Введение к работе
Актуальность проблемы. В развитии животноводства существенное внимание уделяется совершенствованию имеющихся и созданию новых электротехиологнй, технических средств, обеспечивающих повышение эффективности производства продукции. Установлепо, что продуктивность животных на. 50...60% определяется кормами, на 20% качеством ухода и на 20...30% - параметрами микроклимата. Но при современных технологиях содержания животных экономический ущерб от их заболеваний, от це соблюдения зоогигиенических требований, предъявляемых к воздушной среде и кормам, велик. Так-, например, пораженные клещами животные теряют за летний период до 5 л крови, удой молока снижается иа 25...40%. Болезни копытец возможны у 10...20% коров, а это снижает молочную продуктивность от 4 до 20%. М.аститом заболевают самые высокопродуктивные животные, в лечение их медикаментозными препаратами приводит к выбраковке значительного количества молока. При существующей технологии обработки воздушной среды животное подвергается воздействию вредных газов, что приводит к снижению прироста массы на 15...20%. В связи с этим в животноводстве важным резервом повышения - эффективности производства продукции является использование таких технических . решений и средств, которые универсальны н объединяют ряд прогрессивных технологий. Такими особенностями обладают технологии и технические средства, основанные па применении электромагнитного поля высокой частоты (ЭМПВЧ). Именно ЭМПВЧ имеет специфические, лечебные свойства и является сложным фактором среды, поддающимся расчленению иа различные бпотропные параметры, такие как интенсивность, градиент, вектор, частота, форма импульса, экспозиция, локализация. Поэтому диэлектрические установки обладают высоким качеством воздействия, гибкостью и высокой точностью управления процессом воздействия, возможностью точного дозирования воздействия ЭМПВЧ.
Несмотря на это диэлектрические установки, предназначенные для технологических процессов в животноводстве, а имепно для улучшения
зооветеринарного обслуживания :і обеззараживания кормов, крайне медленно осваиваются производством, так как отсутствуют научно обоснованные принципы построения оптимальной технологии воздействия электромагнитного поля высокой частоты на биообъект.
Поэтому научные исследования, направленные на разработку эффективных способов и технических средств, обеспечивающих бноэффект при воздействии ЭМПВЧ па биообъект, актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.
Исследования по указанной научно-технической проблеме начаты автором о 1982 году. Они проводились в соответствии с планом НИР Красноярского государственного аграрного университета и заданием 04 программы О.сх.71 "Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов , и средств рационального использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения" РАСХН (1991-1995 гг.).
Цель работы. Разработка теоретических положений, методов и технических средств, обеспечивающих биоэффект при воздействии электромагнитного поля высокой частоты па биообъект, реализация результатов теоретических исследований в конструкциях диэлектрических установок и доведение всего цикла работ до внедрения в практику.
Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:
провести анализ высокочастотных технологий и технических средств, особенностей воздействия ЭМПВЧ на биообъекты;
экспериментально исследовать частотные зависимости электрофизических показателей тканей и органов животных;
составить математические модели, описывающие распределение электрического и температурного полей в тканях и органах животного при различных частотах ЭМП, конфигурациях электродов и системах их расположения;
разработать теоретические положения, направленные на решение задачи равномерного распределения электрического поля в средах, заполняющих объемы, близкие к цилиндрическим;
вывести математическое выражение, описывающее характер изменения концентрации бактериальной загрязненности воздуха в животноводческом помещении при воздействии ЭМПВЧ па приточный .воздух;
разработать методы комплексного исследования процесса воздействия ЭМПВЧ на биообъект, учитывающие взаимосвязь факторов воздействия ЭМПВЧ, электрофизических свойств биообъектов и параметров систем электродов, используемых в диэлектрических установках;
выполнить классификацию высокочастотных конденсаторов;
разработать методики проектирования, совершенствования диэлектрических установок и. прогнозирования прогрессивных направлений их развития;
разработать методики согласования, коррекции физико-технических и технологических параметров диэлектрической установки; оптимизации конструктивных элементов систем электродов функциональных модулей;
обосновать режимы воздействия ЭМПВЧ, удовлетворяющие технологическим требованиям снижения бактериальной загрязненности кормов, продуктов и сырья животного происхождения, а также зооветеринарным требованиям при лечении и профилактике животных;
разработать конструктивные схемы функциональных модулей к диэлектрическим установкам;
провести лабораторно-производствешше испытапня технологического процесса воздействия ЭМПВЧ ка биообъект и расчет технико-экономических показателей; организовать внедрение в производство некоторых диэлектрических установок.
Методы исследования. В основу разработки процесса воздействии ЭМПВЧ на биообъект и технических средств для его реализации положеп подход, согласно которому разрабатываемые процессы рассмотрены как единая система'взаимодействия электромагнитного поля с биообъектом.
В соответствии с поставленными задачами были использованы теоретические методы нсследоваппя, основанные на математических моделям, описывающих распределение электрического и температурного полей в тканях и органах животного, изменение концентрации
бактериальной загрязненности воздуха в животноводческом помещении и характер распределения электрического поля в объектах цилиндрической формы, а также экспериментальные методы с применением разработанных измерительных приборов и диэлектрических установок.
Для изучения распределения электрического поля в биообъекте и настройки эффективных режимов воздействия применены приближенный аиалитический расчет; математическое моделирование; исследование электрического поля с помощью разработанных приборов.
Исследования эффективности воздействия ЭМПВЧ на биообъект проводились по стандартным методикам на производственных, экспериментальных диэлектрических установках.
Результаты исследований процесса воздействия ЭМПВЧ на биообъект обрабатывались методами математической статистики. Необходимые расчеты выполнялись на ЭВМ, для этого разработано математическое и программное обеспечение.
Научная новизна. В результате исследований получены:
частотные зависимости электрофизических показателей тканей и органов животных;
математические модели, описывающие распределение электрического и температурного полей в тканях и органах животного при различных частотах электромагнитного поля, конфигурациях электродов и системах их расположения;
аналитическая зависимость, характеризующая распределение электрического поля в объектах цилиндрической формы;
математическое выражение, описывающее характер изменения коацентрации бактериальной загрязненности воздуха в животноводческом помещении при воздействии ЭМПВЧ на приточный воздух;
классификация высокочастотных конденсаторов и методики оптимизации конструктивных элементов систем электродов и технологического процесса воздействия ЭМПВЧ на терапевтическую нагрузку диэлектрической установки.
Практическую значимость представляют:
технологии и режимы воздействия ЭМПВЧ на биообъект при профилактике и лечении животных, обеззараживании кормов, продуктов н . сырья животного происхождения;
методики проектирования диэлектрических установок; согласования и коррекции физико-технических и технологических параметров установки;
конструктивные схемы функциональных модулой и диэлектрические установки для интенсификации технологических процессов в животноводстве;
научные и практические рекомендации, позволяющие провести лечение и профилактику животных, обеззараживание кормов, продуктов и сырья животного происхождения; :
программное обеспечение, используемое для оптимизации технологического процесса воздействия на биообъект и реализации комплексного подхода при. создании диэлектрических установок, способствующего нахождению пути согласования характеристик установки с терапевтической нагрузкой.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации доложены, обсуждены и одобрены на краевой научной конференции "Молодежь - аграрному производству" (Красноярск, 1988-1991 гг, ); региональной научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии в сельском хозяйстве" (Волгоград, 1983 г.); научных конференциях КрасГАУ* (Красноярск,«Л981, 1982 гг.); заседании Научно-технического совета КрасГАУ (Красноярск, 1992 г.); расширенном заседании кафедр: МГАУ (Москва, 1992 г. ); Чувашского СХИ (Чебоксары, 1993 г.); научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерно-технической сферо АПК России" (ВИЭСХ, Москва, 1992 г. ); научно-техническом совете Управления сельского хозяйства Красноярского края (Красноярск, 1993 г. ); Республиканском совещании главных ветеринарных врачей районов Управлення сельского хозяйства Чувашской Республики (Чебоксары, 1993 г.); заседапии Ученого совета факультета ветсринлриой медицины КрасГАУ (Красноярск, 1993 г.); Всероссийском научно-техническом семинаре "Высокоэффективные электротехнологии по
производству продуктов сельского хозяйства, их переработке*и хранению" (МГАУ, 1993 г. ); Международном семинаре ЮНЕСКО/ЮНЕП/ПРООН/ ФАО "Ресурсо-энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве" . (Москва, 1993 г. ); Всероссийской научно-производственной конференции Гигиена, ветсанитария и экология животноводства" (Чебоксары, 1994 г.).
Реализация результатов исследований. Материалы исследований технологического процесса воздействия ЭМПВЧ на биообъекты переданы в отделы животноводства и ветеринарии Управления сельского хозяйства Красноярского ' края; в отделы животноводства и ветеринарии с Госветинспекцией Министерства сельского хозяйства Чувашской Республики. Они составили научную базу для разработки технического задания и проектно-конструкторской документации, необходимой для изготовления диэлектрических установок интенсификации технологических процессов в животноводстве.
Результаты научно-исследовательской работы и некоторые диэлектрические установки используются в учебном процессе, осуществляемом факультетам!: электрификации, ветеринарной медицины, зооинженерным Красноярского ГАУ, Чувашского СХИ, Цивильского сельскохозяйственного техникума Чувашской Республики.
Разработанные диэлектрические установки для пастеризации молока и обеззараживания комбикорма внедрены в Красноярском крае соответственно в совхозе "Камарчагский" Майского района и в племзаводе "Бузимский" Сухобузимского района.
Внедрение результатов исследований подтверждается
соответствующими актами, приложенными к диссертации. На защиту выносятся следующие положения:
частотные зависимости электрофизических показателей тканей и органов животных;
математические модели, описывающие распределение электрического и температурного полей в тканях и органах животного при различных частотах электромагнитного поля,' конфигурациях электродов и системах их расположения;
аналитическая зависимость, характеризующая распределение электрического поля в биообъектах цилиндрической формы;
математическое выражение, описывающее характер изменения концентрации бактериальной загрязненности воздуха в животноводческом помещении при воздействии ЭМПВЧ на проточный воздух;
классификация высокочастотных конденсаторов, конструктивные схемы функциональных модулей к диэлектрическим установкам;
методика проектирования диэлектрических установок; согласования и коррекции физико-технических и технологических параметров установки;
методики и алгоритмы, оптимизации конструктивных элементов систем электродов и технологического процесса воздействия ЭМПВЧ на терапевтическую нагрузку диэлектрической установки;
технологии и режимы воздействия ЭМПВЧ на биообъекты при профилактике и лечении животных, обеззараживанин кормов, продуктов и сырья животного происхождения;
результаты внедрения в сельскохозяйственное производство разработанных диэлектрических установок; .
технико-экономическая оценка эффективности разработанных и внедренных диэлектрических установок и рекомендации по их применению в животноводстве.
Публикации результатов исследований. Материалы диссертации отражены в 50 печатных работах, в том числе в 27 -«авторских свидетельствах, патентах, положительных решениях на изобретения; в монографии "Диэлектрические установки интенсификации технологических процессов в животноводстве" (Красноярск: КрасГАУ, 1993. - 260 с).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основная часть содержит 310 страниц машинописного текста, 70 иллюстраций, 23 таблицы. В списке литературы указано 204 источника, в том числе 5 на иностранных языках. Приложение содержит материалы по внедрению результатов исследований в производство и учебный процесс; некоторые
результаты экспериментальных исследований электрофизических параметров биообъектов; методики и программное обеспечение.
