Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее время в сельском хозяйстве используется около 85 млрд. кВт-ч электрической энергии. Из них примерно 10...12 млрд. кВт-ч расходуется на цели облучения и освещения. В условиях рынка наблюдается тенденция роста стоимости электроэнергии. Вследствие этого предприятия АПК не могут приобретать новую технику, способствующую введению новых прогрессивных технологий. Это приводит к тому, что сельскохозяйственные предприятия вынуждены использовать существующие устаревшие электротехнологии, которые в настоящее время не в состоянии обеспечить производство продуктов, способных конкурировать с иностранными.
Принимая во внимание то обстоятельство, что на цели облучения в сельском хозяйстве затрачивается существенное количество электрической энергии, то даже незначительное улучшение основных показателей каждой облучатель-ной установки приведет к ощутимой экономии в стране. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработаиных технических решений для интенсификации технологий электрооблучения растений в масштабах страны составит не менее 50 млн, рублей. Повышение эффективности электротехнологий позволит предприятиям АПК снизить себестоимость продукции и увеличить прибыль.
Учеными в области электрификации сельскохозяйственного производства Л.Г, Прищепом, И.Ф. Бородиным, Д.С. Стребковым, Н.Н. Протасовой, И.И. Свентнцким, А.К. Лямцовым, Ю.М, Жилинским, В.М. Леманом, Г.С. Сарыче-вым, А.А. Тихомировым, А.П. Примаком, В.Н. Карповым, В.П. Шарупичем, С.А. ОвчуковоВ, А.П. Коломийцем, Л.К. Алферовой, Н.Ф. Кожевниковой, В.А, Коэинским, О.А. Косицыным, R. МсСгее, P. Mekkel, В. Singh, М. Fischer, J. Bonnet, P. Harris и другими доказана эффективность применения оптического излучения для получения дополнительной растениеводческой продукции.
В связи с резким удорожанием электрической энергии в диссертационной работе решается проблема научного обоснования технических решений для интенсификации технологий электрооблучения в защищенном грунте, способствующих увеличению выхода продукции и снижению энергетических затрат.
Исследования и разработки, составляющие основу диссертации, выполнялись в течение 20 лет лично автором по заданиям Государственной программы по решению научно-технической проблемы 0.51.21 «Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства» (1986...1990 гг.), а также в соответствии с отраслевой научно-технической программой О.сх.71 «Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов и средств рационального использования электрической энергии в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения» (1986... 1990 гг.), в соответствии с п. 4 Программы РАСХН «Разработать ресур-соэкономичные экологически безопасные и экономически оправданные технологии возделывания сельскохозяйственных культур» (оп<?" ?Л1Р гг), пр *"»- . плексным темам НИС МИИСП им. В.П. Горячкина (1980.1. fW2)t'BHP«l*AHtt«Afl
J , С Петербург
1 2Щ> РК
Вавилова (1982), Главного ботанического сада АН СССР (1984), НИС Ижевской ГСХА (1998...2002).
На различных стадиях разработки и испытаний, учитывая комплексность работы, к выполнению отдельных исследований в области биологии были привлечены канд. биол. наук Б.В. Корж (ВИР им. Н.И. Вавилова), научный сотрудник Главного Ботанического сада АН СССР Е.М. Фомин, доктор биол. наук А.П. Примак (РГАЗУ). Всем им, а также канд. техн. наук В.А. Козинскому (ИжГСХА) и доктору техн. наук С.А. Овчуковой автор выражает искреннюю благодарность.
Целью работы является проведение теоретических и экспериментальных исследований, разработка научно-обоснованных технических решений для интенсификации технологий электрооблучения растений, обеспечивающих увеличение выхода сельскохозяйственной продукции и снижение энергозатрат, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области сельскохозяйственного производства.
Объектом исследования являлась система, состоящая из биообъекта, технических средств и технологических мероприятий, позволяющая получить выход биологической продукции при минимальных приведенных затратах.
Предметом исследования являлось изучение процессов воздействия элек-трооблучательных установок на биообъекты.
Методология исследования базируется на системном подходе к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи математических, физических, светотехнических, фотометрических, биометрических, статистических методов, на создании математических моделей, на использовании современного математического пакета компьютерного моделирования Mathcad.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
предложено математическое моделирование процессов преобразования энергии оптического излучения электрических источников в биологическом объекте защищенного грунта, иллюстрирующее влияние величины дозы УФО, облученности, спектральной плотности оптического излучения на выход биообъекта при минимальных приведенных затратах;
разработаны теоретические основы обоснования уровня нормирования облученности для различных культур, учитывающие качественные и количественные характеристики излучения;
выявлены наиболее эффективные по спектральной плотности излучения электрические источники оптического излучения, способствующие при заданном уровне облученности получению ранней продукции, сокращению затрат тепловой и электрической энергии на 8...12 %;
получены математические зависимости, показывающие влияние дозы УФО на всхожесть семян, сокращение сроков выращивания рассады и урожай ранней продукции растений;
выявлена наиболее эффективная доза ультрафиолетового обучения семян культуры огурца, позволяющая повысить всхожесть семян, получить наи-
J большее количество ранней продукции при сэкономленных тепловых и электрических затратах;
разработана методика расчета дозы ультрафиолетового излучения зоны УФ-В в транспортерных установках;
получены математические зависимости прироста продукции (кривые роста продукции и зеленой массы) различных культур от уровня облученности;
в результате теоретических исследований обоснован способ повышения показателей энергетической эффективности облучательных установок и предложен новый комбинированный способ облучения растений, позволяющий сократить потребление электрической энергии на 12...15%.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Математическая модель процесса преобразования энергии оптического излучения в биологическом объекте, описывающая влияние величины дозы УФО и спектральной плотности излучения на продуктивность культуры огурца и зеленого корма.
-
Математическая зависимость, показывающая влияние дозы УФО на всхожесть семян культуры огурца.
-
Установка транспортерного типа для УФО семян, позволяющая поддерживать требуемую дозу УФ облучения.
-
Методика расчета дозы УФО на поверхности рабочей зоны транспортерной установки.
-
Методика испытаний облучателей с лампами ДРЛФ400 и ДНаТ400 на рассаде культуры огурца, позволяющая снизить затраты при использовании ламп ДНаТ400на 8...12%.
-
Методика определения коэффициента мощности разрядных ламп при комбинированном облучении растений.
-
Способ, позволяющий осуществить последовательно-согласованное включение разрядных ламп.
-
Устройство измерения дозы фотосннтети чески активной радиации (ФАР), уровня облученности и температуры воздуха.
Практическая ценность работы:
о разработаны технические требования и установка транспортерного типа для ультрафиолетового облучения семян культур, позволяющая поддерживать заданную дозу ультрафиолетового облучения,
предложен комбинированный способ облучения растений, включающий чередование импульсного и непрерывного облучения;
разработаны технические требования на щит управления работой ламп низкого давления в комбинированном режиме;
а разработаны технические требования и изготовлен радиометр, измеряющий дозу ФАР, уровень облученности, температуру воздуха;
о разработан способ повышения результирующего коэффициента мощности облучательных установок;
разработан способ выравнивания потребляемой суммарной электриче
ской энергии облучательными установками, работающими в комбиниро
ванном режиме.
Реализация результатов исследований
Разработанные технические требования на транспортерную установку для УФО семян были переданы на ЗАО «Удмуртагропромэнерго», ООО «Удмуртский агрознергосервис», ООО «Агросвязьэнерго» для изгоювления. Изготовлена партия в количестве 1 ] установок.
Технические требования на щит управления работой ламп были переданы на ЗАО «Удмуртагропромэнерго», ООО «Удмуртский агроэкергосервис», ООО «Агросвязьэнерго» для изготовления партии. Изготовлено 9 щитов управления.
Технические требования на прибор радиометр были переданы на ЗАО «Удмуртагропромэнерго», ООО «Удмуртский агроэкергосервис», ООО «Агросвязьэнерго». Изготовлена партия в количестве 8 шт.
Разработанное оборудование прошло производственную проверку в течение 5 лет.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе при выполнении курсового, дипломного проектирования, в научных работах аспирантов и соискателей Ижевской государственной сельскохозяйственной академии, включены в учебник и учебные пособия.
Достоверность выводов и рекомендаций обеспечена современными методами исследования на моделях и на действующем оборудовании с применением специальных пакетов программ для ЭВМ, экспериментально и документально подтверждена лабораторными и хозяйственными испытаниями.
Экономический эффект от реализации результатов работы
В масштабах страны на 1700 га защищенного грунта (350 тепличных комбинатов) ожидаемый экономический эффект от комплексного внедрения предлагаемых технических решений составит не менее 50 млн руб.
Апробация основных результатов по теме диссертации
Результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях в Московском институте инженеров сельскохозяйственного производства им, В. П. Горячкина (МИИСП, Москва, 198].,.1984 гг.), на научно-технических конференциях в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (ЧИМЭСХ, Челябинск, 1984г.), на научно-технической конференции в Латвийской сельскохозяйственной академии (Рига, 1982г.), на научной конференции «Пути повышения и задачи электрификации сельского хозяйства» (Барнаул, 1983г.), на Всесоюзной конференции «Человек и свет» (Саранск, 1982г., 1984г.), на Всесоюзной конференции «Проблемы фотоэнергетики растений и повышение урожайности» (Львов, 1984г.), на научно-практических конференциях в Горьковском сельскохозяйственном институте (Горьковский СХИ, Горький, 1983, 1984, 1990 г.), на научно-практических конференциях аспирантов и докторантов Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ, Москва, 1994г., 1998г., 2000г.), на научно-производственных конференциях в Ижевской государственной сельскохозяйственной академии (ИжГСХА, Ижевск, 1979г., 1984г., І993г., 1997...2002 гг.), на выставке «Городское хозяйство. Ижевск - город 2000» (Ижевск, 2000г.), на юбилейной международной конференции в Московском агроинженерном университете (МГАУ, Москва, 2000г.), на 2-й Международной научно-технической
конференции во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства «Энергосбережение в сельском хозяйстве» (ВИЭСХ, Москва, 2ОО0г,).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 55 печатных работах. Поданы четыре заявки на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка литературы. Работа изложена на 364 страницах текста, содержит ТОО рисунков, 62 таблицы, список литературы из 307 наименований, 26 из которых на иностранном языке, и пять приложений на 112 страницах.
