Россия
Россия
Россия
Россия
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Целью 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. Установка содержит тороидальный резонатор, внутри тора расположен транспортер, выгрузной ограничитель и движущиеся фторопластовые скребки. В конденсаторном пространстве расположены электрогазоразрядные лампы, подключенные к источникам килогерцовой частоты и вращающийся диск с распределителем. На поверхности тора установлены магнетроны. Под тором установлен индукционный нагреватель. В торе имеются окна для выгрузки отходов клубней картофеля. Разработанная установка содержит разные источники электромагнитных излучений: сверхвысокочастотные генераторы, обеспечивающие эндогенное прогревание клубней картофеля и профилактику от болезней и вредителей; индукционный нагреватель для уничтожения жуков и других вредителей за счет термического ожога; генераторы высокочастотного (110 кГц) переменного импульсного тока с высоким напряжением и электрогазоразрядными лампами, обеспечивающие ускорение биохимических реакций, насыщение клубней кислородом, повышение упругости кожуры клубней и ее проницаемости. Весь этот комплекс источников энергии способствует активизации клеток клубней картофеля, ускорению и повышению всхожести. С помощью одной установки, производительностью до 300 кг/ч можно провести предпосадочную обработку до 20 тонн клубней картофеля размером не более 6 см, при удельных энергетических затратах до 0,2 кВт∙ч/кг.
сверхвысокочастотный генератор, тороидальный резонатор, электрогазоразрядные лампы, индукционный нагреватель, клубни картофеля
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. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1989. - 272 с.
3. Рогов И.А., Горбатов А.В. Физические методы обработки пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1974. - 583 с.
4. Рогов И.А., Некрутман С.В. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1986. - 361 с.
5. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов: справочник / Под ред. И.А. Рогова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.
6. Титенкова М.С., Макарова Г.В. Оценка основных параметров электрофизических способов предпосадочной обработки клубней картофеля // Инновации в сельском хозяйстве. - № 4 (14). - 2015. - С. 34-37.
8. Патент № 2626156 РФ, МПК А 23 N17/00. Радиоволновые установки для термообработки сырья / А.А. Белов, Г.В. Жданкин, Г.В. Новикова, О.В. Михайлова, И.Г. Ершова; заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). - № 2016133572; заявл. 15.08.2016. Бюл. № 21 от 2107.2017. - 10 с.
9. http://home-gid.com/tehnika/induktsionnye-varochnye-paneli-preimushhestva-i-nedostatki.html.
10. Жданкин Г.В. Совершенствование и обоснование параметров СВЧ установки с тороидальным резонатором и с ячеистым ротором для термообработки сырья / А.А. Белов, Г.В. Жданкин, Г.В. Новикова // Вестник НГИЭИ. - 2017. - № 3 (70). - С. 57-66.
