ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА
Хандола Юрій Миколайович
УДК 632.935.4
ОБҐРУНТУВАННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНОГО
МЕТОДУ ЗНИЩЕННЯ ЛІТАЮЧИХ
ШКІДНИКІВ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА
05.09.16 – Застосування електротехнологій
в сільськогосподарському виробництві
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 2002
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства міністерства аграрної політики України
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Гаврилов Павло Васильович, Харківський державний технічний університет сільського господарства, доцент кафедри „Електротехнології сільськогосподарського виробництва”.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Черенков Олександр Данилович, Харківський державний технічний університет сільського господарства, професор кафедри „Загальна електротехніка”;
кандидат технічних наук, доцент Лоєнко Василь Васильович, Полтавська державна аграрна академія, доцент кафедри „Ремонту машин і технології конструкційних матеріалів”;
Провідна установа: Таврійська державна агротехнічна академія
Міністерства аграрної політики України, м. Мелітополь
Захист відбудеться 25.04.2002 р. о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою: 61002, Харків, вул. Артема, 44.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці університету.
Автореферат розісланий 22.03.2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Скобло Т.С.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Однією з актуальних проблем, що стоїть перед аграрним комплексом України на сучасному етапі, є підвищення продуктивності тваринництва. Серед багатьох факторів, що впливають на вирішення даного питання, не останнє місце займає поліпшення паразитологічної обстановки, з'ясування біологічних взаємин між паразитичними комахами й тваринами.
Результати експериментальних досліджень останніх років показують, що в даний час для знищення літаючих комах застосовують хімічні та біологічні методи, які мають особливі істотні недоліки: забруднення навколишнього середовища, низька ефективність, небезпека для людини й тварин, трудомісткість, великі витрати.
Одним із перспективних напрямків для вирішення цієї задачі є створення електропасток, заснованих на низькоенергетичній взаємодії електричного поля з біологічним об'єктом. У той же час, проведений аналіз робіт вітчизняних і закордонних дослідників показує, що в даний час недостатньо розглянуті питання пов'язані з впливом низькоенергетичних полів на комах.
В роботі вирішується важлива задача по керуванню динамікою популяції шкідливих комах у сільськогосподарському тваринництві, тому її можно виднести до числа актуальних.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема роботи виконувалась в межах загальноукраїнських наукових програм та постанов: "Розвиток досліджень і використання НВЧ-енергії в АПК країни на 1991 - 1995р"; науково-технічною програмою Міністерства агропромислового комітету України від 30.02.1998 р. № 339 "Науково-дослідні й дослідницько-конструкторські розробки"; постановою Кабінету Міністрів України від 22.06.1994 р. № 429 "Про реалізацію пріоритетних напрямків науки й техніки".
За планами НДР і ДКР ХДТУСГ були виконані наступні науково-дослідні роботи, що мають безпосереднє відношення до теми дисертаційної роботи: "Дослідження впливу імпульсного ЕМП різної інтенсивності на мікроорганізми, комах і рослини", шифр "Экос", № Э9/62, завдання засноване на рішенні Державного Комітету Ради Міністрів СРСР від 01.12.90 р., договір № 421/1391 від 29.05.1991 р. із в/ч № 7796; "Розробка й дослідження конструкцій пристрою для знищення комах у тваринницьких приміщеннях", тема № 47-91 від 01.11.1991 р., МП "Торнадо"; "Розробка й виготовлення пристроїв для знищення літаючих комах у тваринницьких приміщеннях", тема № 3-93 від 01.01.1993 р., Хорольский агропромисловий комплекс Полтавської області.
Мета і задачі досліджень. Метою є обґрунтування, розробка й експериментальні дослідження використання електрофізичних пристроїв для знищення літаючих комах у тваринницьких приміщеннях.
Об'єкт дослідження. Вплив електромагнітного поля (ЕМП) на літаючих комах-паразитів та їх інгибірування.
Предмет дослідження. Обґрунтування та реалізація електрофізичного методу знищення літаючих шкідників сільського господарства.
Методи дослідження. Базуються на принципах електродинаміки, теоретичних основах електротехніки, біофізики з використання методів теоретичної та математичної фізики.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:
- розробити електрофізичні установки для ефективної боротьби зі шкідливими комахами у тваринництві на основі використання електромагнітних полів.
- розробити математичну модель взаємодії зовнішніх ЕМП із літаючими комахами-паразитами.
- теоретично обґрунтувати вплив світлових атрактантів на літаючих комах-паразитів.
- провести дослідження й іспити моделей електрофізичних установок у тваринницьких приміщеннях.
Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що в даній роботі:
- визначені параметри ЕМП, що роблять гнітючу дію на літаючих комах у тваринницьких приміщеннях;
- на підставі теоретичних досліджень визначені параметри та технічні характеристики світлових атрактантів для залучення комах до електрофізичних пристроїв та їх знищення;
- отримані нові експериментальні результати по застосуванню ЕМП в електрофізичних пастках для знищення комах-паразитів.
- отримана математична модель взаємодії ЕМП із комахами-паразитами;
Практична значимість отриманих результатів полягає в тому, що на підставі теоретичних та експериментальних досліджень розроблені пристрої для знищення літаючих комах-паразитів у тваринницьких приміщеннях. Показано, що застосування електрофізичних пристроїв, в основі яких лежить принцип взаємодії ЕМП із літаючими комахами, дозволяє підвищити ефективність знищення комах на 40 - 50 % більше у порівнянні з існуючими пристроями та підвищити продуктивність, зокрема, у галузі свинарства на 8 - 10 %.
Результати досліджень впроваджені в ДГ "Комунар" та ЗАТ "Лани України" Харківської області. В ДГ "Комунар" прибуток від упровадження електрофізичних установок склав 6578,0 грн. на рік, а в ЗАТ "Лани України" – 6360,0 грн. на рік.
На прикладі свиноматочника ДГ „Комунар” розрахунки показують, що застосування електрофізичних пристроїв для знищення комах дозволить одержувати прибуток у розмірі 6189,5 грн. за рік.
Особистий внесок здобувача. У наукових працях, написаних у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в наступному:
- у роботі [1] автором запропонована нова форма електродів і їх розташування в корпусі пристрою;
- у роботі [2] автором запропоноване схемне розв'язання запропонованого винаходу;
- у роботі [3] автором були запропоновані технічні параметри розглянутого пристрою, а також проведені його дослідження;
- у роботі [4] автором обґрунтована нова електрична схема для пристрою по знищенню літаючих комах.
Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати дисертаційної роботи заслуховувалися й обговорювалися на:
- науковій конференції "Проблеми інтенсифікації виробництва молока", Жодино, Білоруський НДІ тваринництва, 1991 р.;
- науковій конференції професорсько-викладацького складу й аспірантів у Санкт-Петербурзькому державному аграрному університеті, Санкт-Петербург. 1992 р.;
- XX конференції молодих учених "Актуальні питання забезпечення АПК", Херсон, Асканія-Нова, 1993 р.
- науково-технічній конференції "Нові технології і технічні засоби для механізації й електрифікації тваринництва", Запоріжжя, Інститут механізації тваринництва, 1995 р.;
- міжнародній науково-технічній конференції "Землеробська механіка на рубежі сторіч", Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2001р.
Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 4 статтях у наукових журналах і науково-технічних збірниках, а також в авторському свідоцтві на винахід.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертації; формулюється наукова задача; розкривається сутність і стан цієї задачі; показаний зв'язок роботи з програмами, планами й темами НДР та ДКР; формулюються мета і наукові задачі дослідження, вирішення яких забезпечує досягнення поставленої мети; висвітлюється обґрунтованість, вірогідність, наукова новизна і практична значимість отриманих результатів; відмічається особистий внесок здобувача в проведених дослідженнях; дана інформація щодо апробації результатів досліджень і публікацій за темою дисертації.
Перший розділ присвячено аналізу існуючих методів та пристроїв для знищення шкідливих комах у тваринницьких приміщеннях. Як відомо, рентабельність сільськогосподарського виробництва у тваринництві у значній мірі залежить від чисельності комах-паразитів, до яких слід віднести кімнатних мух, мух-жигалок, оводів, комарів та ін. Встановлено, якщо чисельність комах-паразитів на крупній рогатій худобі більше 10, то відзначається зниження її продуктивності. Чисельність ектопаразитів 200 - 300 екземплярів на тварину знижує її продуктивність на 20 - 40 %. Значна роль мух у переносі збудників інвазійних хвороб тварин і людей.
Отже, комахи ектопаразити спричиняють значний економічний збиток тваринництву, знижуючи виробництво молока, м'яса та вовни. Більшість із представників цієї групи членистоногих під час масового нападу на тварин викликають захворювання.
Захист сільськогосподарських та тварин особистих господарств від комах-паразитів сприяє оздоровленню поголів'я, зберігає продукцію тваринництва, а також збільшує рентабельність цієї важливої галузі для економіки України.
Існує декілька методів боротьби з комахами-паразитами. Заходи боротьби з мухами у тваринницьких приміщеннях підрозділяються на профілактичні, метою яких є наведення чистоти та постійне підтримування загальних ветеринарно-санітарних правил, та винищувальні, які спрямовані на знищення преімагінальних форм та імаго за допомогою хімічних, біологічних, механічних та фізичних засобів.
Застосування хімічного методу дає як позитивні, так і негативні наслідки. Основним недоліком цього методу є його низька вибірковість, знищення інсектицидами як шкідливих комах, так і корисних птахів та інших тварин, що споживають шкідників, а також отруєння навколишнього середовища. Хімічні препарати здатні накопичуватись в організмі теплокровних тварин. Це може призвести до переносу отрути по живильних ланцюгах.
Вплив хімічних речовин здійснюється як на популяційно-видовому, так і на молекулярно-генетичному рівні, що спричиняє виникненню різних мутацій живих організмів. Перераховані недоліки обмежують застосування хімічного методу для захисту тварин від ектопаразитів та являються причиною розвитку інших методів, коли отрута не застосовується.
Альтернативою хімічному методу боротьби з комахами-паразитами є біологічний метод. Один із його прийомів базується на використанні ентомофагів. Біологічна боротьба або природна регуляція чисельності комах-шкідників за допомогою ентомофагів (паразитів та хижаків) та хвороб діє постійно на відміну від хімічного впливу, який знижує чисельність лише короткостроково.
Актуальність вивчення впливу хижаків комах-паразитів не підлягає сумніву, тому все це сприяє великій кількості дослідницьких робіт у цьому напрямку. У теперішній час найбільш вивченою групою паразитів зоофільних мух є представники підряду Parasitica із ряду перетинчастокрилих (Hymenoptera). Але говорити про практичне розв'язання питань у цьому напрямку поки що рано, оскільки ще не отримана стійка дія від застосування ентомофагів у боротьбі з комахами-паразитами.
Одним із перспективних засобів біологічної боротьби, під час використання якого раціональне застосування інсектицидів сприяє збереженню ентомофагів та інших корисних співчленів агробіоценозу, є залучення та знищення шкідливих комах за допомогою статевих феромонів. Але, на жаль, статеві феромони мух не діють на великих відстанях, тому вони не знайшли широкого самостійного застосування і використовуються лише в інтегрованих засобах боротьби з шкідливими комахами.
Сучасна інтегрована боротьба на перше місце висуває захист і стимулювання ентомофагів, хижаків та включення в цю систему інших засобів (інсектициди вибіркової дії, електротехнологічні прийоми та ін.).
Результати наукових досліджень останніх років показують стійкий інтерес до електрооптичних перетворювачів, до яких комахи залучаються різноманітними засобами. Найбільш розповсюдженими атрактантами у таких перетворювачах є електричні джерела світла. Вони мають значну ефективність у порівнянні з іншими засобами залучення комах. Електрооптичні перетворювачі встановлюють на певній висоті в залежності від типу комах та оточуючого середовища.
У приймальних камерах таких перетворювачів застосовують різні маслянисті рідини, липкі речовини, механічні вражаючі пристрої. Значне розповсюдження знайшли перетворювачі з електровражаючими пристроями. Вони базуються на методах знищення комах струмом високої напруги, який подається на сітку, що огороджує оптичний випромінювач. Недоліком пасток такого типу є їх низька надійність, оскільки комахи, що гинуть, забивають отвір спіралі та знижують ефективність вражаючого пристрою, створюючи великі струми втрат. Крім того, шкідники з невеликими розмірами такими пристроями не знищуються.
Невелика вивченість процесів залучення та знищення комах, а також значні потенціальні можливості електрофізичних методів обумовлюють необхідність продовження робіт по дослідженню та опрацюванню пристроїв, що базуються на вказаних методах боротьби з шкідниками сільськогосподарського виробництва. Враховуючи вищевикладене, метою даної роботи є проведення теоретичного обґрунтування, розробка та експериментальне дослідження електрофізичних пристроїв, що використовують зовнішні електромагнітні поля (ЕМП) для знищення шкідливих комах, які літають у тваринницьких приміщеннях.
У другому розділі викладено теоретичне обґрунтування негативної дії електромагнітних полів на організм комах. Для цього були проведені розрахунки розподілу ЕМП всередині мухи для визначення його напруженості, частоти та інших параметрів, які дають можливість одержувати необхідний ефект. Враховуючи специфіку даної задачі, що пов'язана з конкретними технічними розробками спеціальних сільськогосподарських електрофізичних установок, були використані як прості підходи, так і прості напрямки їх розв'язання.
Дослідження передбачало створення електрофізичного пристрою, який для знищення мух використовує електромагнітне випромінювання з частотами до кілогерц, тобто з довжинами хвиль, що значно перевищують лінійні розміри комахи, то в цьому випадку пошуком стає задача квазістатики, і внутрішні поля визначаються напруженістю електричної та магнітної складової поля на поверхні об'екту (муха). Крім того, в цьому випадку даний підхід дозволяє врахувати багатошарову будову організму комахи. Розглянута дифракція електромагнітних хвиль на малих двошарових тілах за допомогою інтегральних рівнянь, які еквівалентні рівнянням Максвелла разом з граничними умовами на межі як шарів, так і самого тіла з оточуючим середовищем [3].
Якщо об'єкт, що опромінюється, характеризується діелектричною та магнітною проникністю і відповідно, то в його внутрішніх точках розглядається як функція координат і змінюється стрибкоподібно під час переходу від зовнішнього шару () до внутрішнього (). При цьому електрична та магнітна складова внутрішнього поля визначається інтегральними рівняннями:
1
де и – електричне та магнітне поле відповідно, які були б в довільній точці за відсутністю біологічного розсіювача;
– хвильове число;
– довжина падаючої хвилі;
– діелектрична проникність навколишнього середовища;
– функція Гріна;
– координати точок усередині розсіювача.
– об'єм, який займає розсіювач.
Розв'язання рівнянь (1) значно спрощується, якщо мати на увазі, що в розглянутому випадку лінійні розміри комахи значно менші, ніж довжина падаючої хвилі . В цьому випадку як амплітуди полів, так і функцію Гріна можливо розкласти за степенями малого параметру .
При розв'язанні рівнянь (1) муха розглядалась як трьохосний еліпсоїд з піввісями , , . Обмежуючись нульовим наближенням, були одержані системи алгебраїчних рівнянь, що описують електричну та магнітну компоненти електромагнітного поля всередині кожного шару мухи:
2
3
де , , , – нульові наближення для електричної та магнітної складової поля усередині першого зовнішнього та другого внутрішнього шару мухи;
, – нульові наближення для амплітуд падаючого зовнішнього поля;
, , , – матриці та визначники, які пов'язані з лінійними розмірами та електрофізичними характеристиками кожного шару мухи;
, – диференціальні оператори;
– потенціал Ньютона,
– кругова частота зовнішнього ЕМП.
Вирази (2), (3) дозволяють оцінити не тільки величину напруженості електричної та магнітної складових як всередині мухи, так і в її хітиновому покритті в залежності від частоти зовнішнього ЕМП, його амплітуди та часу знаходження комахи всередині електрофізичної пастки, але і визначити стрибок цієї напруженості на поверхні мухи. Оскільки на цілісність покриття мухи та на руйнування мембран її внутрішніх органів основний вплив справляє саме електрична складова, усі чисельні розрахунки проведені на основі рівнянь (2).
Була досліджена залежність стрибка напруженості електричного поля між внутрішньою частиною мухи та її хітиновим покриттям від частоти електромагнітного поля, що діє на неї в електрофізичній пастці. Дані щодо електрофізичних характеристик тканин мухи брались із довідників. Напруга між електродами пастки дорівнювала 100 В.
Результати проведених розрахунків наведені на рис. 1. Як витікає з графіка, збільшення частоти вражаючого ЕМП приблизно до 900 Гц слабо впливає не величину . Однак на ділянці 1000...1200 Гц відбувається резонансне збільшення до значень 500 . Максимум стрибка напруженості електричної складової на поверхні мухи доводиться на частоту, що приблизно дорівнює 1100 Гц.
Одержаний результат не дає відомостей щодо оптимальної величини резонансного збільшення , оскільки з нього не витікає інформація, пов'язана з можливими ушкодженнями у тканинах мухи, а також з часом експозиції та амплітудою напруги, яка повинна бути між електродами пастки. Для відповіді на ці питання було використано відомий науковий результат, що пов'язує між собою потенціал мембрани клітини з її фізико-хімічними параметрами, напруженістю падаючого на неї ЕМП та його частотою.
У природному стані на мембрані існує потенціал, що має значення 80...100 мВ і пов'язаний з транспортом крізь неї іонів. Збільшення цього потенціалу до 150...160 мВ спричиняє пробій мембрани та її руйнування. Проведені розрахунки потенціалу на мембрані від частоти падаючого ЕМП (рис.2) показали його перевищення до максимума значення – 0,16 В, що достатньо для досягнення поставленої мети.
аналіз показав, що при створенні електрофізичних пасток для мух у тваринницьких приміщеннях оптимальними є наступні параметри вражаючого ЕМП: напруга – 80...100 В; частота – 1000...1200 Гц, експозиція – 0,002 с.
Третій розділ присвячено розробці та дослідженню пристроїв для залучення шкідливих комах. Існує декілька гіпотез щодо реакції комах, які літають, на світлові подразники. Згідно з однією (теорія Буденброка) приліт комах до джерела оптичного випромінювання пояснюється орієнтацією головної осі їх тіла на оптичний подразник. Згідно з концепцією Г.О. Мазохіна-Поршнякова комахи прямують на світло, як на вихід з якогось замкненого простору у вільне середовище. Існує також думка (Кінгсолверр), що комахи інстинктивно летять до джерела світла з метою збільшити запаси своєї енергії та відрегулювати інтенсивність метаболізму.
Дослід показує, що джерело світла, яке знаходиться у полі зору комахи, знижує зорові функції очей за рахунок створення в них завіси. При цьому об'єкти, яскравість яких нижче яскравості завіси, комаха не бачить. Отже, за наявності джерела світла змінити курс свого льоту комаха може лише за умови, коли контрастна чутливість відповідає умові:
, 4
де – яскравість фону;
– яскравість завіси;
– спектральна яскравість завіси:
– границі досліджуваного діапазону спектра.
Розрахована також контрастна чутливість за умови одночасного використання декількох електрофізичних установок.
Кількісний аналіз одержаної моделі проведено на прикладі кімнатної мухи для поширених джерел світла, що мають різні спектри випромінювання, з урахуванням параметрів оточуючого середовища та спектральної чутливості очей комахи. Спочатку було виконано експериментальне дослідження збирання комах в залежності від відстані до світлової пастки. Результати досліджень наведені у табл. 1, де – відстань до пастки; – середня кількість зібраних комах на протязі 1 години.
Таблиця 1
, м 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
8,2 8,1 8,2 7,4 6,8 7,3 1,1 0,3 0,2 0 0,2
фон і в будь який момент може змінити напрямок свого польоту і сісти в довільному місці. На відстанях до джерела світла, менших ніж , яскравість завіси більша за яскравість фону, і комаха летить на світло.
Визначено [5], що використання оптичних джерел-атрактантів вимагає проведення досліджень по опрацюванню пускорегулюючої апаратури, яка повинна відповідати наступним вимогам: підвищити коефіцієнт потужності; усунути початкове "миготіння" під час запалення; забезпечити постійний без пульсацій променистий потік; забезпечити найбільший строк служби; збільшити ступінь надійності роботи.
В результаті були розроблені електричні схеми, які дозволили створити джерело-атрактант, що задовольняє висунутим вимогам. Встановлено, що створені схеми дозволяють збільшити число запалень до виходу з ладу електродів ламп приблизно на 3000. На базі виконаних досліджень для промислового застосування розроблені пристрої керування лампами-атрактантами. На рис. 5 зображена схема такого пристрою для ламп потужністю до 20 Вт.
У четвертому розділі викладені результати досліджень електрофізичних установок для знищення комах–шкідників у сільськогосподарському виробництві. Напрямком експериментальних досліджень було визначення ефективних технологічних параметрів опрацьованих установок, виявлення ступеню їх надійності та безпеки під час знищення комах на тваринницьких фермах.
В процесі проведення досліджень були опрацьовані нові електрофізичні установки ЕФУ-01, ЕФВ-01, ЕФУ-02 [2 - 4] для організації захисних заходів у тваринницьких фермах від шкідливих комах. У цих пристроях відстань між вражаючим елементом та джерелом світла обиралось із врахуванням теплового бар'єра, що виникає завдяки нагріву поверхні лампи.
Товщина динамічного шару – це зона повітря, що прилягає до нагрітої поверхні лампи і у межах якої градієнт температури відрізняється від нуля. За межами цього шару температура повітря дорівнює температурі оточуючого середовища. Розміри шару залежать від температури оточуючого середовища, температури поверхні лампи та інших факторів. Виходячи з того, що тепловіддача від лампи у повітря відбувається завдяки конвекції та випромінюванню:
, 5
де – промениста теплота;
– конвекційна теплота,
Разрахунково була одержана товщина граничного динамічного шару, яка дорівнює .
Для установки ЕФУ-01 (рис. 6) відстань між поверхнею джерела світла та вражаючою сіткою складає 15 мм, що значно перевищує величину .
вражаючі електроди подається напруга 310 В. Комахи, які попадають між електродами, змінюють діелектричну міцність повітряного зазору, виникає дуговий пробій розрядника Р1. Тому що опір розрядника стає малим, більша частина енергії, яка накопичилась в конденсаторі, виділиться в комахах. Застосування розрядника дозволяє уникнути довгострокових прилипань комах до вражаючих електродів. Пробій газового прошарку у цій установці відбувається до тих пір, поки комаха не обгорить і не звільнить електроди.
Найбільш досконалою є розроблена на базі теоретичних розрахунків розділу 2 установка ЕФУ-02 (рис. 8), де вражаючі електроди знаходяться всередині пристрою, відстань між ними та лампою-атрактантом складає 20 мм. Зовнішні електроди розміщені на відстані 120 мм від внутрішніх та заземлені. Така конструкція дозволяє обійтись без пристрою, що обгороджує, та забезпечити безпеку під час експлуатації. Сигнал формується в генераторі місткового типу на мікросхемі К140УД8А і подається на підсилювач напруги, зібраний на транзисторі КТ837 з трансформатором в колі колектора. Із вториннної обмотки трансформатора напруга подається на вражаючі електроди. Градієнт електричного потенціалу між електродами складає 1 , що перевищує значення електричного потенціалу, який одержано теоретичним шляхом.
Дослідження електрофізичних установок ЕФУ-01, ЕФВ-01, ЕФУ-02 виконано у Хорольському агропромисловому комплексі, ДГ "Комунар" та ЗАТ "Лани України" Харківської області. Установки ЕФВ-01 вбудовувались у відкриті вікна. Установки інших типів підвішувались до стелі ферми. Досліджувалась як індивідуальна, так і сумісна їх робота. Контроль над ефективністю ураження шкідників відбувався як за кількістю знищених комах, так і за величиною їх концентрації у приміщеннях ферм. Визначення концентрації здійснювалось у чотирьох повтореннях під час мінімальної активності шкідників за їх середньою кількістю, що підраховувалась на одиничній площі стін характерних місць приміщення ферми. Результати добового збору шкідників наведені у таблиці 2.
Таблиця 2
Знищення літаючих шкідників при використанні різних установок.
Тип установки Мухи (домашні, жигалки) Комарі Оводи, ґедзі Разом
ЕФУ-01 277 32 22 331
ЕФУ-02 1110 71 75 1256
ЕФВ-01 569 52 53 674
Видно, що найбільшу кількість мух та інших крупних комах знищено установкою ЕФУ-02. За продуктивністю вона майже у п'ять разів перевищує ЕФУ-01 і в два рази ЕФВ-01.
Залежність концентрації комах у приміщеннях ферми від кількості установок ЕФУ-01, ЕФУ-02 та ЕФВ-01 наведена на рис. 9.
від літаючих шкідників значно оздоровлює санітарний стан ферми та дає економічний ефект для свинарника маточника площею 15х48м2 6189,5 грн. на рік.
ВИСНОВКИ
Дисертаційна робота присвячена розв'язанню проблеми одержання нових науково-обґрунтованих теоретичних та експериментальних результатів, які у сукупності є суттєвими для розвитку електрофізичних методів знищення комах- шкідників сільського господарства.
1. Аналіз наукових публікацій, пов'язаний з вивченням впливу комах – паразитів на сільськогосподарських тварин, показав, що для оздоровлення худоби і підвищення його продуктивності в сільськогосподарському виробництві необхідно змінити чисельність цих комах, а особливо мух, до 10 екземплярів на одну тварину.
2. Для боротьби з комахами-паразитами в тваринницьких приміщеннях необхідно замість хімічних і біологічних засобів захисту використовувати електрофізичні пристрої нового покоління, які базуються на взаємодії ЕМП з літаючими комахами.
3. Пропонується використання методики обчислення електромагнітних полів усередині організму комахи, яка базується на інтегральних рівняннях і дає можливість з однієї сторони одержати точний опис процесів, що відбуваються в її організмі під впливом електромагнітних полів, а з другої – дає найбільш прості аналітичні вирази.
4. На базі розробленої математичної моделі проведені розрахунки, які показали, що при створенні електрофізичних пасток для мух орієнтовні значення їх параметрів повинні бути наступними: напруга – 80...100 В; частота – 1000...1200 Гц; експозиція – 0,002 с. Ці характеристики не створюють ніякої загрози обслуговуючому персоналу, вони економічні та не забруднюють оточуюче середовище.
5. Встановлено, що для залучення комах необхідно використовувати лампи-атрактанти у діапазоні довжин хвиль 300...400 нм та використовувати електричні джерела світла на лампах ДРТ та ЛЕ з високою частотою пульсацій.
6. На базі розробленої математичної моделі процесу залучення комах визначений ефективний радіус дії електрофізичних установок для різних джерел світла: 90…20 м для ДРТ-220, 60…13 м для ЛЭ-15, 53…7 м для ЛЭ-4, 18…4 м для ЛБ-15.
7. Для підвищення ефективності роботи джерел-атрактантів рекомендуються схеми керування, які дозволяють позбавитись "миготіння", зменшити коефіцієнт пульсацій світлового потоку у 7 разів, збільшити світловий потік на 11...12 %, а кількість запалювань на 3000 у порівнянні із стандартними схемами.
8. Дослідження показали, що для знищення у тваринницьких приміщеннях літаючих комах необхідно застосовувати розроблену установки ЕФУ-02, які за продуктивністю у 2...5 разів вищі, ніж існуючі. Одночасне застосування нових установок ЕФУ-02 та ЕФИ-01 для захисту тварин дозволяє збільшити приріст живої маси поросят на 8...10 % і отримати прибуток 6189,5 грн. на рік.
9. Одержані результати досліджень можуть бути використані для: розробки нових типів електрофізичних пристроїв, які вражають шкідливих комах та їх личинки за допомогою спрямованих надвисокочастотних ЕМП; опрацювання методів дії ЕМП на обмінні процеси, що відбуваються на клітинному рівні організму комах та пригнічують їх життєдіяльність; проведення експериментів по визначенню генетичних змін у комахах та їх личинках під впливом НВЧ опромінювань.
СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Боцман В.В,, Шугайло В.В., Ширина Е.И., Гаврилов П.В., Хандола Ю.Н. Устройство для уничтожения мух в помещениях для содержания КРС // Тезисы научной конференции “Проблемы интенсификации производства молока” - Минск: Западное региональное отделение ВАСХНИЛ. –1991.-С 168.
2. А.с. 1713513, МКИ А 01 К 1/00. Устройство для ультрафиолетового облучения / И.Н. Земляной, В.И. Шаповал, В.Е. Соловов, Ю.Н. Хандола (СССР). - № 4808105; Заявлено 07.02.90; Опубл. 23.02.92, Бюл. № 7. - 2 с.
3. Гаврилов П.В., Лисиченко Н.Л., Боцман В.В., Хандола Ю.Н. Устройство для уничтожения насекомых на фермах // Техника в сельском хозяйстве. - 1993. - № 3. - С. 18 - 19.
4. Гаврилов П.В., Боцман В.В., Хандола Ю.Н. Пути совершенствования устройств для уничтожения летающих насекомых // Тезисы докладов на ХХ конференции молодых ученых “Актуальные вопросы обеспечения АПК” - Херсон: УААН ин-т жив-ва им М.Ф. Иванова, “Асканья – Нова”. – 1993.- С. 108.
5. Хандола Ю.Н. Прибор и методика для определения налета летающих насекомых // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Сер. Питання електрифікації сільського господарства. - Харків: ХДТУСГ. - 2000. - Вип.. 3. - С. 16- - 166.
6. Хандола Ю.М. Моделювання розподілу електромагнітних полів всередині мух-шкідників сільського господарства // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА. - 2001. - Т. 21, вип. 1. - С. 78 - 81.
7. Хандола Ю.Н. Применение электрофизических установок для уничтожения мух в животноводческих помещениях // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Сер. Питання електрифікації сільського господарства. - Харків: ХДТУСГ. - 2001. - Вип.. 6. -С 314-316.
АНОТАЦІЯ
Хандола Ю.М. Обґрунтування та реалізація електрофізичного методу
знищення літаючих шкідників сільського господарства.. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.16 - застосування електротехнологій в сільськогосподарському виробництві. - Харківський державний технічний університет сільського господарства, Харків, 2002.
Дисертація присвячена розв'язанню задачі одержання нових науково-обґрунтованих теоретичних та експериментальних результатів, які є суттєвими для розвитку електрофізичних методів знищення літаючих шкідників сільського господарства. Запропоновано методику, що дозволяє одержати опис процесів, які відбуваються в організмі комах, під впливом електромагнітних полів. Отримано складові електричного і магнітного поля для будь-якого шару двошарової комахи, розміри якої значно менші довжини падаючої на неї хвилі. Отримано орієнтовні значення параметрів вражаючих електромагнітних полів при розробці і створенні електрофізичних пасток для мух у сільськогосподарських тваринницьких приміщеннях: напруга – 80...100 В; частота – 1000...1200 Гц; експозиція – порядку 0,002 с. На основі математичної моделі процесу залучення комах визначений ефективний радіус дії електрофізичних установок для різних джерел світла: 90...20 м для ДРТ-220, 60...13 м для ЛЭ-15, 53...7 м для ЛЭ-4, 18...4 м для ЛБ-15. Показано, що застосування установок ЕФУ-02 і ЕФВ-01 для захисту тварин від літаючих комах дозволить збільшити приріст живої маси поросят на 8...10 %.
Ключові слова: електрофізична установка, електромагнітне поле, напруга, частота, експозиція, джерело світла, інтегральне рівняння, знищення літаючих шкідників.
АННОТАЦИЯ
Хандола Ю.Н. Обоснование и реализация электрофизического метода уничтожения летающих вредителей сельского хозяйства. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.16 - применение электротехнологий в сельскохозяйственном производстве. - Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства, Харьков, 2002.
Диссертация посвящена решению задачи получения новых научно-обоснованных теоретических и экспериментальных результатов, которые являются существенными для развития электрофизических методов уничтожения мух, вредителей сельского хозяйства.
Установлено, что если численность насекомых-паразитов на крупном рогатом скоте больше 10, то отмечается снижение его продуктивности. Численность эктопаразитов 200 - 300 экземпляров на животное снижает его производительность на 20 - 40 %. Существуют как профилактические, так и истребительные методы борьбы с мухами, направленные на уничтожение преимагинальных форм и имаго с помощью химических, биологических, механических и физических средств. Показано, что значительное распространение в последнее время нашли электрооптические преобразователи для приманки летающих вредителей в сочетании с электропоражающими устройствами. Они основаны на методах уничтожения насекомых током высокого напряжения. Указаны недостатки этих устройств, однако значительные потенциальные возможности электрофизических методов обусловливают необходимость проведения работ в этом направлении.
Рассмотрены принципы создания электрофизических устройств для уничтожения мух. Для этого используют электромагнитные излучения с частотами до килогерц. Предложена методика, которая позволяет получить строгое описание процессов, происходящих в организме насекомых под влиянием электромагнитных полей. Получены составляющие электрического поля для любого слоя двухслойного насекомого, размеры которого значительно меньше длины падающей на него волны. Подсчитаны ориентировочные значения параметров поражающих электромагнитных полей при разработке и создании электрофизических ловушек для мух в сельскохозяйственных животноводческих помещениях: напряжение – 80...100 В; частота – 1000...1200 Гц; экспозиция – порядка 0,002 с.
Предложена модель, которая позволяет рассчитать параметры оптического аттрактанта , который снижает зрительные функции глаз за счет создания в них пелены. Количественный анализ полученной модели проведен на примере комнатной мухи для распространенных источников света, которые имеют разные спектры излучения, с учетом параметров окружающей среды и спектральной чувствительности глаз насекомого. На основе математической модели процесса привлечения насекомых определен эффективный радиус действия электрофизических установок для разных источников света: 90...20 м для ДРТ-220, 60...13 м для ЛЭ-15, 53...7 м для ЛЭ-4, 18...4 м для ЛБ-15. Показано, что использование оптических источников-аттрактантов требует создания пускорегулирующей аппаратуры, которая должна иметь: повышенный коэффициент мощности, характеризоваться отсутствием начального "мигания" при зажигании ламп, обеспечением постоянного без пульсаций лучистого потока, обеспечением наибольшего срока службы.
В процессе проведения исследований разработаны электрофизические установки ЭФУ-01, ЭФИ-01, ЭФУ-02 для организации защитных мероприятий в животноводческих фермах от вредных насекомых. В этих устройствах расстояние между поражающим элементом и источником света выбирали с учетом теплового барьера, который возникает в связи с нагревом поверхности лампы. Исследование электрофизических установок ЭФУ-01, ЭФИ-01, ЭФУ-02 выполнено в Хорольском агропромышленном комплексе, ОХ "Коммунар" и ЗАО "Лани України" Харьковской области. Установки ЭФИ-01 встраивались в открытые окна, а других типов подвешивались к потолку фермы. Исследовали как индивидуальную, так и совместную их работу. Контроль над эффективностью поражения вредителей происходил как по количеству уничтоженных насекомых, так и по величине их концентрации в помещениях ферм. Определение концентрации производили во время минимальной активности вредителей по их среднему количеству, которое подсчитывалось на единичной площади стен характерных мест помещения фермы. Наиболее совершенной оказалась разработанная на основе предложенной теоретической модели установка ЭФУ-02. В этой установке поражающие электроды находятся внутри устройства. Внешние электроды помещены на расстоянии 120 мм от внутренних и заземлены. Такая конструкция позволяет обойтись без ограждающего устройства и обеспечить безопасность во время эксплуатации. Градиент электрического потенциала между электродами составляет 1 . Показано, что использование установок ЭФУ-02 и ЭФИ-01 для защиты животных от летающих насекомых позволит увеличить прирост живой массы поросят на 8...10 %.
Ключевые слова: электрофизическая установка, электромагнитное поле, напряжение, частота, экспозиция, источник света, интегральное уравнение, уничтожение летающих вредителей.
ANNOTATION
Handola Yu.M. The substantiation and implementation of an electrophysical method of destruction of flying wreckers of agriculture. - Manuscript.
Thesis for a candidate degree by specialty 05.09.16 - application of electrotechnologies in agricultural production. - The Kharkiv state technical university of agriculture, Kharkiv, 2002.
The dissertation is dedicated to the solution of a problem of obtaining new scientific theoretical and experimental results, which are essential to development of electrophysical methods for destruction of flies, wreckers of agriculture. The technique, permitting to receive the stringent description of processes, which happening in an organism of insects under effect of electromagnetic fields, is offered. The components of an electrical and magnetic field for any layer of a two-layer insect, which sizes are much less than length of a wave, dropping on it, are obtained. The approximate values of parameters of striking electromagnetic fields are obtained which are necessary for development and creation of electrophysical traps for flies in agricultural cattle-breeding rooms: voltage – 80…100 V; frequency – 1000…1200 Hz; an exposition – about 0,002 seconds. On the basis of a mathematical model of insects engaging process the effective radius of the electrophysical installations' action for different light sources is determined: 90…20 m for ДРТ-220, 60…13 m for ЛЭ-15, 53…7 m for ЛЭ-4, 18…4 m for ЛБ-15. Is shown, that the application of the installations ЕФУ-02 and ЕФВ-01 for protection of animal from flying insects will allow increasing a gain of living weight of pigs on 8…10 %.
Keywords: electrophysical installation, electromagnetic field, voltage, frequency, exposition, light source, integral equation, destruction of flies.
