УСТАНОВКА ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ
DEVICE FOR GRAINS TREATMENT BY ELECTRIC FIELD

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и пищевой промышленности, в частности, к установке обработки семян электрическим полем и может быть использовано в технологии стимулирующей и обеззараживающей обработки семян.
Уровень техники
Качество процесса обработки семян электрическим полем определяется соблюдением стабильности дозы энергетического воздействия, за счет поддержания заданного режима технологического процесса с помощью параметров:
- длительности импульса обработки;
- величины амплитуды импульса обработки;
- частоты следования воздействующих импульсов;
- равномерности толщины слоя обрабатываемого материала;
- общего времени обработки;
- скорости перемещения материала в активаторе.
7
Известна машина для предпосевной обработки семян в электрическом поле, содержащая загрузочный бункер, потенциальный и заземленный плоский электроды, между которыми расположена верхняя ветвь прорезиненной ленты транспортера со сплошными диэлектрическими бортами высотой 6,5 см и слоем семян высотой 5 см на ленте (см. пат. RU 2181234, МПК: A01C 1/00, «Машина для предпосевной обработки семян в электрическом поле» / Шмигель В.В., Ниязов A.M.// Бюл. №19, 2002).
недостатками данного устройства являются:
отсутствие регулировки толщины слоя семян;
не обеспечивается точная продолжительность обработки семян;
из-за перемещения ленты невозможность обеспечения стабильной толщины слоя семян, и следовательно стабильной напряженности поля;
большой зазор между слоем семян и электродом, созданный толщиной ленты и воздушным промежутком (1,5 см), требует избыточно большого напряжения источника питания, следовательно, требуется более сложный и дорогой источник питания;
внешнее расположение высоковольтного электрода ухудшает безопасность работ;
обработка электрическим током, протекающим через слой семян невозможна;
значительное потребление энергии на транспортирование массы семян.
7
Известно устройство для обработки семян Устройство включает индуктор, выполненный из двух изолированных электродных пластин, подключенный к высоковольтному трансформатору. Первичная обмотка трансформатора подключена к выходу статического преобразователя частоты. Электродные пластины установлены с возможностью изменения расстояния между ними в верхней части посредством штока из диэлектрического материала (см. пат. RU 2197802, МПК: А01C 1/00, «Устройство для обработки семян» / Бардак Н.И., Потапенко И.А., Сергиенко Г.В., Чуб Г.С.//Бюл. №19, 2003).
Недостатками данного устройства являются:
не обеспечивается точность режима обработки, так как применен статический преобразователь частоты и отсутствует регулировка по амплитуде;
не обеспечивается однородность обработки семян, поскольку расстояние между электродами не одинаково и нет стабильности напряженности электрического поля по всему объему камеры обработки;
отсутствует контроль процессов обработки в рабочей камере;
внешнее расположение электродов ухудшает безопасность работ;
нижнее расположение заслонки создает зоны замедления движения и застоя семян, изменение толщины слоя, что приводит к передозировке воздействия электрического поля.
8
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство предпосевной стимулирующей и обеззараживающей обработки семян, с воздействием на семена импульсным электрическим полем высокого напряжения, при определенной фиксированной частоте следования импульсов и в течение определенного времени, значение которых выбирают в зависимости от обрабатываемой культуры и целей обработки, и способ, который можно осуществить запатентованным устройством. Данные устройство и способ выбраны в качестве прототипа. Режимы обработки устанавливаются индивидуально для каждой культуры и цели обработки с помощью регулятора напряженности и установкой значения частоты: 60, 120, 180 Гц, для управления работой генератора импульсов. Продолжительность времени обработки семян задается таймером в диапазоне 1-60 с. Высокое импульсное напряжение, прикладываемое к электродам электродной системы рабочей камеры, формируется при работе электронного коммутатора, собранного по полумостовой схеме. К диагонали питания моста прикладывается регулируемое постоянное, а к другой диагонали подключена первичная обмотка повышающего трансформатора (используется катушка от системы автомобильного зажигания). Один из выводов высоковольтной обмотки трансформатора заземлен, а другой подключен к потенциальному электроду системы. Внутри рабочей камеры создается воздействующее на семена, размещенные в пространстве между электродами, регулируемое (вручную) по амплитуде и частоте низкочастотное импульсное электрическое поле высокой напряженности. Режим обработки семян для каждой сельскохозяйственной культуры, сорта, а также в зависимости от цели обработки подбирается индивидуально (см. пат. РФ №2412574, МПК: A01C 1/00, «Способ и устройство предпосевной стимулирующей и обеззараживающей обработки семян» / В.Г. Спиров // Бюл. №19, 2011).
Недостатками прототипа являются:
отсутствует возможность задания длительности импульса;
отсутствует контроль процессов обработки непосредственно в рабочей камере, неизвестно какую дозу обработки получает обрабатываемый материал;
загрузка и выгрузка рабочей камеры осуществляется вручную. При засыпке вручную однородности толщины слоя семян не достигается, следовательно, напряженность поля в разных частях камеры неоднородна;
рабочая камера с металлическими плоскопараллельными электродами, между которыми помещают семена, в физическом смысле представляет собой конденсатор. При подаче импульса высокого напряжения происходит заряд конденсатора, а по окончании импульса разряд через обмотку трансформатора поступает в первичную сеть, а не на массу семян. Семена практически не обрабатываются, энергия расходуется впустую;
электрическое поле в рабочей камере с металлическими плоскопараллельными электродами и стенками, выполненными из диэлектрического материала, искажено и не дает однородной обработки по всему объему;
отсутствует поточность обработки. Массу обрабатываемого материала в небольшую рабочую камеру приходится загружать и выгружать вручную;
3
3
Лабораторная установка с размерами рабочей камеры 200×150×100 мм (объем разовой загрузки 0,003 м) не пригодна для применения в промышленных условиях.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка установки обработки семян электрическим полем, обеспечивающая повышение качества и эффективности обработки за счет:
- контроля параметров процесса обработки непосредственно в рабочей камере;
- управления процессом обработки посредством регулировки амплитуды, длительности, частоты следования импульсов обработки и скорости перемещения потока семян;
- обеспечения точных параметров режима обработки, за счет создания в рабочей камере слоя семян одной толщины и однородности обработки материала по всему объему рабочей камеры;
- обеспечения разряда электродов рабочей камеры на массу семян во время паузы между импульсами;
- обеспечения минимальных затрат энергии на перемещение семян.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого устройства, сводится к повышению качества стимулирующей и обеззараживающей обработки семян за счет обеспечения поддержания заданного режима технологического процесса с помощью длительности, амплитуды и частоты следования воздействующих импульсов, скорости перемещения семян сквозь обрабатывающее их поле, при контроле параметров процесса обработки непосредственно в рабочей камере и однородности обработки материала по всему объему рабочей камеры. Дополнительный технический результат, который может быть получен при применении заявляемого устройства, выражается в повышении эффективности обработки за счет: обеспечения разряда электродов рабочей камеры на массу семян, во время паузы между импульсами, обеспечения минимальных затрат энергии на перемещение семян.
Технический результат достигается с помощью установки обработки семян электрическим полем, содержащей рабочую камеру, электродами которой являются расположенные параллельно металлические пластины, подключаемые к разнополярным выводам импульсного источника высокого напряжения для формирования электрического поля, при этом рабочая камера установки выполнена с регулируемым углом наклона и регулируемым заполнением межэлектродного пространства с помощью заслонки и механизма регулирования межэлектродного расстояния, при помощи датчиков тока и напряжения контролируются ток потребления и напряжение на электродах рабочей камеры, а перемещение семян сквозь рабочую камеру при помощи датчика скорости перемещения, датчики связаны с блоком управления который посредством изменения длительности, частоты включения транзисторного коммутатора, а также скорости вращения барабанного транспортера обеспечивает точный режим обработки, в установке применен барабанный транспортер с электроприводом, который верхней частью поверхности примыкает к нижнему электроду с минимальным зазором, электропривод барабанного транспортера подключен к блоку управления с обратной связью по частоте вращения, применение транзисторного коммутатора гарантирует разряд электродов рабочей камеры во время паузы между импульсами на обрабатываемую массу семян, установка имеет разрядный ключ для ускоренного разряда электродов рабочей камеры.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 дана установка обработки семян электрическим полем структурная схема.
На фиг.2 - то же, устройство рабочей камеры - вид сбоку.
На фиг.3 - то же, устройство рабочей камеры - вид спереди.
На фиг.4 - то же, схема разрядного ключа.
На фиг.5 - то же, схема процесса обработки.
Осуществление изобретения
Установка обработки семян электрическим полем (фиг.1) содержит: источник питания 1, подключенный к источнику высокого напряжения 2, который связан с блоком управления 3, к источнику высокого напряжения 2 подключен транзисторный коммутатор 4, связанный с датчиком тока 5, последний соединен с рабочей камерой 6, к которой подключены: датчик напряжения 7, блок разряда 8, регулятор наклона рабочей камеры 9, датчик скорости перемещения 10; механизм 11 регулирования межэлектродного расстояния. С датчиком скорости перемещения 10 соединен барабанный транспортер 12 перемещения семян. Кроме того, к блоку управления 3 подключены транзисторный коммутатор 4, датчик тока 5, датчик напряжения 7, блок разряда 8, датчик скорости перемещения семян 10, электропривод барабанного транспортера 12 перемещения семян.
Рабочая камера 6 содержит нечетное количество потенциальных и заземленных электродов 13 и 14 соответственно, выполненных в виде металлических пластин. Электроды 13 и 14 чередуются между собой, расположены на одинаковом расстоянии и строго параллельно друг другу. Рабочая камера 6 снабжена заслонкой 15 для регулирования заполнения межэлектродного пространства, в зависимости от объемов обработки. Боковые стенки рабочей камеры 6 выполнены из диэлектрического материала. За счет соотношения длины электродов 13 и 14 к межэлектродному пространству краевыми эффектами искажения поля можно пренебречь.
Механизм 11 регулирования межэлектродного расстояния рычажного типа обеспечивает уменьшение или увеличение расстояния между электродами 13 и 14. Это необходимо для полного исключения воздушного зазора между электродами 13 и 14 и обрабатываемым материалом. При наличии такого зазора не обеспечиваются режим и однородность обработки, серьезно увеличивается нагрузка на источник питания 1.
Между нижним краем рабочей камеры 6 и барабанным транспортером 12 перемещения семян - небольшое щелевое отверстие, исключающее трение. Самопроизвольное ссыпание семян с поверхности неподвижного барабанного транспортера 12 исключается за счет образования конуса семян с углом естественного откоса. Для увеличения коэффициента трения поверхность барабанного транспортера 12 выполняется шероховатой. На барабанный транспортер 12 действует минимальная масса конуса семян. При работе на вращающемся барабанном транспортере 12 находится также только масса конуса. Электропривод барабанного транспортера 12 перемещает только эту часть массы семян, следовательно, его мощность минимальна. Остальная масса семян перемещается под действием силы гравитации. Поэтому затраты на перемещение обрабатываемой массы семян в установке минимальны.
Блок разряда 8 состоит из транзистора 16 и сопротивления 17.
Установка обработки семян электрическим полем подготавливается к работе следующим образом.
Для заданного режима обработки определенных семян устанавливают под требуемым углом наклона рабочую камеру 6 при помощи регулятора наклона рабочей камеры 9. Требуемое межэлектродное пространство открывается с помощью механизма 11 регулирования межэлектродного расстояния. В зависимости от ожидаемых объемов обработки, заслонкой 15 часть межэлектродного пространства может быть закрыта.
В блоке управления 3 устанавливают параметры режима: частота вращения барабанного транспортера 12, параметры величины напряжения импульсов, частоты импульсов, длительности импульсов, скорость перемещения семян.
Установка обработки семян электрическим полем работает следующим образом.
Семена засыпают в рабочую камеру 6 и они начинают заполнять межэлектродное пространство рабочей камеры 6. Семена, ссыпаясь по наклонной плоскости электродов 13 и 14 на неподвижный барабанный транспортер 12, образуют на поверхности транспортера 12 стопорную горку семян. Горка семян с углом наклона естественного откоса семян, препятствует дальнейшему сползанию наклонного слоя семян из межэлектродного пространства рабочей камеры 6. Межэлектродное пространство рабочей камеры 6 полностью заполняется семенами. Для увеличения стабильности удержания горки семян поверхность барабанного транспортера 12 выполняется шероховатой. Таким образом, в рабочей камере 6 формируется слой семян одной толщины.
При включении, напряжение источника питания 1 подается на источник высокого напряжения 2, где оно преобразуется в напряжение с амплитудой воздействия. Значение величины напряжения для источника высокого напряжения 2 задается блоком управления 3. Источник высокого напряжения 2 - это источник с импульсным преобразованием напряжения. Выход источника высокого напряжения 2 нагружен на транзисторный коммутатор 4. Блок управления 3 дает команду на включение транзисторному коммутатору 4 на время длительности импульса.
Сформированный таким образом импульс обработки через датчик тока 5 поступает на потенциальные электроды 13 рабочей камеры 6. Между потенциальными и заземленными электродами 13 и 14, соответственно, рабочей камеры 6 создается плоское параллельное электрическое поле одинаковой напряженности, так как расстояние между электродами 13 и 14 одинаковое. В этот момент времени подают напряжение на электропривод барабанного транспортера 12. При вращении барабанного транспортера 12 семена, расположенные на нем вместе с поверхностью барабанного транспортера 12 перемещаются. Слой семян одной толщины за счет сил гравитации равномерно перемещается вниз по наклонным пластинам - электродов 13 и 14 в межэлектродном пространстве рабочей камеры 6.
По окончании импульса, блок управления 3 дает команду на выключение транзисторного коммутатора 4. Поскольку транзисторный коммутатор 4 отключен, во время паузы разряд электродов 13 и 14 рабочей камеры 6 происходит на сопротивление внутреннего объема семян и заряд внутренней емкости семян, следующих через рабочую камеру 6. Другие пути разряда оказываются заблокированными. Информацию о достаточном разряде электродов 13 и 14 рабочей камеры 6 блок управления 3 получает от датчика напряжения 7. Затем блок управления 3 дает команду транзисторному коммутатору 4 на замыкание. Формируется новый импульс и цикл повторяется.
Информацию о процессах, протекающих во время обработки в рабочей камере 6, блок управления 3 получает от датчиков 5, 7 и 10. О потребляемом электродной системой токе - от датчика тока 5, о значении приложенного к электродам 13 и 14 рабочей камеры 6 напряжения - от датчика напряжения 7, о скорости перемещения семян в рабочей камере 6 - от датчика скорости перемещения 10. Полученные данные, позволяют блоку управления 3 рассчитать необходимую и одинаковую дозу воздействия на семена вне зависимости от однородности слоя.
Для этого блок управления 3 корректирует такие параметры воздействия, как: скорость перемещения семян через рабочую камеру 6, величина импульса напряжения, его длительность и частота следования импульсов. Значение величины импульса напряжения передается блоком управления 3 в источник высокого напряжения 2. Параметры импульсов по длительности и частоте блок управления 3 обеспечивает при помощи транзисторного коммутатора 4. Скорость перемещения семян через рабочую камеру 6 блок управления 3 регулируют, воздействуя на электропривод барабанного транспортера 12. Таким образом, установка содержит контуры обратной связи по току, потребляемому рабочей камерой 6, по напряжению - обратной связи по току, потребляемому рабочей камерой 6, по напряжению, приложенному к электродам 13 и 14 рабочей камеры 6, и по скорости перемещения семян через рабочую камеру 6.
Кроме того, скорость перемещения семян через рабочую камеру 6 можно регулировать, изменяя угол наклона рабочей камеры 6 с помощью регулятора наклона рабочей камеры 9.
При необходимости обеспечить ускоренный разряд электродов 13 и 14 рабочей камеры 6 и слоя семян, блок управления 3 подключает блок разряда 8. При замыкании транзистора 16 разряд электродов 13 и 14 происходит на сопротивление 17. Такой режим возможен при обработке большой массы семян в сжатые сроки.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- контроль параметров процесса обработки непосредственно в рабочей камере;
- управление процессом обработки посредством регулировки амплитуды, длительности, частоты следования импульсов обработки и скорости перемещения потока семян;
- обеспечение точных параметров режима обработки за счет создания в рабочей камере слоя семян одной толщины и однородности обработки материала по всему объему рабочей камеры;
- обеспечение разряда электродов рабочей камеры на массу семян во время паузы между импульсами;
- обеспечение минимальных затрат энергии на перемещение семян.