CC BY
28
ТЕРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ НА ПОТОК СЕМЯН В
ПРОЦЕССЕ ИХ ВЫСЕВА
Васильев Сергей Иванович
канд. техн. наук, доцент, кафедра «Электрификация и автоматизация АПК» ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»,
РФ, г.о. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский E-mail: si_vasilev@mail.ru
THEORETICAL JUSTIFICATION OF INTEGRAL ACTIONS PARAMETERS BY ELECTRICAL FIELD ON SEEDS FLOW IN THE PROCESS OF THEIR
SOWING
Sergey Vasiliyev
candidate of Technical Sciences, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Samara State Agricultural Academy ", Associate professor of AIC Electrification and Automation Chair, Russia, urban district Kinel, urban-type settlement
Ust-Kinelsky
АННОТАЦИЯ
Представлено теоретическое обоснование процесса комплексного воздействия электрическим полем высокой напряженности на поток семян в процессе их высева, с целью их одинакового ориентирования в потоке, уплотнения и стабилизации потока, а также электротехнологического обеззараживания и электростимуляции высеваемых семян. В результате существенно повышается стабильность и равномерность высева семян, увеличивается проращиваемость семян и скорость дальнейшего роста растений, снижается уровень заболеваемости семян и растений.
ABSTRACT
The theoretical justification of integral actions parameters by electrical field on seeds flow in the process of their sowing is presented for the purpose of the same orientation in the flow, compression and flow stabilization as well as electrical and technical purification and seeds electric stimulation. As a result, the stability and seeds evenness increases significantly; seeds growing, speed of further plant, level of plants and seeds incidence decrease.
Created by DocuFreezer | www.DocuFreezer.com |
Ключевые слова: электрическое поле; ориентирование семян; ионизация; стабилизация потока семян; коронный разряд; электростимуляция семян; электротехнология; обеззараживание семян.
Keywords: electrical field; seeds orientation; ionization; flow seeds stabilization; corona discharge; seeds electrical stimulation; electrical technology; seeds purification.
В процессе высева семян известными высевающими аппаратами всегда имеет место определенная неравномерность высева (пульсация потока семян), в результате чего коэффициент вариации высеянных семян имеет высокое значение (до 5 % и выше).
Для снижения неравномерности высева и коэффициента вариации, было предложено использовать электрическое поле высокой напряженности [1].
Воздействуя на семена электрическим полем высокой напряженности можно частично устранить отмеченные недостатки, так как электрическое поле возбуждает в объеме высеваемого материала силы электрического взаимодействия между семенами и, семенами с электрическим полем, а также вызывает процесс ионизации молекул воздуха и влаги и, тем самым, выполняется дезинфекция и стимулирование семян к одновременному прорастанию [2].
При отсутствии семян в межэлектродном пространстве, напряженность внешнего электрического поля евн постоянна. Семенной слой в межэлектродном пространстве, влияет на распределение напряженности электрического поля. При его заполнении напряженность в воздушных зазорах Ев резко снижается, а в семенных частицах еч и на их острых краях возрастает (т. к. семена растений являются диэлектриками). Напряженности внешнего поля, в воздушных промежутках и внутри семян выражаются следующими зависимостями [2]
и сви счи
Евн = у, , В/м; Ев = В/м; Еч = -^,В/м. (1)
^ /¿В I /Ц свОв С4О4
где: U — напряжение на электродах, В;
hb, h4 — высота воздушного промежутка и семенной частицы соответственно, м;
cB, сч — ёмкости воздушного промежутка и семенной частицы соответственно, мкФ;
ев, еч — диэлектрические проницаемости воздуха и семенной частицы соответственно, Ф/м;
Бв, — площади поперечных сечений воздушного промежутка и семенной частицы соответственно, м 2.
На семенную частицу, при начальном угле ее наклона к плоскости электрода уо Ф 0 будет действовать вращающий момент (рисунок 1), со стороны электрического поля, стремящийся повернуть частицу и установить ее продольной осью параллельно силовым линиям электрического поля (у0 ^ 90°).
МЭ = ЕЦ • V • F • sin 2у0/8п, Н/м. (2)
где: Ев — напряженность электростатического поля в воздушном зазоре, В/м;
V — объем эллипсоидной семенной частицы, м3;
F — функция, отражающая влияние формы и диэлектрической проницаемости частицы на вращающий момент поля, Н/В2м2;
у0 — начальный угол наклона семенной частицы, град.
За счет действия сил трения и взаимодействия частиц возникает момент сопротивления МС, направленный встречно моменту МЭ и препятствующий развороту семенных частиц. Т. е. при мэ > мс семя способно ориентироваться в электростатическом поле.
Семенной поток, состоящий из одинаково сориентированных частиц, притягивающихся друг к другу, уплотняется и стабилизируется, обеспечивая равномерный сход семян с выхода высевающего аппарата.
Сориентированную семенную частицу при этом можно представить, как игольчатый электрод с радиусом вершин семян r и расстоянием от вершин «игл» до электрода Н.
Наибольшая напряженность поля наблюдается на вершинах семян (заостренных краях, т.е. при г ^ 0) (рисунок 2). При определенных условиях (высокая напряженность поля) на вершинах семян возникнет коронный разряд. Для системы игла-плоскость критическая напряженность Е0 и начальное напряжение короны и0 определяются выражениями
Е0 = 30,3 • 105 • + 0,0298/7™), В/м, (3)
4 Н
= 0,5Е0 • г • 1п — ,В, (4) г
где: ° — относительная напряженность поля в воздушном промежутке, В2/м; г — радиус игольчатого электрода, м; Н — расстояние от иглы до плоскости, м;
Если к электродам приложено напряжение и, в интервале 0 < и < и0 через межэлектродное пространство протекает ток утечки, который определяется наличием свободных зарядов в воздушном зазоре на поверхности семян.
Рисунок 1. Схема ориентации частицы под действием электрического поля
Рисунок 2.Схема образования коронного разряда на острых краях зерна и ионизации межэлектродного пространства
Из-за влаги и токопроводящей пыли на поверхности частиц отрицательные ионы скользят по поверхности, попадая в семенной слой.
При этом вольтамперная характеристика процесса будет определяться выражением
I = тут = ЩЯв + яч), а, (4)
где: 1ут — ток утечки, А;
яв, яч, — сопротивления, соответственно, воздушного зазора, сориентированной частицы и семенного слоя, Ом.
При и > и0 у вершины семени в воздушном зазоре происходит коронный разряд, образуя положительные и отрицательные ионы (рисунок 2). При этом положительные и отрицательные ионы двигаются к противоположно заряженным электродам по проводящей поверхности сориентированных семян совместно с током утечки через семенной слой.
Общий ток i, протекающий в межэлектродном пространстве равен
I = тут + 1к, А. (5)
где 1к — ток коронного разряда, А.
При обработке семян в электрическом поле главным стимулирующим фактором является напряженность электрического поля в семенной частице еч. Она зависит от относительной диэлектрической проницаемости еч и высоты зерновой частицы ^ и должна составлять 2...3 кВ/см. Также обработка семенного слоя потоком ионов, образовавшихся при коронном разряде, приводит к их обеззараживанию.
Список литературы:
1. Крючин Н.П. Совершенствование процесса дозирования трудносыпучих семян путем применения электрического поля / Н.П. Крючин, С.И. Васильев, А.Н. Крючин //Известия Самарской ГСХА. — 2010. — № 3. — С. 36—40.
2. Крючин Н.П. Применение электрического поля для совершенствования процесса дозирования трудносыпучих семян / Н.П. Крючин, С.И. Васильев, А.Н. Крючин // Аграрная наука сельскому хозяйству: сб. статей в 3 кн. Барнаул: Издательство АГАУ, — 2011. — Кн. 3. — С. 56—59.
