Введение к работе
Актуальность проблеми. Эффективность производства продукций іастениеводства во многом определяется наличием высококачествея-;ого посевного материала и сохранностью продукции в процессо :ранения и переработки, В силу ряда объективных обстоятельств, аких как наличие естественных вредителей и болезней растений, іостояние физиологического покоя семян и т.д. производитель вынужден проводить всевозможные технологические операции дезинсёк-;ии, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян. Ситуация такс- sa, что в среднем потери зерна только из-за насекомых вредителей ;оставляют от 5 до 10$, а потери бобовых достигают 14-64$. Влияние болезней растений и вредных микроорганизмов приводит к поте-ю 15-20$ продукции, а иногда и к полному уничтожению урожая, [олноцонные и здоровію семена, находящиеся в состоянии физиологи-іеского покоя, могут иметь на момент посева всхожесть в 1,5-2 ра-іа ниже потенциальной, что естественно ведет к потере урожая и .'ознательному завышению нормы высова семян. Существующие методы і технологические приемы дезинсекции, дезинфекции и предпосевной ітимуляции семян, основанные на применении высокотоксичных хпми-геских препаратов и использовании гидротермической обработки, ївязави с большими затратами труда и низкой технологичностью процесса обработки семян. Кроме того, прямым следствием от применения ядохимикатов является загрязнопио окружающей среды и нарушение экологического равновесия в природе. Поэтому научные исслодс— $ания, направленные на разработку эффективных, экологически безо-гасных и высокопроизводительных методов повышения посевных качесгв іємян, актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение. )дним из наиболее перспективных направлений исследований является юпользование электрофизических методов и, в частности, методов, юпользующих энергию электромагнитных полой сверхвысокой частоты, іазработке которых и посвящена диссертация.
Исследования автора в указанном направлении проводились по соординационному плану НИР МИИСПа (МГАУ) в соответствии с планами гаучно-технической Проблемы 0.51.21 ІКНТ СССР на І986-1990 гг. 'Разработать новые методы и технические средства электрификации ;ельского хозяйства"; Постановлением ІКНТ СССР .552 от 11.04.Sir. іроект #96 "Разработка экологически чистых способов снижения потерь сельскохозяйственной продукции с использованием СВЧ энергии";
Решением научного' совета государственной научю-твхничеокой программы России "Перспективные процессы производства сельскохозяйственной продукции" от 29.01.93г.
Цп.пъ работа. Разработка теоретических основ, методов и технических средств, обеспечивающих получение высококачественного посевного материала за счет термической обработки семян в электромагнитном поле СЕЧ.
Задачи исследования.
Разработать теорию и математические методы анализа процессов термической обработки семян в электромагнитном поле СВЧ включающие исследование' напряженности электромагнитного поля в семени и исследование СВЧ нагрева семян- при дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции;
Разработать математические модели исследования электродинамических, и термических особенностей дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян электромагнитным полем СВЧ;
Разработать методы расчета основных технологических и конструктивных параметров СВЧ оборудования при термической обработке семян в электромагнитном поле СЗЧ;
-^ПроЕести теоретическое и экспериментальное обоснование те» нологических требований к процессам дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян при термической обработке в олектро магнитном поле СВЧ;
-Провести анализ технологических особенностей процессов СВЧ обработки семян, разработать технологические приемы, способы и технические средства;
-'Провести комплексный анализ технико-экономической эффектив ности применения электромагнитных полей СВЧ в процессах термической обработки семян.
Ь'отоди исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе комплексного научного подхода с использованием тео ретических методов электродинамики, теории теплопроводности, теории планирования эксперимента, математической статистики, регрессионного анализа, измерительной и вычислительной техники.
Научная новизна исследований. На основе общих физических принципов термообработки диэлектрических материалов в переменном электромагнитном поле:
-;разработаны теория и методы исследования процессов термической обработки (дезинсекции, дезинфекции, предпосевной стимуляции) сеыян в электромагнитном поле СВЧ;
полученн математические модели процесса термической обра-іотки семян в электромагнитном поле СВЧ, устанавливающие взаимосвязь между основными физическими параметрами ЕШІ, физическими и іиологическими параметрами семян и окружающей среды, позволяющие шявлятъ способы и приемы совершенствования существующих и разра-іотки более эффективных технологических приемов и технических :редстз термической дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стиму-іяции семян в электромагнитном поле СВЧ;
разработаны методы расчета основных технологических'и ' сонструктивных параметров СВЧ оборудования, позволяющие определять южшные параметры термической СВЧ обработки семян при недостатке юходных данных, рассчитывать технологические параметры при СВЧ (бработке объема семян в объемном резонаторе или в радиогерметич-юй камере под излучателем, рассчитывать технологические параметры ери СВЧ обработке семян-в слое на конвейерной ленте под нзлучате-іем, рассчитывать основные технологические и конструктивные пара-ютры при СВЧ обработке потока семян в камере взаимодействия резс— гаторного типа;
проведены теоретические и экспериментальные исследования грименимости интегрального температурно-временного воздействия для ' >ценки эффективности термической СВЧ обработки семян, предложены ггоматичоская форма представления интеграла летальности как вере— :тности "отказа биологического объекта" и функции интенсивности п-казов сеглян и вредителей при термической обработке в электромаг— :итном поле СВЧ, определены коэффициенты биорозистентности семян и :асекомых вредителей;
определены агротехнологические требования к процесса!.! тер-ической обработки сеілян в электромагнитном поле СВЧ, рекомендуе-ые технологические режимы СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпе— евной обработки зерновых и бобовых культур;
разработаны технологические приемы, способы и технические редства обработки семян в электромагнитном поле СВЧ, новизна и олезность которых подтверждены авторскими свидетельствами на зобретения.
Достоверность результатов подтверждается положительными зак-ючениями научно-исследовательских институтов (ВИР, ВЫИИССОК и др.) слученными при экспериментальной проверке рекомендуемых техноло-ических'режимов СВЧ обработки семян.
Практическая ценность диссертации - в разработке научных ос-ов, позволяющих проектировать эффективные устройства термической
СВЧ обработки семян с учетом технологических особенностей, требований и режимных парамотров, что сущоствошю опижаот затрати на ю разработку и практическое внедрение технологий;
-,в обосновании технологических требований и в разработке технологических режимов, обеспечивающих снижение затрат труда в 3-5 раз и получение дополнительной продукции в пределах 10-20%;
в разработке технологических приемов, способов и конструктивных технических решений, обеспечивающих охрану окружащей среді
в- определении комплекса необходимых условий эффективности применения СВЧ установок для термической обработки семян.
Сведения о практическом использовании научных результатов.
Разработанные технологии СВЧ обработки семян апробированы в НПО "Грибовское" Московской области, с-зе "Куликовский" Дмитрове» го района Московской области, с-зе "Скуратовский" Чернского район; Тульской области, к-зе им.Ленина Зорноградского района Ростовской области. Технологические рекомендации и конструктивные разработки в качестве исходных требований переданы с специализированные коне рукторские организации МОКБ "Горизонт"(г.Москва) и МО "Импульс" (г.Москва). Совместно с ОКБ "Горизонт"(г.Москва) разработан специ лизированшй. СВЧ комплекс для обработки сельскохозяйственной продукции !"Агро" производительностью до 1,2 т/ч при дезинсекции семя Решением научного совета государственной научно-технической программы России "Перспективные процессы производства сельскохозяйственной; продукции" от 29.01.1993 г. результаты исследований принят к использованию в Проекте "Зерновой комплекс- 2000".
На защиту выносятся'
I; Теория и математические методы исследования напряженности электромагнитного поля в семени при СВЧ обработке, включавшие: теоретическое решение задачи взаимодействия электромагнитной волн с многослойными диэлектрическими объектами сферической формы; математическую модель исследования напряженности ЗМП в семенах при СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции; результат численного эксперимента для процессов дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции.
2. Теория и математические метода исследования процессов СВЧ нагрева, включающие: теоретическое решение общей краевой задачи уравнения теплопроводности для одномерных многослойных объектов при неоднородных граничных- условиях третьего рода; теоретическое решение задачи СВЧ нагрева одномерных многослойных объектоз при стационарных неоднородных граничных условиях третьего рода и при
"5
независимости интенсивности поглощения СВЧ энергии в объекте от времени; теоретическое решение задачи СВЧ нагрева одномерных многослойных объектов при стационарных неоднородных граничных условиях третьего рода и при периодическом во времени поглощении СВЧ энергии (импульсный СВЧ нагрев); математическую модель исследования СВЧ нагрева семян при дезинсекции, дезинфекции и предпосевной зтимуляции; результаты численного эксперимента СВЧ нагрева для процессов дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции.
-
Метода расчета основных технологических и конструктивных параметров СЗЧ оборудования при термической СВЧ обработке селян.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований применимости интегрального температурно-временного воздействия для зценки эффективности термической СВЧ обработки семян, математическая форма представления интеграла летальности как вероятности "отказа биологического объекта", функции интенсивности отказов семян
і вредителей при термической обработке в электромагнитном поле СВЧ, коэффициенты термической биорезистентности семян и насекомых вре-
ЇИТЄЛЄЙ. _
-
Агротехнологические требования к процессам термической обработки семян в электромагнитном поле СВЧ, рекомендуемые технологические режимы термической СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпо-зевной симуляции семян зерновых и бобовых культур.
-
Результаты исследований по разработке технологических при-змов, способов и технических средств термической обработки семян в электромагнитном поле СВЧ.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследова-іий доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях профес-:орско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов 5ШСЇЇ (1ЛГАУ) им.В.П.Горячкина (г.Москва, 1987-1993 гг.); Всесоюз-:ой научно-практической конференции "Действие СВЧ-излучений на бис— югические компоненты агроценозов и их применение в АПК"(г.Москва, !S89 г.); УІ Всесоюзной научно-технической конференции "Электрофи-шческие методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственно-"О сырья" (г.Москва, 1989 г.); УІ Всесоюзной научно-практической сонференщш "Применение СВЧ энергии в технологических процессах и [аучкых исследованиях" (г.Саратов, 1991 г.); Всесоюзном научно-іроизводственном семинаре молодых ученых и специалистов "Новые щей в растениеводстве и пути их реализации" (г.Воронеж, 1991 г.); [аучно-технической конференции БНИПГШЭСХ по итогам исследований
G .
1900 г.Сг.Уорноград, 1991 г.); Всесоюзной конференции "Иримоношю СЬЧ излучоїшй. в биологии и сельском хозяйство" (г.Кишшюв,- 1991 г Научной конференции научных работников и аспирантов АЧИМСХ (г.Зер ноград, I991-1992 гг.); Научно-практической конференции "Научно-технический, прогресс в инженерно-технической сфере АІЖ России" (г.Москва, 1992 г.); Всероссийском научно-техническом семинаре "Высокоэффективные электротехнологии по производству продукции сельского хозяйства их'переработке и хранению" (г.Москва, 1993 г. Научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в ин кенерной сфере АПК России" (г.Москва, 1993 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 52 опубликованных работах, в том числе в семи описаниях к авторским свидетельствам на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введеї: секи глав, общих зыводоз, списка литературы и приложений. Основне содержание диссертации изложено на 360 стр. машинописного текстг включает 74 рис.','36 таблиц, 7 приложений и список литератур* из 313 наименований, в том числе 26 на иностранных языках, і
