ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ  ОБОСНОВАНИЕ  ПАРАМЕТРОВ  КОМПЛЕКСНОГО  ВОЗДЕЙСТВИЯ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ  ПОЛЕМ  НА  ПОТОК  СЕМЯН  В  ПРОЦЕССЕ  ИХ  ВЫСЕВА

Васильев  Сергей  Иванович

канд.  техн.  наук,  доцент,  кафедра  «Электрификация  и  автоматизация  АПК»  ФГБОУ  ВПО  «Самарская  государственная  сельскохозяйственная  академия»,  РФ,  г.о.  Кинель,  п.г.т.  Усть-Кинельский

E -mail:  si_vasilev@mail.ru

THEORETICAL  JUSTIFICATION  OF  INTEGRAL  ACTIONS  PARAMETERS  BY  ELECTRICAL  FIELD  ON  SEEDS  FLOW  IN  THE  PROCESS  OF  THEIR  SOWING

Sergey  Vasiliyev

candidate  of  Technical  Sciences,  Federal  State  Budgetary  Educational  Institution  of  Higher  Professional  Education  “Samara  State  Agricultural  Academy”,  Associate  professor  of  AIC  Electrification  and  Automation  Chair,  Russia,  urban  district  Kinel,  urban-type  settlement  Ust-Kinelsky

АННОТАЦИЯ

Представлено  теоретическое  обоснование  процесса  комплексного  воздействия  электрическим  полем  высокой  напряженности  на  поток  семян  в  процессе  их  высева,  с  целью  их  одинакового  ориентирования  в  потоке,  уплотнения  и  стабилизации  потока,  а  также  электротехнологического  обеззараживания  и  электростимуляции  высеваемых  семян.  В  результате  существенно  повышается  стабильность  и  равномерность  высева  семян,  увеличивается  проращиваемость  семян  и  скорость  дальнейшего  роста  растений,  снижается  уровень  заболеваемости  семян  и  растений.

ABSTRACT

The  theoretical  justification  of  integral  actions  parameters  by  electrical  field  on  seeds  flow  in  the  process  of  their  sowing  is  presented  for  the  purpose  of  the  same  orientation  in  the  flow,  compression  and  flow  stabilization  as  well  as  electrical  and  technical  purification  and  seeds  electric  stimulation.  As  a  result,  the  stability  and  seeds  evenness  increases  significantly;  seeds  growing,  speed  of  further  plant,  level  of  plants  and  seeds  incidence  decrease.

Ключевые  слова:   электрическое  поле;  ориентирование  семян;  ионизация;  стабилизация  потока  семян;  коронный  разряд;  электростимуляция  семян;  электротехнология;  обеззараживание  семян.

Keywords:   electrical  field;  seeds  orientation;  ionization;  flow  seeds  stabilization;  corona  discharge;  seeds  electrical  stimulation;  electrical  technology;  seeds  purification. 

В  процессе  высева  семян  известными  высевающими  аппаратами  всегда  имеет  место  определенная  неравномерность  высева  (пульсация  потока  семян),  в  результате  чего  коэффициент  вариации  высеянных  семян  имеет  высокое  значение  (до  5  %  и  выше).

Для  снижения  неравномерности  высева  и  коэффициента  вариации,  было  предложено  использовать  электрическое  поле  высокой  напряженности  [1].

Воздействуя  на  семена  электрическим  полем  высокой  напряженности  можно  частично  устранить  отмеченные  недостатки,  так  как  электрическое  поле  возбуждает  в  объеме  высеваемого  материала  силы  электрического  взаимодействия  между  семенами  и,  семенами  с  электрическим  полем,  а  также  вызывает  процесс  ионизации  молекул  воздуха  и  влаги  и,  тем  самым,  выполняется  дезинфекция  и  стимулирование  семян  к  одновременному  прорастанию  [2].

При  отсутствии  семян  в  межэлектродном  пространстве,  напряженность  внешнего  электрического  поля  Е_вн  постоянна.  Семенной  слой  в  межэлектродном  пространстве,  влияет  на  распределение  напряженности  электрического  поля.  При  его  заполнении  напряженность  в  воздушных  зазорах  Е_в  резко  снижается,  а  в  семенных  частицах  Е_ч  и  на  их  острых  краях  возрастает  (т.  к.  семена  растений  являются  диэлектриками).  Напряженности  внешнего  поля,  в  воздушных  промежутках  и  внутри  семян  выражаются  следующими  зависимостями  [2]

где:  U  —  напряжение  на  электродах,  В;

h _в,  h_ч  —  высота  воздушного  промежутка  и  семенной  частицы  соответственно,  м;

C _в,  C_ч  —  ёмкости  воздушного  промежутка  и  семенной  частицы  соответственно,  мкФ;

ε _в,  ε_ч  —  диэлектрические  проницаемости  воздуха  и  семенной  частицы  соответственно,  Ф/м;

S _в,  S_ч  —  площади  поперечных  сечений  воздушного  промежутка  и  семенной  частицы  соответственно,  м².

На  семенную  частицу,  при  начальном  угле  ее  наклона  к  плоскости  электрода  γ₀  ≠  0  будет  действовать  вращающий  момент  (рисунок  1),  со  стороны  электрического  поля,  стремящийся  повернуть  частицу  и  установить  ее  продольной  осью  параллельно  силовым  линиям  электрического  поля  (γ₀  →  90˚).

где:  Е_в  —  напряженность  электростатического  поля  в  воздушном  зазоре,  В/м;

V   —  объем  эллипсоидной  семенной  частицы,  м³;

F   —  функция,  отражающая  влияние  формы  и  диэлектрической  проницаемости  частицы  на  вращающий  момент  поля,  Н/В²м²;

γ ₀  —  начальный  угол  наклона  семенной  частицы,  град.

За  счет  действия  сил  трения  и  взаимодействия  частиц  возникает  момент  сопротивления  М_С,  направленный  встречно  моменту  М_Э  и  препятствующий  развороту  семенных  частиц.  Т.  е.  при  М_Э  >  М_С  семя  способно  ориентироваться  в  электростатическом  поле.

Семенной  поток,  состоящий  из  одинаково  сориентированных  частиц,  притягивающихся  друг  к  другу,  уплотняется  и  стабилизируется,  обеспечивая  равномерный  сход  семян  с  выхода  высевающего  аппарата.

Сориентированную  семенную  частицу  при  этом  можно  представить,  как  игольчатый  электрод  с  радиусом  вершин  семян  r  и  расстоянием  от  вершин  «игл»  до  электрода  Н.

Наибольшая  напряженность  поля  наблюдается  на  вершинах  семян  (заостренных  краях,  т.е.  при  r  →  0)  (рисунок  2).  При  определенных  условиях  (высокая  напряженность  поля)  на  вершинах  семян  возникнет  коронный  разряд.  Для  системы  игла-плоскость  критическая  напряженность  Е₀  и  начальное  напряжение  короны  U₀  определяются  выражениями

где:    —  относительная  напряженность  поля  в  воздушном  промежутке,  В²/м;

r   —  радиус  игольчатого  электрода,  м;

Н   —  расстояние  от  иглы  до  плоскости,  м; 

Если  к  электродам  приложено  напряжение  U,  в  интервале  0  <  U  <  U₀  через  межэлектродное  пространство  протекает  ток  утечки,  который  определяется  наличием  свободных  зарядов  в  воздушном  зазоре  на  поверхности  семян.

Рисунок  1.  Схема  ориентации  частицы  под  действием  электрического  поля

Рисунок  2.Схема  образования  коронного  разряда  на  острых  краях  зерна  и  ионизации  межэлектродного  пространства

Из-за  влаги  и  токопроводящей  пыли  на  поверхности  частиц  отрицательные  ионы  скользят  по  поверхности,  попадая  в  семенной  слой.

При  этом  вольтамперная  характеристика  процесса  будет  определяться  выражением

I   =  I_ут  =  U/(R_в  +  R_ч),  А,  (4)

где:  I_ут  —  ток  утечки,  А;

R _в,  R_ч,  —  сопротивления,  соответственно,  воздушного  зазора,  сориентированной  частицы  и  семенного  слоя,  Ом.

При  U  >  U₀  у  вершины  семени  в  воздушном  зазоре  происходит  коронный  разряд,  образуя  положительные  и  отрицательные  ионы  (рисунок  2).  При  этом  положительные  и  отрицательные  ионы  двигаются  к  противоположно  заряженным  электродам  по  проводящей  поверхности  сориентированных  семян  совместно  с  током  утечки  через  семенной  слой.

Общий  ток  I,  протекающий  в  межэлектродном  пространстве  равен

I   =  I_ут  +  I_к,  А.  (5)

где  I_к  —  ток  коронного  разряда,  А.

При  обработке  семян  в  электрическом  поле  главным  стимулирующим  фактором  является  напряженность  электрического  поля  в  семенной  частице  Е_ч.  Она  зависит  от  относительной  диэлектрической  проницаемости  ε_ч  и  высоты  зерновой  частицы  h_ч  и  должна  составлять  2…3  кВ/см.  Также  обработка  семенного  слоя  потоком  ионов,  образовавшихся  при  коронном  разряде,  приводит  к  их  обеззараживанию.

Список  литературы:

1.Крючин  Н.П.  Совершенствование  процесса  дозирования  трудносыпучих  семян  путем  применения  электрического  поля  /  Н.П.  Крючин,  С.И.  Васильев,  А.Н.  Крючин  //Известия  Самарской  ГСХА.  —  2010.  —  №  3.  —  С.  36—40.

2.Крючин  Н.П.  Применение  электрического  поля  для  совершенствования  процесса  дозирования  трудносыпучих  семян  /  Н.П.  Крючин,  С.И.  Васильев,  А.Н.  Крючин  //  Аграрная  наука  сельскому  хозяйству:  сб.  статей  в  3  кн.  Барнаул:  Издательство  АГАУ,  —  2011.  —  Кн.  3.  —  С.  56—59.