Накоплен значительный опыт в сфере способов и технических средств для предпосевной обработки семян [1, 11, 12]. Теоретическими и практическими исследованиями доказано положительное влияние на повышение всхожести обработки семян в магнитном поле [6, 9, 10]. Но в связи с тем, что наилучший эффект достигается при непродолжительном пребывании семенного материала в «несильном магнитном поле», создание экологически безопасных технологий и реализующих их технических средств остается актуальным. На основе накопленного опыта нами была разработана ресурсосберегающая технология комплексной предпосевной обработки семян [2], в одной из разновидностей которой используется магнитное поле постоянных магнитов [3, 4]. Существенным отличием предложенной нами технологии и технических средств является возможность проведения нескольких технологических процессов одновременно [13].
Ресурсосберегающая технология комплексной предпосевной обработки семенного материала с магнитным полем постоянных магнитов математически можно представить в виде функциональной модели. Каждая внутренняя функция, от которой зависит модель, представляет собой определенную технологическую операцию.
Теоретические исследования, касающиеся Ф – функции, определяющей ресурсосберегающую технологию; f1(х) – функции, определяющей процесс фракционирования; f2(х) – функции, определяющей процесс импакции, нами были представлены в [4].
Модель ресурсосберегающей технологии при математическом описании имеет вид [4]:
Ф = F1 (f1(х)) + F2 (f2(х)) + F3 (f3(х)). (1)
Функция, определяющая процесс фракционирования, имеет вид [4]:
f1(х) = f1(А, W, n, ?, N, ?s), (2)
где А – амплитуда колебаний; W – количество обрабатываемых семян; n – частота колебаний; ? – угол отклонения рабочего органа; N – количество решет; ?s – расстояние между решетами.
Функция, определяющая процесс импакции, имеет вид [4]:
f2(х) = f2(W, n, α, N, f, Δs), (3)
где f – коэффициент трения.
Функция, определяющая процесс влияния физических факторов:
f3(х) = f3(х1, х2,…хn), (4)
где х1, х2,…хn – конкретные физические факторы, создаваемые используемыми техническими средствами.
В результате выражения (2) – (4), приобретают вид:
f1(х) = κ11f1(А) + κ12f1(W) + κ13f1(n) +κ14 f1(α) + κ15 f1(N) + κ16 f1(Δs),, (5)
f2(х) = κ21f2(W) + κ22f2(N) + κ23f2(α) + κ24 f2(N) + κ25 f2(f) + κ26 f1(Δs),, (6)
f3(х) = κ31f3(х1) + κ32f3(х2) +… + κ3nf3(xn), (7)
где κ11, κ12, κ13, κ14, κ15, κ16, κ21, κ22, κ23, κ24, κ25,κ26, κ31, κ32, …к3nn – коэффициенты влияния каждой конкретной функции, определяемые экспериментальным путем или математическим моделированием.
С учетом зависимостей (5)–(7) модель (1) будет выглядеть:
Ф = F1 (κ11f1(А) + κ12f1(W) + κ13 f1(n) +κ14f1(α) + + κ15 f1(N) + κ16 f1(Δs)) + F2 (κ21f2(W) + κ22 f2(N) + κ23 f2(α) + κ24f2(N) + κ25f2(f) + κ26f1(Δs)) + F3 (κ31f3(х1) + 32f3(х2) +… + κ3nf3(xn)). (8)
Цель исследований. Излагается совокупное влияние процессов фракционирования и импакции с третьей составляющей: f3(х) – функцией, определяющей влияние магнитного поля постоянных магнитов; х – параметры комплексной предпосевной обработки семенного материала; F3(f31, f32, f33) – функция, определяющая зависимость влияния конкретной технологической операции на результат обработки.
Материалы и методы исследования
Ресурсосберегающая технология с магнитным полем постоянных магнитов [2, 13] включает процессы фракционирования, импакции и обработку семенного материала в магнитном поле постоянных магнитов, происходящие одновременно. Происходит это следующим образом: помещенные в специальное устройство семена в результате возвратно-колебательного движения просеиваются на нескольких решетах, установленных одно под другим, одновременно семена достаточно интенсивно трутся друг об друга, так как каждое ниже установленное решето меньше выше установленного. Просеивание семян проходит в магнитном поле, которое создается тремя постоянными магнитами, установленными в определенном порядке. Два магнита расположены на каркасе вверху, в процессе работы они неподвижны. Один магнит находится внизу рабочего органа и повторяет его колебательные движения. Магнитное поле, создаваемое двумя неподвижными и одним подвижным магнитами, которое будем называть рассеивающим, оказывает требуемое влияние на семена [10]. К тому же движение решет может быть ориентировано по сторонам света. Обработку ведут в течение времени, обеспечивающего максимальную полноту выделения проходовых фракций.
Функция, определяющая влияние магнитного поля постоянных магнитов:
f3(х) = f3(k, G, t, J, S), (9)
где k – количество магнитов; G – пондеромоторное влияние магнитов; t – время обработки; J – ориентация магнитов; S – площадь решет.
С учетом (9) функциональная модель (8) примет вид:
Ф = F1( κ11f1(A) + κ12f1(W) + κ13f1(n)+κ14 f1(α) + κ15 f1(N) + κ16 f1(Δs)) + F2(κ21f2(W) + κ22f2(n) + κ23f2(α) +κ24f2(N)+ κ25f2( f)+ κ26f2(Δs)) ++F3(κ31f3(k)+κ32f3(G) + κ33f3(t) +κ34f3(J) + κ35f3(S)).(10)
На основе математической формулировки функциональной модели (10) с магнитным полем постоянных магнитов выполняем аналогично [4, 5, 7, 8, 14] структурный анализ (табл. 1).
Таблица 1
Структурная модель ресурсосберегающей технологии с магнитным полем постоянных магнитов
Результаты исследования и их обсуждение
На основе структурной модели (табл. 1) прослеживаем возможное совместное влияние заявленных параметров, исключая взаимовлияние однотипных. Переходим к безразмерным обозначениям для составления функциональной модели (табл. 2): А – Р1; W – Р2; n – Р3; ? – Р4; N – Р5; ?s – Р6; f – Р7; t – Р9; k – Р11; G – Р12; J – Р13; S- Р14 [4, 5].
Указанные выше взаимодействия будут иметь место, но вместе с тем важную роль будет играть количество используемых магнитов (k), их расположение относительно друг друга (J) и относительно решет (S). Величина пондеромоторного влияния напрямую окажется зависимой от количества используемых магнитов (k) и их ориентации (J).
На данном этапе исследований коэффициенты влияния каждой конкретной функции могут быть соотнесены к Value технологических операций, которая определяется отношением функциональной значимости к сумме проблемной и затратной значимостей [5].
Таблица 2
Функциональная модель ресурсосберегающей технологии с магнитным полем постоянных магнитов
|
№ функции |
Функция |
Тип функции |
Функциональная значимость |
Параметр |
Уровень выполнения |
Проблемная значимость |
Затратная значимость |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Ресурсосберегающая технология с магнитным полем постоянных магнитов |
|||||||
|
Комплексная предпосевная обработка семян |
Главная |
||||||
|
1. Фракционирование |
Основная |
6 |
36 |
72 |
|||
|
F1.1 |
Движение семян |
транспортная |
1 |
Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 |
адекват-ный |
2 1 3 2 2 2 |
2 1 3 2 2 2 |
|
F1.2 |
Переориентация в пространстве |
обеспечи-вающая |
2 |
Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 |
адекват-ный |
2 1 3 2 2 2 |
4 2 6 4 4 4 |
|
F1.3 |
Просеивание сквозь отверстия решет |
создающая |
3 |
Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 |
адекват-ный |
2 1 3 2 2 2 |
6 3 9 6 6 6 |
|
2. Импакция |
основная |
12 |
55 |
162 |
|||
|
F2.1 |
Движение семян |
транспор-тная |
1 |
Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 |
адекват-ный |
2 1 2 2 3 3 |
2 1 2 2 3 3 |
|
F2.2 |
Трение семян друг об друга |
создающая |
3 |
Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 |
адекват-ный |
2 1 2 2 3 3 |
6 3 6 6 9 9 |
|
F2.3 |
Трение семян о полотно решет |
создающая |
3 |
Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 |
недоста-точный |
2 1 2 2 3 3 |
6 3 6 6 9 9 |
|
F2.4 |
Трение семян о боковые поверхности корпуса |
создающая |
2 |
Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 |
недоста-точный |
2 1 2 2 3 3 |
4 2 4 4 6 6 |
Окончание табл. 2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
F2.5 |
Уменьшение толщины оболочки семян, повышающее всхожесть |
создающая |
3 |
Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 |
адекват-ный |
2 1 2 2 3 3 |
6 3 6 6 9 9 |
|
3. Обработка в магнитном поле постоянных магнитов |
основная |
8 |
36 |
96 |
|||
|
F3.1 |
Движение семян с просеиванием |
транспор-тная |
2 |
Р9 Р11 Р12 Р13 Р14 |
адекват-ный |
2 3 3 2 2 |
4 6 6 4 4 |
|
F3.2 |
Насыщение магнитным полем постоянных магнитов |
обеспечи-вающая |
3 |
Р9 Р11 Р12 Р13 Р14 |
адекват-ный |
2 3 3 2 2 |
6 9 9 6 6 |
|
F3.3 |
Внутриклеточные процессы, повышающие всхожесть |
создающая |
3 |
Р9 Р11 Р12 Р13 Р14 |
адекват-ный |
2 3 3 2 2 |
6 9 9 6 6 |
|
Итого: |
26 |
127 |
330 |
На основе результатов данных табл. 2 получили уточненную функциональную модель:
Ф = F1(0,955f1(A) + 1,92f1(W) + 1,24f1(n)+ 0,955f1(α) + 0,955f1(N) + 0,955f1(Δs))+ F2(1,705f2(W) + 3,42f2(n) + 1,705f2(α)+ 1,705f2(N) + 1,74f2( f) + 1,74f2( Δs)) + F3(0,72f3(k) + 0,72f3(G) + 1,08f3(t) +1,08f3(J) + 1,08f3(S)). (6)
Согласно полученной функциональной модели (6) эффективность предлагаемой ресурсосберегающей технологии в первую очередь будет зависеть от частоты колебаний рабочего органа; во вторую очередь от количества обрабатываемого материала за один прием; в третью очередь от времени обработки, площади решет и ориентации магнитов.
Выводы
1. Представлено содержательное описание функциональной модели ресурсосберегающей технологии с магнитным полем постоянных магнитов.
2. Рассчитанные коэффициенты позволяют определить интенсивность влияния каждого параметра.
3. Возможность варьирования степенью влияния конструктивно-технологических параметров позволит добиваться высокого качества обработки семенного материала, способствующей повышению всхожести.