный усилитель выбран
с малым напряжением смещения и возможностью работы от однополярного источника питания.
Выход БАХ подключен к транзисторному ключу на транзисторе УТЬ который коммутирует реле К1 и сигнальный светодиод ¥Б2.
Напряжение питания выбрано стандартное — 12 В. Для защиты транзисторного ключа от индуктивных выбросов напряжения применен защитный диод УБ1.
Реле К1 коммутирует нагрузку — насос М1 для подачи охлаждающей жидкости. В приведенной схеме использовано реле РЭН18 исполнения РХ4.569.702. Для сигнализации включенного состояния применен светодиод красного свечения АЛ307БМ.
Для более эффективного действия системы водяного охлаждения зазор между корпусом и барабаном закрыт крышкой 15.
Список литературы
1. Балабаева, И.А. Дисковые тормозные механизмы для грузовых автомобилей / И.А. Балабаева // Автомобильная промышленность. — 1986. — № 9. — С. 36—37.
2. Пат. 2258162 РФ. Тормозное устройство механических транспортных средств / Е.Н. Христофоров, В.А. Воронин, Е.Г. Лумисте. — № 2001120623/11; опубл. БИ № 22, 2006.
3. Пат. на полезную модель № 82173 РФ. Тормозное устройство автомобиля / Е.Н. Христофоров, Н.Е. Са-кович, В.И. Самусенко [и др.]. — Опубл. БИ № 11, 2009.
УДК 632.935.9+631.348.8.
И.В. Юдаев, канд. техн. наук В.И. Баев, доктор техн. наук
Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЙ ПРОПОЛЬЩИК
Отечественный землепользователь в последние десятилетия столкнулся с целым рядом проблем, которые привели к изменению фитосанитарного состояния посевов и насаждений. Уменьшение финансирования привело к снижению использования химических средств борьбы с сорной растительностью и сокращению традиционных для этой цели агротехнических мероприятий, что в итоге сказалось на увеличении степени засоренности сельскохозяйственных угодий. Вместе с тем применение доступных, но не всегда экологически безопасных химикалиев увеличило количество площа-
48
дей с неблагополучным экологическим состоянием. Кроме этого не снижаются ареолы распространения карантинных сорняков как в регионе Нижнего Поволжья, так и в целом по стране. Поэтому в последнее время предлагаются различные новые экологически неопасные способы физического уничтожения сорной и нежелательной растительности, к которым относится и применение электрических импульсов высокого напряжения.
Этот способ уничтожения сорных трав можно рассматривать как применение экологически чистых технологий в земледелии, попытку подавления
и уничтожения наиболее вредоносных трудноиско-ренимых сорняков, а также возможность избирательного уничтожения очагов и куртин карантинных сорных растений. Кроме того, появляется возможность автоматического контроля и управления разрабатываемых агрегатов (спутниковый контроль засоренности, автоматическое дозирование энергии воздействия в зависимости от вида и возраста сорных растений и др.).
Технологическая эффективность истребления сорных растений, на взгляд авторов статьи, определяется необратимым повреждением их растительных тканей. Энергетические показатели этой операции зависят от минимальных затрат электрической энергии, которую необходимо подвести к растению, для того чтобы повреждение тканей сорняков, и особенно их корневой системы, достигло предельного необратимого значения. Сложность конструкции электротехнологического устройства и его стоимость в значительной мере определяются используемым для обработки напряжением: чем оно ниже, тем проще и дешевле установка, а также безопаснее ее эксплуатация.
Проведенные исследования по изучению электропроводных свойств и характеристик тканей сорных растений как объектов электроим-пульсного воздействия при прополке позволили установить, что удельное электрическое сопротивление растительных тканей корневой системы сорняков имеет наибольшее значение, а стеблей — наименьшее. Значение этого параметра для тканей стеблей, корней и участков с корневой шейкой сорняков возрастает с увеличением периода развития этих сорных растений и для различных биологических групп сорняков практически не изменяется [1—3].
Исследование чувствительности растительной ткани сорняков к воздействию электрическим током и анализ изменения параметров ее схемы замещения позволили сформулировать рабочую гипотезу электроповреждения. При этом электрическое сопротивление ткани уменьшается вследствие того, что клеточные мембраны теряют свои полупроницаемые свойства, а сопротивление самих мембран, внутриклеточного и межклеточного органических «растворов» выравниваются, становясь равными сопротивлению протоплазмы. Это происходит в результате того, что выходящий из клетки через открывшиеся поры в стенке мембраны вакуолярный сок, имеющий самую высокую проводимость, смешивается с межклеточной жидкостью и снижает общее электрическое сопротивление до значения сопротивления протоплазмы. Образовавшийся раствор заполняет и открывшиеся в мембранной стенке поры, которые под действием электрического поля высокой напряженности, утрачивают способность к избирательному
пропусканию ионных потоков. В результате этого сопротивление мембраны становится равным сопротивлению протоплазмы и шунтирует мембранную емкость.
Для определения основных технических характеристик агрегата, обоснования конструкции электродной системы и формы поверхности электродов исследовалось сопротивление цепей протекания токов обработки сорных растений в условиях их естественного произрастания. Эти опыты проводились на землях УНПЦ ВГСХА «Горная Поляна». Анализ полученных результатов позволил выяснить, что сопротивление цепи обработки «элек-трод—растение—почва—растение—электрод»:
• линейно возрастает с увеличением расстояния между сорными растениями;
• убывает по квадратичной зависимости при увеличении диаметра обрабатываемых растений;
• уменьшается по степенной зависимости с увеличением влажности почвы на исследуемом участке;
• возрастает при увеличении высоты подвеса электродной системы [1—3].
Одновременно с этим определялись минимальные летальные дозы энергии, приводящие к необратимому повреждению растительных тканей. Так, экспериментально установлено, что затраты электрической энергии на уничтожение некоторых видов сорных трав, находящихся в фазе развития «начало созревания» (при воздействии импульсами с амплитудой напряжения 18...20 кВ и частотой следования до 10 Гц), равны: для осота розового (Cirsium arvense L.) — 102.134 Дж; осота полевого (Sonchus arvensis L.) — 134.186 Дж; молочая лозного (Euphorbia waldsteinii L.) — 570.740 Дж; молокана татарского (Lactuca tatarica L.) — 64.104 Дж; вьюнка полевого (Convolvulus arvensis L.) — 172.212 Дж; щирицы запрокинутой (Amaranthus retroflexus L.) — 34.106 Дж; дурнишника обыкновенного (Xanthium strumarium L.) — 106.212 Дж [1—3].
Одним из основополагающих вопросов реализации электроимпульсной прополки является экологическая безопасность для окружающей природной среды и особенно населяющих почву полезных организмов и микрофлоры. Анализ результатов исследований других авторов по воздействию электрических полей и, в частности, электрических разрядов на микрофлору почвы, а также живущих в ней организмов позволяет заключить, что явное негативное влияние на агрофитоценоз почвы не наблюдается [4, 5]. Такое заключение позволяет характеризовать электроимпульсную прополку как экологически чистую технологию в растениеводстве, которая не только не загрязняет окружающую среду, но и минимально воздействует на микрофлору почвы.
49
Результаты многолетних исследований электрофизических характеристик сорных растений как объектов электрического воздействия, а также анализ моделей электропропольщиков позволяют определить основные элементы и обосновать построение рациональной структуры агрегата для уничтожения сорняков электрическими импульсами высокого напряжения [6, 7].
Существующие требования по разработке конструкции различного рода технических устройств, технологических установок и агрегатов обязательно определяют необходимость разработать на основании проведенных исследований и инженерных изысканий технические условия, которые в даль-
нейшем лягут в основу проектирования и создания опытных и промышленных образцов установок. На основании изложенных результатов исследований общие положения технических условий на навесную электротехнологическую установку на колесный трактор для электроимпульсно-го уничтожения сорной растительности могут быть определены в соответствии с ГОСТ 2.114—95 ЕСКД «Технические условия», с изменениями, утвержденными в марте 2001 г., и с поправками (12-2000, 9-2001).
Принципиально устройство должно состоять из силовой установки перемещения, источника электроэнергии, преобразователя энергии в техно-
■\\Х ^
Электроимпульсный пропольщик:
а — вид сбоку; б — вид сверху; в — вид спереди;
1 — навесные электроды; 2 — гидроцилиндр;
3 — электрод заземляющий — дисковый нож;
4 — блок формирования импульсного напряжения;
5 — силовой трансформатор; 6 — трактор;
7 — проблесковый маяк; 8 — синхронный генератор
в
логически необходимый вид и устройства подведения электроэнергии к сорнякам (см. рисунок) [6, 7].
Источником электрической энергии служит синхронный генератор, приводимый во вращение валом отбора мощности трактора посредством передаточного устройства (ременной передачи или муфты) и вырабатывающий на выходе напряжение 220/380 В промышленной частоты тока. Источник электрической энергии необходимо расположить сзади кабины, непосредственно у вала отбора мощности трактора.
Преобразовательный блок включает в себя:
1) повышающий герметичный масляный или сухой с литой изоляцией трансформатор, который увеличивает напряжение источника до значения, обоснованного технологией повреждения растительной ткани; 2) выпрямительный блок, который служит для преобразования высокого переменного напряжения в постоянное; 3) формирователь импульсов (генератор импульсного напряжения с выходным разрядным контуром), преобразующий высоковольтное постоянное напряжение в импульсное. Преобразовательный блок рекомендуется монтировать фронтально — впереди трактора для визуального контроля оператором-водителем во время работы и более равномерного распределения массы навешиваемой установки по площади агрегата.
Универсальная электродная система осуществляет непосредственное подведение электрической энергии к сорным растениям, произрастающим на паровых землях, а также в посевах и посадках
пропашных сельскохозяйственных культур. Ее нормальное функционирование должно предусматривать как уничтожение надземной части сорняков, так и истребление растений целиком, повреждая, прежде всего, их корневую систему. Универсальная электродная система может быть конструктивно реализована по одному из двух исследованных вариантов [8]:
1) для обработки по цепи «электрод-растение—почва—растение—электрод» отдельными секциями навесных электродов, изолированных друг от друга, снабженных полевыми делителями и выполненных из стержней круглого сечения нержавеющей стали или титана, которые должны иметь режущие кромки для повреждения поверхностного слоя растения и снижения переходного электрического сопротивления в месте контактирования. Конструктивно секции можно выполнить в виде винтового тела с определенным шагом резьбы или тела с параллельно проточенными режущими кромками. Навесные электроды следует комплектовать копирующими рельеф почвы катками, что позволит поддерживать постоянную высоту подвеса электродов и обеспечить их механическую прочность;
2) для обработки по цепи «электрод-расте-ние—почва—электрод» секциями навесных и заглубленных в почву электродов. В роли электродов, заглубляемых в почву, могут использоваться дисковые ножи или плоскостные ножи специальной формы, обеспечивающие хороший контакт с почвой и создающие малое тяговое сопротив-
Основные технологические параметры процесса электроимпульсного уничтожения сорных растений и технические характеристики источника электрической энергии агрегата
Характеристика, параметр Еди- ница изме- рения Численные значения при уничтожении сорных растений
Щи- рица запро- кину- тая Дур- ниш- ник обык- новен- ный Марь город- ская Ко- нопля сорно- поле- вая Осот розо- вый Осот поле- вой Вью- нок поле- вой Мо- локан татар- ский Мо- лочай лоз- ный Сред- неста- тисти- ческий сор- няк
Летальная доза энергии Дж 69 159 94,5 106 118 160 192 84 655 181,9
Напряжение обработки кВ 20
Емкость разрядного контура пФ 4700
Индуктивность контура мкГн 100.110
Энергия одного импульса Дж 1,299
Число импульсов, прошедших через сорняк, за время контактирования 53 122 73 82 91 123 230 513 2096 685
Скважность импульсов 25,52 16,87 21,00 37,70 17,12 10,84 26,19 3,38 1,28 3,48
Мощность источника питания при ширине захвата Ь = 3,72 м кВт 4,87 9,84 6,54 5,74 16,21 11,75 8,45 11,11 37,10 13,15
Мощность источника питания при ширине захвата Ь = 7,22 м кВт 8,00 16,53 10,77 9,89 28,13 19,17 15,18 19,43 63,31 22,61
Расход электроэнергии на один гектар (~ 100 000 сорняков) кВтч 1,92 4,42 2,60 2,94 3,28 4,44 5,30 2,33 18,19 5,06
ление движению агрегата. Эти элементы должны иметь возможность демонтироваться или подниматься, фиксируясь в таком положении, для случаев, когда электрическая обработка осуществляется путем контактирования навесных электродов только с надземной частью сорных растений или при транспортном перемещении агрегата.
Электродную систему необходимо расположить либо фронтально, либо одновременно и фронтально и по бокам транспортного средства, что повысит безопасность выполняемых работ в виду постоянного визуального контроля оператором-водителем процесса обработки.
Все перечисленные элементы и узлы навесного устройства располагаются на специально изготовленных съемных основаниях.
Взяв за основу результаты экспериментальных исследований по определению минимальной энергии надежного необратимого повреждения тканей сорняков (в первую очередь тканей корневой системы) и исходя из выявленных технологических показателей электроимпульсного уничтожения сорных трав, можно сформулировать требования, которым должен удовлетворять источник питания рассматриваемой установки. Под источником питания следует понимать совокупность собственно источника электрической энергии, блока преобразования энергии и зарядной цепи, а его основными параметрами и характеристиками следует считать мощность, выходное напряжение и его способность поддерживать в контуре частоту разрядов не ниже достаточной для надежного повреждения обрабатываемого растения.
Напряжение на выходе источника должно быть больше значения напряжения на электродной системе установки, которое обосновывается необходимостью достижения максимальной степени повреждения тканей сорных растений.
Мощность источника определяется: минимально необходимым количеством энергии, достаточным для необратимого повреждения ткани и уничтожения сорняков; временем контактирования электродов с растением и числом одновременно обрабатываемых растений.
Производительность электротехнологическо-го агрегата и эффективность электроимпульсно-го уничтожения сорных растений связаны с рабочей частотой следования воздействующих разрядов. Уменьшение частоты разрядов в контуре ниже определенного предела приводит к выделению в растительной ткани сорняков количества энергии, меньшего, чем минимально необходимое количество энергии, при котором достигается максимальное значение степени повреждения в тканях обрабатываемого растения. Для получения необходимого технологического эффекта можно снизить
скорость агрегата, но это приведет к уменьшению его производительности.
Исследованиями установленные основные технологические параметры электроимпульсного истребления сорняков и технические характеристики источника питания электротехнологической установки представлены в таблице.
Электротехнологическая установка должна соответствовать «Правилам устройства электроустановок», «Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей», «Правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», требованиям ГОСТ 12.2.007.0 «Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление».
Агрегат для уничтожения сорной растительности позволяет уменьшить количество механической обработки почвы и тем самым снизить разрушающее ее структуру воздействие, уменьшить механическую, водную и ветровую эрозию почвы, сохранить почвенное плодородие. Вредного влияния на окружающую среду при изучении и исследовании отдельных элементов агрегата не наблюдалось.
Список литературы
1. Сорные растения как объект электрической прополки: биологические особенности и электрофизические свойства: монография / В.И. Баев [и др.]. — Волгоград: ВГСХА; Станица-2, 2о04. — 128 с.
2. Юдаев, И.В. Обоснование технологических параметров электроимпульсного уничтожения сорной растительности: автореф. ... канд. техн. наук / И.В. Юдаев. — Волгоград, ВГСХА, 2002. — 24 с.
3. Judajev, I.V. The definition of electro impulses used in weed control / I.V. Judajev, T.P. Brenina // Journal of agricultural sciences. — Belgrade: University of Belgrade, 2008. — Vol. 53. — № 1. — P. 37-44.
4. Боженков, А.В. Действие электрокультивации на агрофитоценоз почвы / А.В. Боженков // Агрономическая наука — достижения и перспективы: сб. трудов. — Киров, 1994. — С. 73.
5. Плеханов, Г.Ф. Изучение влияния электрического поля высоковольтных установок на некоторые компоненты биогеоценоза (почва, растения, животные) / Г.Ф. Плеханов, В.М. Орлов, А.Г. Карташев // Экология. — 1988. — № 2. — С. 78-80.
6. Баев, В.И. Обоснование эскизной конструкции установки для электрического уничтожения сорняков / В.И. Баев, И.В. Юдаев // Совершенствование научного обеспечения и подготовки кадров для агропромышленного производства Волгоградской области: материалы научно-практической конференции. — Волгоград, 1993. — С. 325-327.
7. Юдаев, И.В. Рациональная структура построения электроимпульсного пропольщика / И.В. Юдаев // Тракторы и сельхозмашины. — 2011. — № 6. — С. 28-30.
8. Юдаев, И.В. Совершенствование электродной системы электропропольщика / И.В. Юдаев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2011. — № 10. — С. 11-13.
