Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

СОДЕРЖАТЕЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ С МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Вахнина Г.Н. 1
1 Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»
Положительное воздействие магнитного поля, стимулирующее ростовые процессы в семенах, известно и в определенной мере достаточно изучено. Но сложные и громоздкие конструкции технических средств не позволяют применять этот вид предпосевной обработки повсеместно. Наши исследования и разработки решают эту проблему. Более того, позволяют создавать щадящее магнитное поле, что очень важно с учетом различных физико-химических свойств семенного материала. Впервые представлено содержательное описание функциональной модели ресурсосберегающей технологии с магнитным полем постоянных магнитов. Этот вид технологии включает в себя фракционирование семян на решетах определенной формы, импакцию и обработку в магнитном поле одновременно. Данная запатентованная технология реализуется при комплексной предпосевной обработки семян на магнитном классификаторе. Функциональная модель была построена на основе структурной модели, в которой учитывались амплитуда колебаний, количество обрабатываемых семян, частота колебаний, угол наклона рабочего органа, расстояние между решетами, коэффициент трения, количество решет, время обработки, количество магнитов и их ориентация, пондемоторное влияние магнитов, площадь решет. Она позволяет определить приоритетность влияния различных конструктивно-технологических параметров на эффективность обработки в целом. Содержательное описание позволило разработать уточненную функциональную модель, согласно которой 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. Комплексная предпосевная обработка семенного материала – это экологически безопасная и энергосберегающая технология с высоким экономическим эффектом, достичь которого возможно при соблюдении определенных соотношений между размерами конструкции, количеством обрабатываемого материала, размерами, формами и ориентацией постоянных магнитов.
фракционирование
импакция
магнитное поле
постоянные магниты
структурная модель
функциональная модель
1. А.с. 950213 СССР, МКИ3 А01С 1/00. Установка для магнитной обработки семян / Мельников Э.А., Морозов А.С. (СССР) – № 3260972/30–15; заявл. 16.03.81; опубл. 15.08.82, Бюл. № 30. – 5 с.
2. Вахнина Г.Н. Комплексная предпосевная обработка семян в магнитном поле // Актуальные направления научных исследований XXI века: сб. науч. трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции «Механика технологических процессов в лесном комплексе», 25 марта – 27 марта 2014 г. – Воронеж, 2014. – № 2 ч. 2 (7–2). – С. 35–38.
3. Вахнина Г.Н., Вахнин Д.Д. Зоны магнитного поля постоянных магнитов в работе магнитного классификатора // Современное общество, образование и наука: сб. науч. тр. по мат-лам Междунар. науч.-практ. конф. 31 марта 2015 г.: Часть 5. Тамбов, 2015. – С. 25–26.
4. Вахнина Г.Н., Шадрина Е.Л., Гулевский А.С. и др. Содержательное описание функциональной модели ресурсосберегающей технологии с направленным движением частиц // Современные научно-практические решения XXI века: материалы международной научно-практической конференции (Россия, Воронеж, 21–22 декабря). – Ч. I. – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, – 2016. – С. 260–267.
5. Герасимов О.М. Методика выполнения экспресс-проектов по совершенствованию технологических процессов. – СПб.: ЦИТК «Алгоритм». – URL: http://www.gen3.ru/3605/5605/ (дата обращения 19.11.2014 г.).
6. Кармазин В.В. Исследование магнитных полей сил барабанного сепаратора на постоянных магнитах / В.В. Кармазин, Р.В. Ковалев, Г.А. Епутаев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2006. – № 12. – С. 22–26.
7. Кубеев Е.И. Вероятностная оценка качества калибрования дражированных семян овощных культур / Е.И. Кубеев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2010. – № 4. – С. 26–27.
8. Кубеев Е.И. Математическая модель движения семян в дражираторе / Е.И. Кубеев // Международный технико-экономический журнал. – 2011. – № 1. – С. 61–65.
9. Кулешов А.Н. Применение магнитных полей постоянных магнитов для предпосевной обработки семян ячменя / А.Н. Кулешов, А.С. Ерешко, В.Б. Хронюк // Вестник аграрной науки дона. – Вып. № 1, 2011. – С. 95–100.
10. Куликова Л.В. Использование электромагнитных полей для обработки растительных материалов / Л.В. Куликова, А.Н. Бараков // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2009. – № 5. – С. 29.
11. Пат. 2261574 Российская Федерация, МПК А01С 1/00. Способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур / Гукова Н.С., Жидченко Т.В., Ксенз Ю.Н., Паршин С.Н. ; заявитель и патентообладатель Азовско-Черноморская государственная агроинженерная академия (АЧГАА). – № 2004113684/12 ; заявл. 05.05.2004 ; опубл. 10.10.2005, Бюл. № 28. – 3 с.
12. Пат. 2364969 Российская Федерация, МПК Н01F 7/00, H02N 11/00. Способ создания вихревого магнитного поля / Меньших О.Ф.; заявитель и патентообладатель Меньших О.Ф. – № 2008133061/09 ; заявл. 11.08.2008; опубл. 20.08.2009. – 12 с.
13. Пат. 2535402 Российская Федерация, МПК А01С 1/00, В03С 1/00. Способ комплексной предпосевной обработки семян и магнитный классификатор для его осуществления / Вахнина Г.Н.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – № 2013127561/13 ; заявл. 17.06.2013 ; опубл. 10.12.2014, Бюл. № 34. – 6 с.: ил.
14. Фоминых А. В. Алгоритм расчета процесса сепарации на решетных установках / А.В. Фоминых, В.Г. Чумаков // Аграрный вестник Урала. – 2010. – Т. 73. – № 7. – С. 77–79.

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

vtabl1.tiff

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.


Библиографическая ссылка

Вахнина Г.Н. СОДЕРЖАТЕЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ С МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 5-1. – С. 17-22;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11534 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674