Содержание к диссертации
Введение 5
1. Определение подхода снижения энергоемкости и 9
повышения эффективности сушки и предпосевной
обработки зерна. Задачи исследования
Формулирование рабочей гипотезы 9
Определение подхода для описания поведения зерна при 10 сушке и предпосевной обработке
1.2.1 Адаптационные реакции семян на внешние воздействия 10
1.2.2. Энергия как критерий, определяющий реакции зернового 19
слоя при предпосевной обработке семян
Термодинамический подход к описанию поведения семян 22 при предпосевной обработке
Информационный подход к описанию реакций зерновки при 29 предпосевной обработке семян
Информационный подход в описании поведения зернового 35 слоя при сушке
Проблемы во внедрении методов интенсификации сушки 53 зерна активным вентилированием
Проблемы внедрения методов повышения эффективности 56 предпосевной обработки семян активным вентилированием
Выводы по главе 59
Задачи исследования 60
2. Разработка средств контроля процесса активного 61
вентилирования зерна в бункерах
2.1. Обоснование контролируемых параметров процесса 61
активного вентилирования зерна
Оценка информативности состояния зернового слоя 61
Оценка информативности атмосферного воздуха 63
Оценка информативности системы 67
2.2. Выявление взаимосвязи выходных параметров воздуха и 74
зернового слоя при активном вентилировании
2.2.1. Моделирование активного вентилирования зерна и его 74
анализ
Определение алгоритма функционирования средства оценки 85 равновесной влаэ/сности семян
Средство оценки равновесной влажности зерна 87
Принципиальная схема средства оценки равновесной 87 влажности семян
Погрешности средства оценки равновесной влажности 90
2.4.3. Средство оценки влажности зерна 93
2.5. Выводы по главе 96
3. Интенсификация сушки зерна активным 97
вентилированием изменением подачи вентилятора
Моделирование способа сушки зерна активным вентилиро- 91 ванием циклическом изменении подачи вентилятора
САУ процессом активного вентилирования зерна 99
3.3. Оптимальное управление процессом активного 101
вентилирования зерна
Проблемы оптимального управления процессом активного 101 вентилирования зерна
Модель элементарного слоя 103
Оптимальное управление процессом активного 112 вентилирования регулированием подачи вентилятора
3.4. Выводы по главе 130
4. Применение поля СВЧ для интенсификации сушки зерна 131
активным вентилированием
4.1. Разработка модели сушки зерна активным вентилированием 131
с СВЧ активацией
Влияние коэффициента конвективной диффузии на 132 динамику нагрева зерна
Взаимосвязь градиентов температуры и давления в зерновке 144 при СВЧ нагреве
Модель СВЧ активации и сушки зерна активным 151 вентилированием
Выводы по главе 158
5. Предпосевная обработка семян па установках активного 159
вентилирования по методике, разработанной па основе
принципа максимума информации
5.1. Воздушно - тепловая предпосевная обработка семян ~ 159
Математическая модель процессов тепловлагообмена в бун- 159 керах активного вентилирования
Исследование параметров воздуха и зерна в процессе актив- 165 ного вентилирования с помощью математической модели
Результаты экспериментальных исследований 168
Постановочный эксперимент 168
Многофакторный эксперимент 177
Уточнение параметров воздушно - тепловой предпосевной 179 обработки семян в бункерах активного вентилирования
Определение эффекта предпосевной обработки при 183 использовании типовых бункеров активного вентилирования
5.2. Использование электроактивированного воздуха для 184
предпосевной обработки семян
Определение минимальной дозы воздействия ЭАВ на семена 187
Полевые эксперименты 192
К построению моделей биологических объектов 200
Выводы по главе 209
6. Методика проведения экспериментальных исследований. 210
Обработка результатов экспериментов. Экономическая эффективность внедрения разработок
Эксперимент по использованию средства оценки равновесной 210 влажности для контроля процесса активного вентилирования
Производственная проверка эффективности циклического 215 метода интенсификации сушки зерна активным вентилированием
Проведение экспериментальных исследований по СВЧ 217
активации зерна 63 Л. Эксперимент по определению возможности использования 217 термопар в поле СВЧ
6.3.2. Эксперимент по определению распределения температурных 219
полей в СВЧ активной зоне при неподвижном слое зерна
Эксперимент по определению коэффициентов критериальной 223 . модели активации и сушки зерна активным вентилированием
Обработка и анализ экспериментальных данных 223
Измерение температуры в зоне действия СВЧ с помощью 223 термопар
Распределение температурного поля, создаваемого одним 228 магнетроном по объему активной зоны
Нахождение зависимоси А0 = f(Qv, W, т) 232
Производственная проверка эффективности применения СВЧ 236 для интенсификации сушки зерна активным вентилированием
Определение экономической эффективности применения ак- 241 тивной СВЧ зоны для интенсификации процесса сушки зерна
Воздушно - тепловая предпосевная обработка семян на 251 установках активного вентилирования
Экспериментальная установка, методика исследований 251
Производственная проверка способа предпосевной обработки 256 семян
6.6. Экспериментальные исследования процесса предпосевной 258
обработки семян электроактивированным воздухом
Установка для проведения эксперимента 258
Рекомендации для производства 261
6.7. Выводы по главе 264
Общие выводы 266
Литература 269
Прилозісения 291
Введение к работе
В решении важной народнохозяйственной проблемы увеличения производства зерна, наряду с обычными агротехническими приемами, существенное значение в улучшении посевных качеств семян имеет электротехнология. Как правило, это самые малозатратные и экологически чистые приемы повышения урожайности. Опыт использования электротехнологии при предпосевной обработке семян доказывает её высокую эффективность в виде прибавки к урожаю в 5-20%, тем не менее широкого распространения в сельскохозяйственной практике такие методы так и не получили. Это связано с несколькими проблемами, одну из которых можно обозначить как научную: отсутствие единой теории, объясняющей влияние различных видов воздействия на посевные качества семян, что вызывает недоверие к данным методам.
На увеличение производства зерна направлены и технологии его сушки, призванные сохранить урожай. В нашей стране необходимо высушивать 70...80%) валового сбора зерна. При прогнозируемом производстве зерна в 100 млн. т. на его сушку придется затрачивать около 1 млн. т. жидкого осветленного топлива. Поэтому особо актуальной является народнохозяйственная проблема снижения энергоемкости зерносушения путем использования низкотемпературной сушки, вентилируемых бункеров, интенсификации сушки за счет применения электротехнологии.
Сельскохозяйственное производство, в отличие от других видов производства, обладает значительным ресурсом - запасенной энергией биологического объекта. Если будут найдены пути использования данной энергии, то это автоматически приведет к более успешному использованию и других способов снижения энергоемкости производства с.х. продукции.
Исходя из данных предпосылок сформулирована рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что снижение энергоемкости процесса сушки зерна и повышение эффективности его предпосевной обработки возможно за счет использования запасенной энергии биологического объекта и его реакций на внешние воздействия.
Анализ теорий, оъясняющих поведение биологических объектов при внешнем воздействии позволил сформулировать научную гипотезу: использование информационного подхода к описанию реакций биологических объектов на внешнее воздействие позволяет разрабатывать электротехнологии для повышения урожайности, производительности зерносушильного оборудования, снижения энергоемкости процесса сушки зерна за счет использования энергии зерновки и её реакций.
Направление работы соответствует решениям научных сессий Российской сельхозакадемии по механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства, планам НИР ФГОУ ВПО АЧГАА.
Объект исследования. Зерновка, зерновой слой, технические средства и технологические процессы сушки и предпосевной обработки.
Предмет исследования. Процесс взаимодействия зерновки, зернового слоя с внешним физическим воздействием при сушке и предпосевной обработке.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.
В работе использованы теоретические и эмпирические методы исследования. Решения поставленных задач базируются на известных теоретических положениях и экспериментальных данных технологии зерносушения и предпосевной обработки зерна, теории информации, биофизики, термодинамики необратимых процессов, тепловлагообмена, автоматического управления, математической статистики, оптимизации, математического моделирования, алгоритмизации и программирования на базе современных технических средств. Достоверность полученных результатов подтверждена адекватностью разработанных математических моделей, а также результатами производственных испытаний разработанных технологий и оборудования.
Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить совокупность новых знаний:
на основании информационного подхода предложены принципы разработки способов интенсификации и энергосберегающих электротехнологий сушки и предпосевной обработки зерна;
обоснованы необходимые и достаточные параметры для контроля процесса активного вентилирования зерна;
разработаны технические средства и алгоритмы управления процессом сушки зерна активным вентилированием, реализующие принципы информационного подхода;
получены математические модели, технология и технические средства интенсификации полем СВЧ процесса сушки зерна активным вентилированием;
- предложены математические модели и электротехнологии предпосевной
обработки зерна на установках активного вентилирования, реализующие
принцип максимума информации в реакциях зерновки.
Новизна технических решений подтверждена 7 патентами и авторскими свидетельствами на изобретения.
Практическая ценность работы заключается: в создании научномето-дических основ разработки энергосберегающих электротехнологий сушки и предпосевной обработки зерна; в разработке технических средств и алгоритмов управления процессом сушки зерна активным вентилированием; в разработке технологии интенсификации полем СВЧ процесса сушки зерна активным вентилированием; в разработке электротехнологии предпосевной обработки зерна на установках активного вентилирования. Разработанные электротехнологии предпосевной обработки семян прошли производственные испытания и внедрены на ряде сельскохозяйственных предприятий, где подтверждена их экономическая эффективность. Результаты исследований по интенсификации полем СВЧ процесса сушки зерна активным вентилированием применены при разработке конструкций СВЧ активных зон зерносушилок. Создана и внедрена в учебный процесс агроинженерной академии научно-учебная техническая база подготовки специалистов по использованию электротехнологий в процессах сушки и предпосевной обработки зерна.
Реализация результатов исследования. Результаты исследований внедрены в технологической линии обработки зерна УОФХ АЧГАА, РИАМА, используются в учебном процессе ФГОУ ВПО АЧГАА, применены фирмой «ООО Аграрные Сверхвысокочастотные Технологии» при разработке конструкций СВЧ активных зон зерносушилок.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на всесоюзных и международных научно-практических конференциях: «Актуальные проблемы повышения технического уровня сельскохозяйственных машин» (Москва, ВИСХОМ, 1987), «Проблемные вопросы автоматизации производства» (Воронеж, 1987), «Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе» (Москва, ВИМ, 1989), «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термо-влажностная обработка материалов)» (Москва, МГАУ, 2002), «Компьютерное моделирование и информационные технологии в науке, инженерии и образовании» (Пенза, 2003), «Актуальные проблемы агропромышленного комплекса» (Зерноград, 2005), «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2006), «Проблемы исследования и проектирования машин» (Пенза, 2006), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, ВИЭСХ, 2008), «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» (Углич, 2008), на научно-практических конференциях ВНИПТИМЭСХ (1999, 2001), Челябинского ГАУ (2002), Ставропольского ГАУ (2002, 2006, 2008), КубГАУ (2003), Саратовского ГАУ (2006), МГАУ (2008) и ежегодных научно-практических конференциях АЧГАА (Зерноград, 2001.. .2008).
Публикации. По материалам исследований опубликовано более 90 научных работ, из них две монографии и 13 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ. Получено 7 патентов и авторских свидетельств на изобретения.
