employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
The purpose of processing potato tubers before planting by the complex effect of electrophysical factors is disinfection from a number of pests, activating the cells of potato tubers to accelerate and increase their germination, with the exception of side effects on the physico-chemical composition of the grown potatoes. The installation contains a toroidal cavity, inside the torus there is a conveyor, an unloading stopper and moving fluoroplastic scrapers. In the condenser space are electro-discharge lamps, connected to sources of a kHz frequency and a rotating disk, with a distributor. On the surface of the torus mounted magnetrons. An induction heater is installed under the torus. The torus has windows for unloading potato tuber waste. The developed installation contains various sources of electromagnetic radiation: microwave generators, which provide endogenous heating of potato tubers and prevent diseases and pests; induction heater to kill beetles and other pests due to thermal burns; high-frequency (110 kHz) alternating pulsed current generators with high voltage and electro-gas-discharge lamps, which accelerate biochemical reactions, saturate tubers with oxygen, increase the elasticity of the tuber peel and its permeability. This whole complex of energy sources contributes to the activation of potato tuber cells, accelerating and improving germination. Using a single unit with a capacity of up to 300 kg/h, it is possible to carry out preplant processing of up to 20 tons of potato tubers no larger than 6 cm in size, with specific energy expenditures of up to 0.2 kW h/kg.
microwave generator, toroidal cavity, electro-discharge lamps, induction heater, potato tubers
Известно, что урожайность картофеля во многом зависит от качества посевных клубней, следовательно, повышение их посевных качеств актуально. В средних фермерских хозяйствах площади под посадку картофеля достигают 50 гектар, при норме посадки 2,5 тонн на гектар требуется провести предпосадочную обработку 125 тонн клубней картофеля. Сегодня для предпосадочной обработки картофеля используют химические средства. Обрабатывают агропрепаратами с целью профилактики от болезней, вредителей, стимуляции роста. Наиболее часто для обеззараживания используют такие препараты: Максим, Фитоспорин-М, их комбинируют с другими фунгицидами и стимуляторами роста. Они защищают урожай от болезней на всех этапах роста, но не исключают побочные действия на человека [1]. При работе с любыми химическими веществами важно соблюдать меры безопасности и не превышать рекомендуемые производителем дозы, что трудно соблюдать в условиях фермерских хозяйств.
Известны положительные результаты воздействия электрофизических способов обработки продуктов [2-5]. Например, технология обработки электрофизическими факторами клубней картофеля позволяет предотвратить загрязнение сельскохозяйственных земель и без химического вмешательства эффективнее использовать возможности самого клубня картофеля. Известны способы предпосадочной стимулирующей обработки клубней картофеля низкочастотными (8-19 Гц) магнитными полями [6]: патенты №2415536 от 22.06.2009 г., № 2435349 от 13.03.2009 г., №2483513 от 29.12.2012 г., № 2407264 от 16.03.2009 г. Установка содержит индуктор, но продолжительность обработки при частоте 16 Гц достигает до 15-20 мин, что является недостатком.
Известны медицинские источники излучений килогерцовой частоты, как «Дарсонваль» и «Ультратон» [7]. Наши исследования показывают, что эффект их воздействия можно увеличить, помещая электрогазоразрядные лампы, подключенные к источникам килогерцовой, в электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) [8].
Известны индукционные нагреватели, например, индукционные варочные плиты с точным температурным контролем [9]. К преимуществам следует отнести то, что нагрев самой стеклокерамической поверхности не происходит, КПД достигает до 0,9, а расход электроэнергии в 1,5 раза меньше, чем у электроплиты. Поэтому для обеспечения термического ожога вредителей, в технологической схеме обработки клубней предусмотрен индукционный нагрев.
С учетом того, что в России и за рубежом технологии создания изделий СВЧ электроники отнесены к критичным технологиям (Стратегическая программа от 17.12.2012 г.),
нами разрабатываются резонаторные камеры сверхвысокочастотных радиогерметичных многогенераторных установок с использованием магнетронов малой мощности с воздушным охлаждением для обработки сельскохозяйственного сырья в непрерывном режиме.
Условия, материалы и методы исследований. Объектом исследования являются технологические процессы, обеспечивающие профилактику клубней картофеля от вредителей и стимуляцию роста; экспериментальный образец установки, реализующей комплексное воздействие физических факторов на клубни картофелей в непрерывном режиме.
Теоретические исследования проводились на основе анализа электрофизических факторов воздействия на сырье, с использованием математических аппаратов, теории электромагнитного поля сверхвысокой частоты, индукционного нагрева и дарсонвализации. Обоснование электродинамических характеристик системы проводили путем вычисления распределения электромагнитного поля в разработанном тороидальном резонаторе в режиме переходного процесса по программе CST Microwave Studio.
Анализ и обсуждение результатов исследований. Целью профилактической обработки клубней картофеля перед посадкой комплексным воздействием электрофизических факторов является обеззараживание от ряда вредителей, активизация клеток клубней картофеля для ускорения и повышения их всхожести, с исключением побочных действий на физико-химический состав выращенного картофеля.
Технической задачей исследования является устранения недостатков при использовании химических препаратов, снижение эксплуатационных затрат при реализации технологии предпосадочной обработки клубней картофеля и использовании установки в фермерских хозяйствах за счет комплексного воздействия таких физических факторов как: электромагнитное поле сверхвысокой частоты, коронного разряда, ультрафиолетовых лучей, озона и индукционного нагрева.
Установка для предпосадочной обработки клубней картофеля воздействием электрофизических факторов (рисунок 1) состоит из тороидального резонатора 1, выполненного в виде тора круглого сечения, средний периметр которого равен кратной половине длины волны.
1. SeloMoe.ru›kartofel/obrabotka-kartofelya-pered.
2. Rogov I.A. Elektrofizicheskie metody obrabotki pischevykh produktov. [Electrophysical methods of food processing]. - M.: Agropromizdat, 1989. - P. 272.
3. Rogov I.A., Gorbatov A.V. Fizicheskie metody obrabotki pischevykh produktov. [Physical food processing methods]. - M.: Pischevaya promyshlennost, 1974. - P. 583.
4. Rogov I.A., Nekrutman S.V. Sverkhvysokochastotnyy nagrev pischevykh produktov. [Microwave heating food]. - M.: Agropromizdat, 1986. - P. 361.
5. Elektrofizicheskie, opticheskie i akusticheskie kharakteristiki pischevykh produktov: spravochnik. [Electrophysical, optical and acoustic characteristics of food: a handbook]. / Edited by I.A. Rogov. - M.: Legkaya i pischevaya promyshlennost, 1981. - P. 288.
6. Titenkova M.S., Makarova G.V. Estimation of the main parameters of electrophysical methods for preplant treatment of potato tubers. [Otsenka osnovnykh parametrov elektrofizicheskikh sposobov predposadochnoy obrabotki klubney kartofelya]. // Innovatsii v selskom khozyaystve. - Innovations in agriculture. №4 (14), 2015, P. 34-37.
8. Patent №2626156 RF, MPK A 23 N17/00. Radiovolnovye ustanovki dlya termoobrabotki syrya. [Radio wave installations for heat treatment of raw materials]. / A.A. Belov, G.V. Zhdankin, G.V. Novikova, O.V. Mikhaylova, I.G. Ershova; Patent applicant is NSAA (RU). - №2016133572; applied 15.08.2016. Bul. № 21 from 21.07.2017. - P. 10.
9. http://home-gid.com/tehnika/induktsionnye-varochnye-paneli-preimushhestva-i-nedostatki.html.
10. Zhdankin, G.V. Improvement and justification of the parameters of the microwave installation with a toroidal resonator and a cellular rotor for heat treatment of raw materials. [Sovershenstvovanie i obosnovanie parametrov SVCh ustanovki s toroidalnym rezonatorom i s yacheistym rotorom dlya termoobrabotki syrya]. / A.A. Belov, G.V. Zhdankin, G.V. Novikova // Vestnik NGIEI. - The Herald of Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics. 2017, № 3 (70). - P. 57-66.
