авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

МАТЕРИАЛЫ

Всероссийской конференции

аспирантов и студентов

по приоритетному направлению

«Рациональное природопользование»

2006 г.

УДК

504.7:574

ББК Б1

МАТЕРИАЛЫ Всероссийской конференции аспирантов и студентов

по приоритетному направлению «Рациональное природопользование»

отв.за вып. начальник НИСа А.Л.Мазалецкая;

Яросл. гос. ун-т.- Ярославль: ЯрГУ,

2006.-315 с.

ISBN 5-8397-0460-1

В сборнике представлены статьи по приоритетному направлению “Рациональное природопользование», подготовленные аспирантами и студентами Российских вузов.

Материалы печатаются в авторской редакции.

УДК 504.7:574 ББК Б1 Ответственный за выпуск начальник НИСа А.Л.Мазалецкая ©Ярославский государственный университет, Секция 1. Рациональное природопользование:

технологические решения и процессы.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭФФЕКТИВНОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ.

Базлов Д.А.

Ярославский государственный университет им.П.Г.Демидова (г. Ярославль, ул. Советская, д.14) Актуальной проблемой эффективного природопользования является создание основ высокоэффективных, гибких, экологичных технологий получения разнообразных полифункциональных ароматических соединений многоцелевого назначения на базе глубокой переработки исходных углеводородных продуктов. Это позволит углубить степень переработки нефти и использовать для получения высоко востребованных реактивов практически неограниченную сырьевую базу. Ориентация на преимущественное использование в качестве сырья углеводородов ароматического характера ставим задачу отработки методов функционализации последних. Последнее подразумевает отработку процессов введения функциональных групп (нитро-, амино-, амидо-, сложноэфирных, гетероциклических и других фрагментов) взамен атома водорода. Одним из перспективных методов функционализации на сегодняшний день является нуклеофильное замещение водорода.

Взаимодействие активированных ароматических структур с разнообразными карбанионами позволяет не только вводить новые группы в ароматическое или гетероароматическое ядро, но и создавать новые гетероциклические фрагменты.

Нами исследован процесс замещения водорода в нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов, генерированных в условиях реакции (система спирт/щелочь). Дальнейшая циклизация интермедиатов в ходе процесса приводит к образованию соответствующих 2,1-бензизоксазолов - важного класса гетероциклических соединений Ar N O NaOH C + O + N CH R'OH N O Ar Для того, чтобы превратить данный процесс в эффективный инструмент органического синтеза было исследовано влияние структуры нитроаренов, реагентов и условий проведения процесса на его направление, определены границы области применения этой реакции.

Для получения данных об особенностях механизма изучаемого процесса исследована зависимость скорости реакции от природы заместителя в субстрате.

X NaOH CH O + + C X N N ROH O ON Для количественной интерпретации полученных данных были использованы подходы, основанные на модели взаимодействия граничных молекулярных орбиталей, НСМО субстрата (акцепторный компонент) и ВЗМО реагента (донорный компонент). Применены комбинированные индексы реакционной способности по Клопману для объяснения закономерностей реакций ароматического нуклеофильного замещения. Так как для рассматриваемой реакции зарядовый и сольватационный факторы не оказывают существенного влияния на ход процесса, то упрощенный индекс реакционной способности (ИРС) будет иметь следующий вид:

ИРС = CPz2/Е, где Е - разность энергий между НСМО субстрата и ВЗМО реагента;

CPz вклад атома углерода, находящегося в орто-положении к нитрогруппе, в НСМО субстрата.

Были получены два ряда зависимостей для различных температур, носящие сходный характер. Наблюдаемая линейная зависимость ln kэф от выбранного ИРС (rII=0.95 и rI=0.92) позволяет сделать предположение, что скорость определяющей стадией процесса при разных температурных интервалах является образование H-комплекса. Об этом же свидетельствуют данные по влиянию на скорость реакции природы растворителя. Было сделано предположение, что в процессе образования H-комплекса при реакции нитроароматических структур с арилацетонитрилами возможно образование диастереомеров (2 ассиметричных атома углерода):

N O O C N C* H C* H X Именно с преимущественным образованием того или иного стереоизомера связано протекание реакции по альтернативным путям.

Исследование возможных вариантов дальнейшего превращения H комплексов в продукты реакции проводили с привлечением квантово химического моделирования (метод АМ1). В качестве модельного процесса рассматривали взаимодействие 4-нитрохлорбензола с фенилацетонитрилом, приводящее в конечном итоге к образованию 5-хлор-3-фенил-2,1 бензизоксазолу:

Для выбора пути, по которому проходит дальнейшее превращение комплекса были предложены следующие возможные направления трансформации:

Cl Cl Cl -CN H H H H+ H NC CN N N N O O O HO O O B D A Cl C H+ CN N O HO C После прохождения лимитирующей стадии (образования -комплекса) дальнейшая реароматизация может идти по двум направлениям: отрыв атома Н от кольца с переносом его на атом О (направление AB) или отрыв атома Н от алифатического атома С с переносом его на атом О (направление AC).

Гипотетически также возможн отрыв цианид-аниона (направление AD). Для выбора пути протекания реакции нами проведено моделирование всех указанных процессов. Отрыв цианид-аниона протекает с низким энергетическим барьером и, кроме того, сразу приводит к продукту циклизации. Однако дальнейшая ароматизация получившегося цикла происходит через переходные структуры, обладающие намного большей энергией образования, чем переходные соединения при формировании H-комплексов. Это противоречит полученным ранее экспериментальным данным о лимитирующей стадии исследуемой реакции (образование H-комплексов). Для направления AB было получено переходное состояние со значением энергии 155,5 кДж/моль. Для направления AD энергия переходного состояния составила 317,1 кДж/моль.





Таким образом энергетически предпочтительным является путь AB Была предложена дальнешая схема превращений и рассчитаны квантово химические характеристики (метод АМ1) гипотетических интермедиатов, конечного продукта в этой реакции и переходных состояний для всех предполагаемых стадий процесса.

HO O H N(OH) NO2 N H H C H Pn Ph CN Ph CN Cl Cl Cl O H O H N N(OH) 2 N O C Pn C Pn C H Ph CN CN Cl Cl 3 Cl O N N O N O Pn Pn C Pn CN CN CN Cl Cl Cl O N N O O N Pn Pn Pn CN CN Cl Cl Cl 5' Энергетические параметры интермедиатов в исследованном процессе и переходных состояний (теплоты образования Hf) показаны в таблицах 1, 2.

Таблица 1.

Энергетические параметры интермедиатов Интер-медиат 1 2 3 4 5 6 7 Hf, 27.70 17.51 12.86 -23.56 44.86 66.29 67.92 88. ккал/моль Таблица Энергетические параметры переходных состояний Переходное состояние 1-2 3-4 5-6 6- 2- Hf, ккал/моль 37.03 19.29 16.12 75.83 75. Для последних стадий наблюдается резкое увеличение энергии переходных состояний. Это связано с сильной поляризацией рассмотренных структур (отщепление неорганического аниона), которая в реальных условиях в значительной степени нивелируется сольватацией. Сравнение приведенных энергетических характеристик интермедиатов и переходных состояний показывает, что наиболее затрудненным для представленной цепи превращений является процесс циклизации (5-6).

Т.о., из данных по квантово-химическим характеристикам интермедиатов и переходных состояний установлен наиболее вероятный путь протекания реакции нуклеофильного замещения водорода в п-замещенных нитроароматических соединениях карбанионом арилацетонитрила.

Проведенные исследования позволили предложить количественный критерий, характеризующий структуру исходных реагентов и пригодного для оценки возможности протекания исследуемой реакции нуклеофильного замещения водорода в пара-замещенных нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов. Был использован комбинированный индекс реакционной способности по Клопману, аналогичный представленному выше (без зарядового и сольватационного члена), однако учитывающий как структуру субстрата, так и реагента:

ИРС = (CPzm•CPzn•)2/Е где Е - разность энергий между НСМО субстрата и ВЗМО реагента, CPzm - вклад атома углерода - реакционного центра карбаниона арилацетонитрила в ВЗМО реагента, CPzn - вклад атома углерода, находящегося в орто-положении к нитрогруппе, в НСМО субстрата, - резонансный интеграл.

Для расчета наборов ИРС нами были использованы квантово-химические характеристики структуры характеристики нитроароматических соединений и кабанионов арилацетонитрилов.

Чем больше величина предложенного ИРС, тем выше скорость целевой реакции, а значит и выше вероятность образования 2,1-бензизоксазола. Как показывает анализ полученных экспериментальных данных, целевые антранилы с наибольшей селективностью образуются в случае наименьшего времени протекания процесса (выше скорость). При низкой же скорости целевой реакции (длительное время процесса) значительную роль начинают играть побочные процессы. Это неизбежно снижает селективность процесса образования антранилов.

На основании анализа данных можно сделать вывод об определенной взаимосвязи в большинстве случаев значений выбранного ИРС и результатов синтезов соответствующих 2,1-бензизоксазолов. При низких значениях рассчитанных ИРС (меньше 2.5•10-2) образования антранилов из соответствующих нитроаренов, как правило, не происходит. При значениях выбранного ИРС больше 3•10-2, при отсутствии других ярко выраженных реакционных центров, как правило, наблюдается образование 2,1 бензизоксазолов с умеренными или высокими выходами. Таким образом, выбранный ИРС, характеризующий структуру субстрата и реагента, пригоден для предварительной оценки возможности протекания реакции нуклеофильного замещения водорода в п-замещенных нитроаренах карбанионами арилацетонитрилов.

Полученные данные позволяют создавать эффективные инструменты управления процессами глубокой эффективного преобразования углеводородного сырья в новые практически ценные азотсодержащих полифункциональных ароматических и гетероароматических соединений.

АГРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ЛАНДШАФТОВ НА ОСНОВЕ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА Бакурова К. Б.

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации Российской академии сельскохозяйственных наук

(Волгоград, проспект Университетский, д. 97) Внедрение информационных технологий в природопользование – объективный процесс для получения оперативной и объективной информации о состоянии ландшафтов, их нарушенности, изменении эколого-ресурсного потенциала и является основой повышения эффективности управления экосистемами.

Материалы дистанционных аэрокосмических съемок являются важнейшим источником объективной информации об экологическом состоянии пастбищных экосистем, основой для разработки динамических моделей пастбищ, составления прогнозно-динамических карт состояния сельхозугодий на землях, подверженных различным видам деградации.

Использование в агролесомелиоративном картографировании современных информационных технологий, основанных на компьютерной обработке аэрокосмической фотоинформации, позволяет создать агролесомелиоративную информационную систему инструментального класса, обеспечивающую постоянный мониторинг объектов, высокое качество и оперативность создания карт, высокую достоверность сведений о состоянии агроландшафтов, возможность моделирования адаптивно-ландшафтного природопользования региона.

Агролесомелиоративное картографирование процессов деградации ландшафтов с применением компьютерных технологий (программ) включает следующие этапы:

1. Выбор региона исследования;

2. Обработка картографического материала:

3. Сшивка, привязка к географическим координатам и трансформирование растровых изображений;

4. Создание космофотокарт объекта исследования и компьютерная обработка аэрокосмической информации:

5. Анализ космофотокарт объектов исследований;

6. Математическое описание процессов на основе дистанционного мониторинга;

7. Создание на единой плановой основе растровых и векторизованных изображений;

8. Формирование баз данных в цифровом формате;

9. Пространственно-временной анализ и прогнозирование экологического состояния агролесоландшафтов:

10. Создание тематических агролесомелиоративных и прогнозных карт экологического состояния региона исследований.

Для динамического агролесомелиоративного картографирования была разработана технология картографо-аэрокосмического мониторинга агроландшафтов, которая включает:

I - мониторинг динамики деградированных территорий;

II – картографический анализ;

III – математическую модель изменения уровней деградации;

IV – итоговые тематические карты текущего и прогнозируемого состояния.

Создание пространственно-временной модели деградации аридных пастбищных ландшафтов позволит определить тенденции развития экологической ситуации в них и своевременно разработать рекомендации по предотвращению экологически опасных явлений, в т.ч. и опустынивания территорий.

Разработанная технология была использована при выполнении научно исследовательских работ отдела ландшафтного планирования и аэрокосмических методов исследований ГНУ ВНИАЛМИ Россельхозакадемии, при поддержке РФФИ (проект № 04-05-96505), в рамках государственного контракта по оказанию инжиниринговых услуг с Федеральным государственным учреждением «Управление по восстановлению Черных земель и Кизлярских пастбищ» Республики Калмыкия, а также в ходе диссертационных исследований автора. Защищена патентом РФ на изобретение № 2265839 «Способ определения состояния почвы подверженной деградации», опубликованным 10.12.2005 бюлл.

№ 34.

Был проведен картографо-аэрокосмический мониторинг деградированных ландшафтно-пастбищных комплексов Черных земель и Кизлярских пастбищ на территории, общая площадь которой составляет 6,8 млн га. Расположен регион в провинции Прикаспийской низменности, в округах Терско-Кумской аллювиально-морской равнины с эоловыми формами и Терско-Сулакской дельтовой равнины. Характеризуется высокой аридностью и засушливым климатом. В период с 1976 по 1986 гг. на Черных землях и Кизлярских пастбищах деградировало около 1 млн га угодий, а в Калмыкии с административной карты исчезли 25 населенных пунктов.

Растительный покров отражает историю происхождения и формирования региона, а также современные особенности климата и состав почв. Основной экзогенный процесс, формирующий современную физиономичность Черных земель, – дефляция, усиленная антропогенным вмешательством и проявляющаяся в виде ветророин, язв, очагов и массивов, которые хорошо дешифрируются вследствие того, что нарушение почвенно-растительного покрова ведет к изменению фототона таких участков на аэро- космофотоснтимках (АКФ).

Исследуемая территория издавна относилась к зоне отгонного животноводства. Длительное время пастбища находились в составе Госземфонда. С 1946 г. они были предоставлены в долгосрочное пользование хозяйствам Ставропольского края, Ростовской, Сталинградской, Астраханской областей и Дагестанской АССР, а с 1954 г. и в вечное пользование. В связи с этим резко возросла нагрузка на пастбища, увеличилось поголовье скота, особенно овец. Сроки и нормы их выпаса не выдерживались. Таким образом, интенсивное и продолжительное стравливание пастбищ, особенно в весенний и раннеосенний сроки, привело к резкому ухудшению их состояния.

Сельскохозяйственное освоение на рассматриваемой территории может осуществляться лишь при тщательном выборе площадей и видов работ, обеспечивающих экологическую безопасность и экономическую целесообразность.

Основным интегральным параметром, позволяющим определить уровень деградации участка пастбища, является относительная площадь проективного травянистого покрытия, которая определяет величину фототона изображения рассматриваемого ландшафта или оцениваемых площадях на аэрокосмическом снимке.

В результате проведенных исследований установлена функциональная связь между уровнями уровня деградации пастбищ и площадей проективного покрытия почвы травянистой растительностью, что позволило установить диапазоны величины фототона для каждого уровня деградации пастбищ в пределах от 50 до 210 ед. Для полимиктовых светлых Калмыцких и Астраханских песков и полимиктовых темных Терско-Кумских песков установлены следующие диапазоны.

Диапазоны значений фототона по уровням деградации Диапазон фототона, ед Площадь Калмыцкие и Терско Уровни деградации проективного Астраханские Кумские покрытия, % пески пески Подвижные (открытые) пески 0-15 170…210 135 - Солончаки 0-15 105…130 105 - Сильносбитые пастбища 15-25 130…170 110 - Умеренно и среднесбитые пастбища 25-35 90…130 85 - Несбитые и слабосбитые пастбища 35-45 50…90 60 - Для всего региона Черные земли и Кизлярские пастбища оценка уровня деградации осуществлялась по среднестатистическим значениям фототона изображения поверхности, отнесенной при дешифрировании к пастбищам.

Водная поверхность, пашни и пойма в учет площадей пастбищ не брались.

Солончаки (ограниченно используемые в качестве пастбищ) были выделены в отдельную группу, которую можно отнести к сильно деградированным пастбищам. Для солончаков, которые выделяются на АКФ особыми дешифровочными признаками, устанавливается индивидуальный диапазон фототона.

В результате картографо-аэрокосмического мониторинга пастбищ и компьютерной обработки АКФ региона исследования составлена обзорная космофотокарта Черных земель и Кизлярских пастбищ (рис. 1), космофотокарты и тематические карты уровней деградации пастбищ по административным районам, относимым к региону исследования.

Проведенный картографо-аэрокосмический мониторинг позволил выявить очаги опустынивания, определить уровни деградации пастбищ в регионе исследования и установить площади угодий соответствующие этим уровням.

Выявлено, что по уровням деградации площади пастбищ всего региона исследования распределились следующим образом:

- площадь подвижных (открытых) песков составила 221661,09 га;

- сильносбитые пастбища – 749766,94 га;

- умеренно и среднесбитые пастбища - 2374989,22 га;

- несбитые и слабосбитые пастбища – 1646560,82 га;

- солончаки – 551817,89 га.

Исследования позволили сделать вывод об общей степени деградации исследуемого региона. К сильно деградированным участкам, требующим специально разработанных программ восстановления, можно отнести угодья, занимаемые в настоящее время подвижными (открытыми) песками, сильносбитыми пастбищами и солончаками что составило– 1523245,92 га, или 27,47% от общей площади пастбищ. Минимальные потери сухой поедаемой массы на этих пастбищах 3-4 ц/га или 525,5 тыс тонн, что составляет более 1, млрд рублей в ценах 2005 г.. Общие потери по региону составляют более тыс тонн сухой поедаемой массы или 2,1 млрд рублей.

Проведение агролесомелиоративных работ на деградированных участках пастбищ позволит повысить их продуктивность, восстановить их экологическое состояние. Наиболее эффективным методом борьбы с опустыниванием является фитомелиорация. Ее успех обусловлен наличием в нарушенных экосистемах значительного невостребованного растениями ресурсного потенциала, и возможностью реализовать его вновь созданными агроценозами пастбищного назначения. Расчеты показали, что возможные прибавки урожая при проведении агролесомелиоративных мероприятий составляют 2955 тыс тонн сухой поедаемой массы, а экономический эффект - почти 7,5 млрд руб.

Динамический аэрокосмический мониторинг позволил проследить развитие процессов деградации пастбищ и составить прогнозно-динамические карты уровней деградации сельхозугодий в регионе исследований.

Рис. 1. Космофотокарта региона Черные земли и Кизлярские пастбища Использование в агролесомелиоративном картографировании современных информационных технологий, основанных на компьютерной обработке аэрокосмической информации, позволяет создать агролесомелиоративную информационную систему инструментального класса, обеспечивающую постоянный мониторинг объектов, высокое качество и оперативность создания карт, высокую достоверность сведений о состоянии агроландшафтов, возможность моделирования адаптивно-ландшафтного природопользования региона. Следовательно, применение комплексных агролесомелиоративных мероприятий в сочетании с рациональным с природопользованием, позволяет решать задачи повышения продуктивности пастбищ в аридных районах с сохранением экологического равновесия ландшафтов.

Использование разработанной модели деградации земель аридной зоны для антропогенно нарушенных угодий Черных земель и Кизлярских пастбищ позволило прогнозировать ситуацию и определить объем работ по агролесомелиоративному улучшению ландшафтов региона.

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ПРОГНОЗА ЛЕСНОЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ Барановский Н.В.

НИИ прикладной математики при ТГУ (Томск, пр. Ленина, 36) В последнее время особенно актуальна проблема прогноза лесной пожарной опасности [1]. В разных странах созданы методики такого прогноза, например в Канаде [2], Южной Европе [3]. Но существующие методики не учитывают реальный физический механизм сушки и зажигания слоя лесных горючих материалов (ЛГМ) (например, особенности зажигания ЛГМ одиночной нагретой до высоких температур частицей), а также грозовую активность и антропогенную нагрузку. Кроме того, известные методики опираются на эмпирическую информацию, как правило, с ограниченными по территориям возможностям применения. Поэтому целесообразно разработать методики прогноза лесной пожарной опасности и лесопожарных возгораний, которые должны базироваться на математических постановках и задачах сушки и зажигания слоя ЛГМ, адекватных реальному механизму тепломассопереноса.

Экспериментально провести такое исследование практически невозможно в связи с тем, что нельзя проконтролировать в процессе эксперимента большинство параметров (например, температура частицы, условия контакта частицы с ЛГМ, фазовое состояние металла и другие).

Цель данного исследования – разработать комплексную систему прогноза лесной пожарной опасности. Цель исследования может быть достигнута путем решения следующих взаимосвязанных задач: 1) разработать математическую постановку сушки слоя ЛГМ и численно смоделировать процесс сушки слоя ЛГМ на компьютере;

2) разработать математическую постановку и численно реализовать задачу о зажигании слоя ЛГМ нагретой до высоких температур частицей, а также определение зависимости времени задержки зажигания слоя ЛГМ от начальной температуры частицы;

3) разработать детерменированно вероятностную формулу определения вероятности возникновения лесных пожаров и очагов лесных пожаров;

4) разработать проблемно-ориентированный подход ландшафтного распараллеливания;

5) разработать информационно прогностическую систему прогноза лесной пожарной опасности;

6) разработать параллельный программный комплекс для прогноза лесной пожарной опасности на крупных лесопокрытых территориях;

7) разработать соответствующее методическое обеспечение.

Как известно, воспламеняются и горят ЛГМ, влагосодержание которых меньше некоторых критических значений, поэтому математическое моделирование сушки слоя ЛГМ для прогноза времени этого процесса является актуальной задачей. Анализ показывает, что имеется достаточно хорошее согласование результатов численного расчета влагосодержания образцов ЛГМ и экспериментальных данных [4].

Результаты сравнения нульмерной и одномерной математических постановок свидетельствуют о том, что относительная погрешность не превышает 1015 % [5];

это согласуется с теоретическими оценками точности нульмерных моделей по Худяеву [6]. В работе [7] получена приближенная аналитическая формула для определения времени сушки слоя ЛГМ и представлен сравнительный анализ результатов, найденных при использовании нульмерной постановки и аналитической формулы. Анализ результатов, представленных в работе [7], показал, что средняя относительная погрешность аналитического решения по сравнению с численными данными составила 5.6 %.

С учетом погрешности входных данных все математические постановки, приведенные в данной работе, и приближенная аналитическая формула удовлетворительно описывают процесс сушки слоя ЛГМ в утреннее и полуденное время.

В результате численного решения задачи о газофазном зажигании слоя ЛГМ нагретой до высоких температур частицей [8] показана возможность зажигания сухого ЛГМ одиночной нагретой до высоких температур частицей углерода или стали. Выделенные закономерности характерны для типичного диапазона изменения параметров внешнего воздействия на сухой ЛГМ в пожароопасной обстановке. Полученные результаты имеют не только практическое значение, заключающееся в обосновании реальности механизма зажигания ЛГМ “горячими” частицами. Установленные закономерности являются также базой для дальнейшего развития моделей зажигания пожароопасных материалов.

Анализ существующих в России и за рубежом методик прогноза лесной пожарной опасности показывает, что практически все методики имеют под собой слабую физическую основу и, как правило, учитывают только метеоданные. Грозовая активность и антропогенная нагрузка должным образом не учитываются. В атомной промышленности, например, используется вероятностный критерий безопасности [9] и в настоящее время необходимость разработки подобного критерия и соответствующей методики возникла и в лесном хозяйстве.

Однако не следует напрямую увязывать лесную пожарную опасность с метеорологическими данными и статистическими данными по числу лесных пожаров, так как не всегда высокая степень пожарной опасности по метеоусловиям, или лесорастительным условиям, будет приводить к высокой пожарной опасности на данной территории. Необходимо учитывать грозовую активность и антропогенную нагрузку. Например, Богородское лесничество Тимирязевского лесхоза Томской области даже в засушливые периоды характеризуется малым числом лесных пожаров [10]. Основная причина - слабая антропогенная нагрузка на данную территорию.

Используя теорию вероятностей и физические соображения получена формула для оценки вероятности возникновения лесного пожара для j-го временного интервала лесопожарного сезона [11].

Исследовано влияние метеоусловий, антропогенной нагрузки и грозовой активности на вероятность возникновения лесных пожаров. Предложены шкалы лесной пожарной опасности. Методика реализована в виде параллельного программного комплекса [12] и информационно-прогностической системы [13].

Разработано соответствующее методическое обеспечение [14].

Литература 1. Доррер Г.А., Доррер М.Г., Клишта И.Н. и др. Проблемы создания региональных информационно-аналитических систем по охране лесов от пожаров. // Математическое и физическое моделирование сопряженных задач механики и экологии: Избранные доклады международной конференции.

Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. С. 133-159.

2. Canadian Forest Fire Danger Rating System / B.J. Stocks, M.E. Alexander, R.S.

McAlpine at all. – Canadian Forestry service, 1987. – 500 p.

3. D. Xavier Viegas, Giovanni Bovio, Almerindo Ferreira, Antonio Nosenzo and Bernard Sol. Comparative Study of Various Methods of Fire Danger Evaluation in Southern Europe // International Journal of Wildland Fire, 2000, Vol. 9, N 4, P.

235- 4. Жуковская В.И. // Вопросы лесной пирологии. Красноярск, 1970. С. 105-153.

5. Лобода Е.Л., Гришин А.М., Катаева Л.Ю., Барановский Н.В. // "Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия". Материалы 4-й междунар. конф. Томск, 2001. С. 120-129.

6. Вольперт А.И., Худяев С.И. Анализ в классах разрывных функций и уравнений математической физики. М., 1975.

7. Гришин А.М., Барановский Н.В. Сравнительный анализ простых моделей сушки слоя ЛГМ, включая данные экспериментов и натурных наблюдений //Инженерно-физический журнал, 2003, Т. 76. № 5, С. 166-169.

8. Кузнецов Г.В., Барановский Н.В. Математическое моделирование зажигания слоя лесных горючих материалов нагретой до высоких температур частицей // Пожаровзрывобезопасность, 2006, № 4 (в печати) 9. А.М. Гришин, Математическое моделирование и прогноз катастроф:

Методическое пособие, Томск, 1999, 24.

10. В.В. Маценко, А.Я. Соколов, С.И. Калинин и др., Генеральный план противопожарного устройства лесов. Том 1. Пояснительная записка, Барнаул, 1999, 139.

11. Н.В. Барановский. Влияние антропогенной нагрузки и грозовой активности на вероятность возникновения лесных пожаров // Сибирский экологический журнал, 2004. № 6, с. 835- 12. Baranovsky N.V., Grishin A.M. Prediction of forest fire maturity of forest fuel layer using landscape parallelization. // Вычислительные технологии, 2002, Т. 7, Ч. 1. (Совместный выпуск Вестник КазНУ, № 4 (32)), С. 37-44.

13. Барановский Н.В., Гришин А.М., Лоскутникова Т.П. Информационно прогностическая система определения вероятности возникновения лесных пожаров // Вычислительные технологии, 2003, № 2, С. 16-26.

14. Барановский Н.В. Технология ландшафтного распараллеливания и ее применение к прогнозу лесной пожарной опасности: Учебно-методическое пособие. Томск: ТГУ, 2002. 34 С.

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ С ПРИМЕНЕНИЕМ ХАРВЕСТЕРОВ НА СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ Беляйков Ф.Г.

Уральский государственный лесотехнический университет (Екатеринбург, Сибирский тракт д. 37, стр. 4) Россия – крупнейшая лесная держава. Площадь лесного фонда Российской Федерации составляет почти 12 млн. км2, покрытых лесной растительностью земель - около 8 млн. км2. Более 25 проц. мировых запасов древесины на корню сосредоточено в России. Леса России имеют планетарное значение, играя большую роль в глобальных процессах регулирования состояния окружающей среды и предотвращения негативных изменений климата. В настоящее время стратегия устойчивого лесопользования предусматривает регулирование комплекса функций леса, а также переход на природощадящие и экологизированные технологии и соответствующее им оборудование.

Эффективные технологии лесосечных работ должны осуществляться с учетом социальных, экономических, экологических критериев (рис. 1).

Предприятие Общество лесного комплекса Социальные критерии Экономические критерии Принятая Допустимые Возможные Отбор Отбор технология технологии технологии Экологические критерии Лес Рис.1. Принципиальная схема последовательности выбора технологии проведения лесосечных работ Анализ тенденций лесозаготовок в России показывает, что в качестве главного направления по-прежнему остаются технологические процессы с заготовкой и вывозкой с лесосеки деревьев и хлыстов. Но вместе с тем все большее развитие получает сортиментная технология с заготовкой сортиментов у пня.

Одним из вариантов осуществления сортиментной технологии является применение харвестеров – лесных комбайнов, производящих валку дерева, обрезку сучьев, раскряжевку на сортименты, их частичную рассортировку и окучивание по породам и назначению, и форвардеров, осуществляющих сбор, погрузку, транспортирование и штабелирование древесины у лесной дороги. А вместе с появлением у лесозаготовителей харвестеров появляется необходимость квалифицированного персонала для работы с такими машинами, т.к. работа на данной технике требует как умений и знаний самой техники, так и правил и методов лесозаготовки. Для этого существуют специальные центры для обучения операторов лесозаготовительных машин. На базе “Международного учебного центра по обучению операторов многооперационных лесных машин” в Ленинградской области (Светогорск) были проведены исследования обучения операторов. Исследования проводились в реальных условиях лесозаготовок с применением харвестера HS16 ERGO фирмы “Ponsse”.

Основной целью исследования стало выявление причин повреждений оставляемого древостоя обучаемыми при несплошных рубках. Объектом исследования стал оставляемый древостой после проведения несплошных рубок с применением харвестера обучаемым оператором с опытом работы до года.

Рабочая смена обучаемого оператора разбивалась примерно на 2-х часовые промежутки, на каждом из которых оценивались такие параметры, как производительность и повреждаемость. Данные об объеме заготовленной древесины и производительности собирались при помощи специализированной измерительной системы харвестера «OPTI», которые можно вывести на монитор или принтер. Данные о повреждениях, длинах измерительных участков, ширине волока, ширине пасек, таксационных показателях получены путем измерения вручную. Экспериментальными участками послужили лесосеки Северо западного лесхоза Пограничного лесничества. Первая пробная площадка (далее площадка №1) расположена в квартале № 196 (лесосека №1). Общая площадь лесосеки 6,7 га, средний запас на 1 га равен 174 кбм, средний объем хлыста равен 0,539 кбм, тип леса сосняк травяной, полнота насаждения 1,15, процент вырубки 35%. Вторая пробная площадка (далее площадка №2) расположена в квартале № 178 (лесосека №1). Общая площадь лесосеки 34,0 га, средний запас на 1 га равен 136 кбм, средний объем хлыста равен 0,531 кбм, тип леса сосняк травяной, полнота насаждения 1,06, процент вырубки 28%. Время заготовки – март и февраль соответственно.

В результате исследований были получены зависимости от времени таких технологических параметров, как производительность (рис.2) и повреждаемость (рис.3).

а) б) Рис.2. Графики зависимостей производительности от продолжительности рабочей смены а) б) Рис.3. Графики зависимостей процента поврежденного древостоя от продолжительности рабочей смены Было выявлено, что у обучаемого оператора харвестера с опытом менее года в процессе лесозаготовки на площадке №1 производительность в течение смены растет до общей продолжительности 4 часа (рис.2а) после чего начинает падать. При этом процент повреждений (рис.3а) сначала падает, достигает минимума после 6 часов работы, после чего увеличивается. Такую динамику производительности можно объяснить тем, что в начальный момент времени оператор еще не утомлен, но при этом еще не достаточно внимателен, что отражается на высоком уровне повреждений и не очень высокой производительности. Далее в процессе работы оператор становится более внимательным и уверенным, вследствие чего делает меньше повреждений при большей производительности. После 6 часов работы начинает сказываться утомляемость, начинает падать производительность и увеличиваться повреждаемость.

Несколько иная ситуация на площадке №2. Здесь оператор работал лишь часов. При этом график зависимости производительности от времени (рис.2б) схож по форме с графиком производительности делянки №1, но с меньшей производительностью. Но совершено другой график зависимости процента повреждений от времени (рис.3б). Теперь процент повреждений с течением времени растет.

Основной причиной таких отличий стали различные таксационные показатели делянок, и в первую очередь средний запас, полнота и процент вырубки.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Оценка технологических процессов лесосечных работ должна включать критерии экологического, экономического и социального характера.

2. Уменьшение длительности смены обучаемого оператора харвестера до 4 часов позволит значительно снизить процент повреждений оставляемого древостоя при проведении обучения. При этом остальную часть 8-часовой рабочей смены обучаемого оператора стоит занять либо практическим обучением работе на форвардере, либо выполнением других производственных задач, таких как заточка цепей, осмотр делянок, оценка повреждений и др.

Результаты работы позволят при обучении операторов 3.

лесозаготовительных машин (харвестеров) разрабатывать организационно технологические мероприятия, повышающие как эксплуатационные (экономические) показатели основных работ несплошных рубок, так и показатели экологической обеспеченности (эффективности) основанные на надежном последующем естественном лесовозобновлении и сохранении биологического разнообразия лесной среды.

Список литературы.

1. Азаренок В.А., Герц Э.Ф., Мехренцев А.В. Сортиментная заготовка леса:

Учебное пособие / Уральская государственная лесотехническая академия, Екатеринбург, 1999. – 134 с.

2. Герц Э.Ф. Оценка технологии лесопользования на лесосечных работах.

Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2003. – 120 с.

3. Герц Э.Ф. Оценка технологии лесопользования на лесосечных работах.

Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2003. – 120 с.

4. Сазонова Е.А. Энергетический подход в оценке эффективности технологических процессов лесозаготовок / Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Сб. матер. междунар. науч. - техн.

конф. / Урал. гос. лесотехн. ун-т. – Екатеринбург. – 2003, С. 186-187.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИ В ВОДЕ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ОЗЕРА НЕРО.

Белянина И.М., Орлова Т.Н.

Ярославский государственный университет им.П.Г.Демидова (г.Ярославль, ул.Советская, д.14) Одним из лимитирующих факторов хозяйственного использования водоемов, в частности, озера Неро является распределение тяжелых металлов в ресурсной составляющей объекта, которые могут в зависимости от концентрации выступать либо в роли токсикантов, либо в качестве необходимых микроэлементных добавок. Для озера Неро, которое служит одним из крупнейших источников сапропеля, актуальным является пространственно временное распределение меди, как в донных отложениях, так и в воде. Целью данного исследования является установление распределения меди, как одного из представителей токсикантов или микроэлементов в донных отложениях и в воде озера Неро.

В процессе обработки проб воды медь была определена на всех станциях за 2003, 2004 гг. (табл.1). Полученные значения концентрации металла по всем станциям за два года исследований не превышает ПДК, составляющую по данному иону 1 мг/дм3. Содержание меди в природных пресных водах в среднем колеблется от 0,002 до 0,1 мг/л. Отсюда, в формирование достаточно высокого уровня содержания Cu в оз. Неро значительный вклад вносит антропогенный фактор. Для выявления общих закономерностей распределения и возможных источников поступления меди в водоем рассмотрены значения концентрации металла в 2003, 2004 гг. по станциям, расположенным вдоль береговой линии и по центральной части (8-5-6;

1-3-4-5-6-номера станций).

Таблица Содержание Си в воде оз. Неро Станция d Си, мг/л отбора 2003г 2004г 1 0,612 0, 3 0,151 0, 4 0,404 0, 5 0,411 0, 6 0,432 0, 8 0,841 0, 15 0,092 0, Из графиков (рис.1,2) отчетливо заметна тенденция роста содержания меди к истоку р. Сара (ст.1) и к г. Ростову (ст.8), что указывает на данные объекты, как на одни из возможных источников поступления меди в водоем.

Рис.1. Распределение Си вдоль береговой линии озера в разные годы исследования Станции отбора Полученные данные указывают на то, что большая часть металла токсиканта попадает в озеро со стороны г. Ростова, на территории которого находится ряд предприятий, одновременно источниками загрязнения могли послужить городской коллектор и шоссе.

Достаточно высокое значение содержания меди за два года исследований было зафиксировано на ст.1 - место впадения р. Сара в оз. Неро, на берегу которой находится функционирующий в настоящее время консервный завод.

Наименьшее поступление металла в водоем отмечено со стороны восточного берега озера, на котором находится ряд небольших поселений. По исследованиям 2005 года медь была определена на всех станциях в июле и августе. Полученные значения концентраций металла-токсиканта во всех пробах не превышают ПДК по данному иону.

Рис.2. Распределение Си в центральной части озера в разные годы исследования Увеличение числа станций в процессе исследований позволило получить более четкую картину распределения меди в водоеме (рис.3). Анализируя полученные данные, была выявлена тенденция, установленная в предшествующие года, роста содержания Cu в черте г. Ростова (ст. 6,6, 7, 7, 8) и в месте впадения р. Сара в оз. Неро (ст.1). Максимальное значение приходится на ст.7 и 8, а также на ст. 1.

По мере удаления станций от выявленных источников поступления меди в водоем, концентрация металла в пробах постепенно снижается (ст. 6, 6*, 8*, 8**, 9, 10), но достаточно высокий уровень концентрации металла-токсиканта в пределах всей городской черты поддерживается благодаря миграционным явлениям и загрязнению со стороны транспортной магистрали.

Рис.3. Содержание Си в воде оз.

Неро (2005гг.) При сопоставлении данных по содержанию меди (рис.4) за три года исследований можно отметить следующее: зафиксированы достоверные различия в содержании металла-токсиканта в пробах на ст. 1,6;

2005г.

характеризуется увеличением концентрации меди в воде оз. Неро вышеперечисленных станций.

Рис.4. Содержание Си в воде оз. Неро в разные года исследования.

Снижение концентрации меди на большинстве исследуемых станций (ст.

1,3,4,6,15) в 2004 г. по сравнению с 2003 г. сменилось увеличением поступления металла-токсиканта в водоем в 2005 г. со стороны г. Ростова и р. Сара, а вследствие миграционных явлений меди, распространившейся по водоему, произошло изменение в сторону увеличения концентрации металла в районе истока р. Векса.

Распределение меди в донных отложениях (сапропеле) оз.Неро.

Медь была определена (табл.2) во всех пробах за 2003, 2004 год. Значения концентрации Си в сапропеле, полученные в результате исследований по всем станциям, являются ниже значений предельно допустимой концентрации Си в почве (ПДК составляет 3 мг/кг). Наибольшее значение концентрации металла (рис.5) как и при анализе проб воды в 2003, 2004гг. приходится на ст.1 и 8, что объясняется местоположением данных точек отбора - вблизи г. Ростова и в месте впадения в водоем р. Сара. Минимальные значения концентрации Cu в донных осадках озера отмечены для станций 3 и 15 (2003, 2004гг.), расположенных на значительном расстоянии от объектов, которые могли бы послужить источником меди в водоеме. Вследствие миграционных явлений металл в значительном количестве отмечен за два года исследований на ст.4 и 5.

От устья р. Сара к истоку р. Векса располагается ложбина и именно здесь в озере наблюдается наибольшая направленная проточность, что способствует вынос меди из озера в сторону р. Векса. При этом миграция ионов металла-токсиканта слабо затрагивает восточный берег оз. Неро, вблизи которого отсутствуют источники выброса иона исследуемого металла.

Таблица Содержание Си в сапропеле оз. Неро Станция d Си, мг/кг отбора 2003 1 0,171 0, з 0,003 0, 4 0,062 0, 5 0,032 0, 6 0,015 0, 8 0,193 0, 15 0,008 0, В процессе обработки проб сапропеля (2005г.) медь была определена (в количествах ниже ПДК) на всех станциях в июле и августе.

Рис.5. Содержание Си в сапропеле оз.

Неро в разные годы исследования 1 3 4 5* 6 8 Станция отбора Увеличение числа станций позволило получить более четкую картину распределения и миграции металла-токсиканта в водоеме (рис.6).

Тенденция роста содержания металла-токсиканта в черте г. Ростова (ст 6**, 7*, 8, 8*, 8**) и в месте впадения р. Сара в оз. Неро (ст. 1) прослеживается i при анализе проб воды за июль, август 2005г.

Максимальное значение приходится на ст. 8 (городская черта), минимальное зафиксировано на ст. 10, И, 12, находящихся на значительно!

расстоянии от г. Ростова, который вносит основной вклад в поступлени металла токсиканта в водоем.

Рис.6. Содержание Си в сапропеле оз. Неро (2005г.) Зафиксировано достаточно высокое содержание меди на ст. 15, что связано со слабой проточностью в восточной части озера, а, следовательно попадающий в водоем металл не распространяется на значительные расстояния от береговой линии, а постепенно накапливается в донных отложениях.

Впоследствии подобное накопление металла может привести к явлению вторичного загрязнения водоема данным токсикантом.

Достоверных различий в содержании Си на ст. 6 /9, 6 /8, 6 /8, 6/6, 11/12 за июль и 6/6*, 6/9, 6*/9, 6*/6**, 6*/7, 10/11, 10/12 за август обнаружено не было, что указывает на равномерное распределение меди вдоль городской черты и по берегам озера. Существенной разницы в содержании Cu в сапропеле в июле и августе 2005г. зафиксировано не было (по ст. 1, 6, 6*, 8, 10, 1 не выявлено достоверных различий). Можно сделать вывод о том, что миграционные явления в донных отложениях озера и перераспределение поступившего металла между частями экосистемы занимают значительные промежутки времени.

Сравнение данных о содержании меди в сапропеле оз. Неро за три года исследований указывает на достоверный рост концентрации меди на ст. 8 и 15.

Не смотря на увеличение количества металла на ст. 8 и 15, на ст. 1 и 6 в данный период исследований достоверных различий не обнаружено.

Сравнивая закономерности распределения меди в воде и сапропеле оз Неро, можно отметить совпадение пиков максимальной (ст. 1,8) и минимально] (ст.3,4,9,10) концентрации меди по станциям исследования, одновременно на станциях, располагающихся на небольшом расстоянии от станций с высоким содержанием меди в воде, сохраняется достаточно высока концентрация металла-токсиканта и в донных отложениях вследствие миграционных явлений в водоеме.

В процессе проведенных исследований была получена четкая картина распределения Си в пробах воды и сапропеля оз. Неро, что позволяет сдела заключения об источниках поступления металла-токсиканта в водоем спрогнозировать дальнейшие операции при хозяйственном использовании и добыче сапропеля.

Рис. 7. Распределение станций на оз. Неро РАЗРАБОТКА ДАТЧИКА ГАЗОАНАЛИЗАТОРА ОСНОВНЫХ ПРИОРИТЕТНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Бессонов С.Г.

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского (Нижний Новгород, пр. Гагарина, д.23) В число шести основных приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха (ОПЗАВ), его приземного слоя, входят аммиак (NH3), диоксид серы (SO2) и сероводород (H2S), а также пыль, монооксид углерода (CO) и диоксид азота (NO2) [РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы // Госгидромет СССР. М.: 1991. С.92-100], контроль которых осуществляется повсеместно и круглосуточно на земном шаре. Кроме этого, аммиак является до настоящего времени самым распространенным хладоагентом, являясь источником повышенной огне- и взрывоопасности на химических и других видах производств [ПБ-09-220-98. Правила устройства и безопасной эксплуатации аммиачных и холодильных установок. С.21.]. Задачи контроля серосодержащих соединений связаны с добычей, переработкой и использованием природных ресурсов: угля, нефти и газа. Сероводород – взрывоопасный и очень токсичный газ [Широков И. Этот запах знают все // Гражд. защита. – 1995. № 8. С.47-48]. Диоксид серы занимает первое место по тоннажу, выбрасываемому в атмосферу среди всех загрязнителей [Окислы серы и взвешенные частицы. ВОЗ. Серия «Гигиенические критерии состояния окружающей среды». Вып.8. Женева. 1982. 131 с.]. Диоксид азота, являясь одним из продуктов автомобильного выхлопа, составляет до 80% загрязнения воздуха больших городов.

До сих пор систематический контроль ОПЗАВ в приземном слое осуществляется службами Росгидромета с помощью традиционных химико аналитических методов, включающих ручной отбор проб воздуха в поглотители с последующим их анализом в химической лаборатории [РД 52.04.186-89.

Руководство по контролю загрязнения атмосферы // Госгидромет СССР. М.:

1991. 693 с.]. Такой анализ является трудоемким, неэкспрессным и не поддается автоматизации. Для систематического и автоматизированного контроля качества атмосферного воздуха мониторинга) применяются (автоматического стационарные и передвижные на базе автомобилей посты и станции, которые снабжены дорогостоящими хромато-масс-спектрометрами или набором специализированных на каждый загрязнитель газоанализаторами [Розинов Г.Л.

Автоматические анализаторы и измерительные комплексы контроля загрязнений атмосферы // Приборы и системы управления. 1994. № 9. С.1-9.]. Кроме этого, необходимо отметить возрастающую роль анализа воздуха “по месту”, связанную с террористическими угрозами. Эту проблему нельзя решить на основе ни химико-аналитических методов, ни традиционных аппаратурных физико-химических методов, т.е. на старой элементной базе газоаналитического приборостроения. Все больше газоаналитических задач решается с помощью миниатюрных приборов, работа которых основана на твердотельных, выполненных по технологии микроэлектроники, датчиках или химических сенсорах [Попов А.А. Опыт и перспективы применения химических сенсоров для контроля экологической обстановки производственных и жилых зон // Тезисы докл. Всеросс. конф. «Функциональные материалы и структуры для сенсорных устройств» / Ответст. за выпуск Л.Ю.Харченко, М.Л.Косинова.

Институт неорганической химии СО РАН.- Новосибирск, 1999.- С.25.]. Кроме этого, в последнее время все больше сложных газоаналитических задач многокомпонентного контроля воздуха решаются с помощью приборов, основанных на многовариантных твердотельных датчиках = мультисенсорах (мультисенсорных системах), изготовленных с помощью технологий микроэлектроники [Strike D.J., Meijerink M.J.H., Koudelka-Hep M. Electronic noses – a mini-review. // Fresenius J. Anal. Chem. 1999. V.364. P.499-505.].

Например, для контроля взрывчатых веществ, наркотических веществ и ядовитых веществ предлагаются приборы, в основе работы которых лежат мультисенсорные системы, так называемые, «электронные носы», иногда совмещенные со сверхскоростной высокоэффективной газовой хроматографией [E.J. Staples, S. Wiswanathan Ultrahigh-speed chromatography and virtual chemical sensors for detecting explosives and chemical warfare agents // IEEE Sensors journal, V. 5, №. 4, august 2005]. Применение таких мультисенсорных систем в альтернативу традиционным газоаналитическим методам имеет преимущества:


отсутствие предварительной пробоподготовки, очень малое время однократного анализа (анализ одной пробы за 10 сек. [ zNose® Electronic Sensor Technology http://estcal.com]), что дает решающее преимущество в производительности анализов в единицу времени, портативность, малые энергопотребление и материалоемкость, а также изготовление самой мультисенсорной системы и основных конструктивных узлов прибора с помощью технологии микроэлектроники, что дает еще одно решающее преимущество – относительная дешевизна. Высокая степень автоматизации анализа с помощью данного прибора не требует высококвалифицированного оператора. Наиболее чувствительным сенсором считается сенсор на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) [Benes E., Groschl M., Seifert F., Pohl A. Comparison between BAW and SAW sensor principles. // 1997 IEEE International Frequency Control Symposium. P.5-20.]. Поэтому была высказана идея создания передвижной станции мониторинга ОПЗАВ в атмосферном воздухе на базе мультисенсорной системы на ПАВ [Соборовер Э.И. Разработка мультисенсорной системы типа “электронный нос” для мобильной станции мониторинга основных приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха // 4-я Международная выставка и конференция “Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности” Тезисы конф./ 17-18 мая 2005 г. Москва. С.26.].

Поскольку задача мониторинга NOx и СО решена в микропроцессорном газоанализаторе ИНФРАКАР М-1.01 отечественного производства, отвечающий ГОСТу Р 51832-01 и EURO-II (рег.№ 20623-00), поэтому на долю датчика мультисенсорной системы остаются три ОПЗАВ: NH3, SO2, H2S.

Устройства ПАВ Для придания мультисенсорной системе на основе ПАВ сенсоров способности контроля основных приоритетных загрязнителей в атмосферном воздухе на уровне их опасных для жизнедеятельности людей и (или) взрыво- и огнеопасных концентраций, включая их (аммиака, диоксида серы, сероводорода) обнаружение на фоне нормального воздушного состава и выдачу данных об их количественном содержании в атмосферном воздухе в единицах концентрации в мг/м3 проделано следующее: 1) модификация полимерных материалов, их химического строения, в результате которой чувствительные материалы приобрели способность вступать в специфическое взаимодействие с молекулами газов – ОПЗАВ: аммиака, диоксида серы и сероводорода, обеспечивая их хемосорбцию чувствительными покрытиями сенсоров в присутствии молекул, образующих воздух и других молекул, неспособных вступать в специфические взаимодействия, и, тем самым, обеспечить молекулярное распознавание ОПЗАВ на фоне нормального воздушного состава [Соборовер Э.И., Тверской В.А., Токарев С.В., Царапкин А.В. Разработка мультисенсорной системы типа электронный нос для мобильной станции мониторинга атмосферного воздуха. 2.

Исследования газоадсорбционных свойств пленок функциональных полимеров.

// СЕНСОР. 2004. № 3. С.41-47;

3. Газодиффузионные характеристики процесса сорбции газов пленками функциональных полимеров. // СЕНСОР. 2004. № 3.

С.48-51.];

2) с помощью специальной конструкции химических ПАВ-сенсоров была обеспечена возможность одновременной подачи потока анализируемого воздуха с одинаковой скоростью, но различного по химическому составу:

содержащего ОПЗАВ и не содержащего ОПЗАВ, на оба сенсорных элемента, входящих в состав химических сенсоров, образующих мультисенсорную систему [Соборовер Э.И., Абашкин А.Ю., Бессонов С.Г. Элемент на поверхностно-акустических волнах без чувствительного покрытия как анализатор газов и газовых смесей. Ч. 6. Сенсорный датчик для течеискателя фреона-134А. Результаты, полученные на двойной линии задержки // Датчики и системы. 2006. № 3];

Задача обеспечения хемосорбции молекул ОПЗАВ на фоне нормального воздушного состава решена тем, что в качестве чувствительных покрытий ПАВ-сенсоров использованы пленки функциональных полимеров на основе полидиметилсилоксанов (ПДМС), полиалкилметакрилатов (ПАМА) или сополимеры алкилметакрилатов (ПАМА) со стиролсульфонатом (СС) с ионносвязанными катионами органических красителей двух классов:

трифенилметанового ряда и акридинового ряда различной степени модификации (СМ) от 0.02 до 0.30. В пространство между встречно-штырьевыми преобразователями (ВШП) всех шести ПАВ-линий задержки, являющихся сенсорными элементами, наносятся тонкие порядка 0.1 мкм пленки функциональных полимеров, причем в каждой паре сенсорных элементов, входящих в один ПАВ-химический сенсор, наносятся идентичные по химическому строению и толщине пленки одного из функциональных полимеров. Во всех трех ПАВ-сенсорах используются различные по химическому строению и (или) толщине функциональные полимеры.

К настоящему моменту были разработаны и исследованы функциональные полимеры с ионносвязанными катионами органических красителей двух классов, их газоадсорбционные и газодиффузионные свойства по отношению к газам ОПЗАВ;

в результате были отобраны несколько функциональных полимеров на основе ПДМС и ПАМА, обладающих необходимым комплексом свойств для использования в качестве чувствительных слоев ПАВ-химических сенсоров, входящих в мультисенсорную систему [Соборовер Э.И., Зубков И.Л., Лучников А.П., Ткаченко С.В., Токарев С.В. Сорбционные и опто-сенсорные свойства пленок молекулярно легированного полидиметилсилоксана как чувствительного слоя химических сенсоров. // INTERMATIC – 2004 // Материалы Международной научно практической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», 7-10 сентября 2004 г., г.Москва.- М.: МИРЭА – ЦНИИ «Электроника», 2004, часть 1. С.217 – 224]. Далее были разработаны конструкции ПАВ-химических сенсоров в виде как одинарной, так и двойной линий задержки. На одинарной линии задержки разработана методика исследования сенсорных свойств тонких пленок функциональных полимеров [Соборовер Э.И., Бессонов С.Г., Абашкин А.Ю., Прусакова И.И. Элемент на поверхностно-акустических волнах без чувствительного покрытия как анализатор газов и газовых смесей. Ч.5. Сенсорный датчик для течеискателя фреона-134а. результаты, полученные на одинарной линии задержки // Датчики и системы. 2005. № 11. С.39-44.]. На основании проведенных акусто электрических и оптических исследований было сделано заключение, что есть практическая возможность реализовать мультисенсорную систему мониторинга 3-х ОПЗАВ на основе системы из трех ПАВ-сенсоров, причем возможна количественная точная оценка их концентрации в пробе анализируемого воздуха [Соборовер Э.И. Мультисенсорная измерительная система типа «электронный нос» для мобильной станции мониторинга атмосферного воздуха. (Пленарный доклад) // INTERMATIC – 2004 // Материалы Международной научно практической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», 7-10 сентября 2004 г., г.Москва.- М.: МИРЭА – ЦНИИ «Электроника», 2004, часть 2. С.181 – 192.].

Дальнейшие исследования предполагается направить на практическое воплощение этой концепции в приборе, для чего необходимо провести испытания лабораторных образцов ПАВ сенсоров с выбранными покрытиями, определить пределы обнаружения и чувствительность, принять, если потребуется, меры по повышению чувствительности и/или предела обнаружения. Впоследствии на основе полученных данных можно будет спроектировать прибор.

Об авторе: Бессонов С.Г. – магистр техники и технологии (1981г.р., Дзержинский филиал Нижегородского Государственного Технического Университета. 2004 г. по специальности «Автоматизация и управление») – разработка ультразвукового течеискателя в составе рабочей группы на кафедре АТПП в 2002 г., защита бакалаврской квалификационной работы по теме:

«Криптография. Криптоалгоритмы» – 2002г., в которой был разработан поточный симметричный криптоалгоритм для микроконтроллера;

работа над магистерской диссертацией: 2003-2004 гг., выполненной в НИИХ ННГУ на тему: «Сенсорный датчик течеискателя на фреон-134а» под руководством Э.И.Соборовера. Краткое резюме Последние два года – аспирант кафедры АТПП ДПИ НГТУ (научные руководители: академик РАЕ, зав.кафедрой АТПП, д.т.н., проф.С.Г.Сажин, к.х.н., с.н.с. Э.И.Соборовер), выполняет практическую часть диссертации в НИИХ ННГУ по теме «Разработка и исследование химических сенсоров на основе поверхностно-акустических волн для мультисенсорной системы атмосферного мониторинга», которая генетически связана с темой НИОКР данного проекта. Публикации 3 в журнале «Датчики и Системы», выступления на конференциях: 5;

диплом конференции «Будущее науки Нижегородского региона». В данной работе непосредственно осуществлял экспериментальные измерения на других газах, участвовал в математической обработке полученных данных.

СНИЖЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОСАДКАМИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ Бирюков А.С., Бирюков Д.С., Белогородский И.Н.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (г.Волгоград, ул.Академическая, 1) Проблема обеспечения России качественной питьевой водой с каждым годом приобретает все большую актуальность. Сегодня ее решение — одно из главных социально-экономических условий осуществления государственной стратегии устойчивого развития страны. Более 70 % российских рек и озер и % подземных источников к настоящему времени загрязнены. Из-за повышенного загрязнения природных водоисточников, традиционно применяемые технологии обработки воды становятся все менее эффективными.

Водопроводные сооружения также не всегда обеспечивают надежную очистку и подачу населению питьевой воды гарантированного качества. Несмотря на спад производства, количество промышленных стоков продолжает оставаться высоким, а содержание в них ряда токсикантов возросло.


При очистке бытовых и промышленных стоков все большее распро странение в мире получают биологические и биохимические методы. В этих методах для минерализации органических загрязнений используют аэробные биологические процессы, осуществляемые с помощью микроорганизмов.

Биологический метод применяют как в условиях, приближенных к естественным, так и на специальных биологических очистных сооружениях (БОС).

Очистка сточных вод на БОС сопровождается образованием осадков, шламов и избыточного активного ила, которые после обезвоживания на правляются на иловые карты на "временное" хранение. Это "временное" хранение длится уже столько, сколько существуют БОС, так как существующие и предложенные методы утилизации осадков и илов недостаточно эффективны или требуют больших затрат. В результате совместной очистки бытовых и промышленных сточных вод накоплены миллионы тонн шламов, загрязненных тяжелыми металлами. Это не позволяет утилизировать осадки в качестве удобрения в сельском хозяйстве, поскольку внесение осадков в почву приведет к ее загрязнению тяжелыми металлами.

В число экологически значимых тяжелых металлов, по решению Европейской экономической комиссии ООН включены ртуть, свинец, кадмий, хром, марганец, никель, кобальт, ванадий, медь, железо, цинк, сурьма, а также типичные металлоиды мышьяк и селен.

Отсюда следует необходимость, поиска экономичных способов пе реработки образующихся осадков. Иловые карты, заполняемые осадком и шламом, в большинстве случаев не отвечают санитарным и экологическим требованиям, являются источником загрязнения почвенного покрова, по верхностных и подземных вод.

В настоящее время в России количество осадков после биологической очистки сточных вод, достигает 120-140 миллионов тонн в год, из которых около 90 % образуется при очистке промышленных сточных вод и 10 % - бытовых.

С повышением требований к охране природных водоемов количество осадков на очистных сооружениях будет все больше увеличиваться.

Концентрированные осадки и шламы, количество которых на очистных сооружениях в жидком или обезвоженном виде достигает нескольких тысяч кубических метров в сутки, чаще всего направляются в карьеры, овраги, низины, моря, загрязняя почву, водные объекты и атмосферу.

Многие промышленные предприятия продолжают сбрасывать отходы от очистки стоков на иловые карты, значительная часть которых переполнена. С экологической и экономической точки зрения длительное хранение отходов является крайней мерой. В процессе хранения возможна опасность заражения грунтовых вод, а при определенных условиях места складирования активных илов могут в результате деятельности микроорганизмов стать источником загрязнения атмосферы. Кроме того, необходимо отторжение дополнительных земельных угодий под хранилища, полигоны и т. д. Отказ от депонирования осадков возможен при коренном изменении отношения к проблеме утилизации осадков сточных вод. Очистные станции могут стать безотходным самоокупаемым производством, обеспечивающим получение разнообразного сырья.

Образующиеся в процессе очистки стоков полупродукты могут представлять интерес для различных отраслей промышленности: металлургии, сельского хозяйства, стройиндустрии и т. д.

Часть осадков биологических очистных сооружений (ОБОС) до 10 - 30 % за рубежом используется в качестве удобрений, для улучшения почв, для ре культивации земель, что в целом можно рассматривать как почвенное раз мещение. Основным преимуществом этого способа является его «безотходность», т. к. в дальнейшем, не возникают проблемы с образующимися отходами.

По составу и свойствам ОБОС аналогичны органоминеральным удоб рениям, обладают высокой способностью к самозарастанию, улучшению структуры почвы и т. д. Удобрительная ценность осадков определяется наличием в них азота, фосфора, калия, микроэлементов.

Принятие решения о почвенном размещении ОБОС должно базироваться на результатах тщательного изучения их состава и свойств. Одной из основных проблем, возникающих при почвенном размещении осадков, особенно в сельском хозяйстве, является содержание в них тяжелых металлов.

В ОБОС переходит 50 - 80 % тяжелых металлов (Pb, As, Hg, Ni, Cr, Mn, Zn, Сu), поступающих в составе стоков на очистные сооружения. По этой причине из общего количества осадков в качестве удобрения используется не более 1,5 %.

Ценные кормовые продукты получают из ОБОС при очистке вод пищевой промышленности. Однако использование их в качестве кормов не превышает 0,01 %, вследствие повышенного содержания в них солей тяжелых металлов.

На заводах цветной металлургии и стройматериалов из шламов сточных вод возможно извлечение и повторное использование цветных металлов, получение вяжущих веществ, магнезиального цемента, ксилолита, фибролита, керамзита, и других материалов.

Осадки биологических очистных сооружений весьма перспективны в качестве сырья, вследствие большого содержания органических веществ, для получения пироуглерода, смол, углей, бензина, сырой нефти, воска и других продуктов при применении пиролиза.

Возможность утилизации ОБОС к настоящему времени не реализуется по разным причинам. Извлечение веществ, при низких концентрациях, а также сложная многоступенчатая переработка ОБОС нерентабельна. Переработка ОБОС не предотвращает дальнейшее образование отходов и поэтому почвенное размещение - пока единственный способ обезвреживания ОБОС, останавливающий образование цепочки отходов.

Исходя из приведенного выше, ясна актуальность проблемы утилизации ОБОС, в том числе поиска технических средств обезвреживания ОБОС от загрязнения тяжелыми металлами при биологической очистке сточных вод, получающей все большее распространение в мире.

К настоящему времени предложено несколько способов извлечения тяжелых металлов из ОБОС: термический, ионообменный и химический.

Даннные методы не предусматривают полезного использования органического вещества ОБОС, приводят к образованию вторичных загрязнений окружающей среды. Это подчеркивает актуальность поиска новых технических решений извлечения тяжелых металлов из ОБОС.

В процессе функционирования станций биологической очистки городов России образуется более 90 млн.м3 в год (2,7-4,5 млн.т по сухому веществу) влажных, плохо обезвоживаемых осадков. Осадки биологических очистных сооружений содержат в своем составе токсичные вещества (соли тяжелых металлов, токсичную органику и др.) и различные виды представителей микрофлоры, в том числе патогенные. Таким образом, осадок биологических очистных сооружений представляется опасным в санитарно-гигиеническом и экологическом отношении отходом, требующим специальной обработки или захоронения, с целью предотвращения неконтролируемых загрязнений окружающей среды.

Основная масса осадков, выделяемых в процессе очистки, направляется на обезвоживание, длительное хранение на иловые поля, шламонакопители, полигоны, отвалы и т.д. При обезвоживании и хранении осадка фильтрат поступает в поверхностные и подземные источники, осадок распространяется на большие расстояния с помощью животных (птицы, грызуны), под иловые площадки отчуждаются значительные площади земли. Так на очистных сооружениях г. Волгограда площадь иловых площадок составляет более 20 га, площадь полигонов хранения – 10 га, и эти площади ежегодно увеличиваются.

Проведенные учеными исследования показали высокую эффективность извлечения тяжелых металлов из ОБОС кальциевыми материалами и воз можность достижения остаточных концентраций тяжелых металлов в об работанных ОБОС на уровне нормативов, установленных ЕС для осадков, илов, используемых в сельском хозяйстве.

Испытания проводились на реальных избыточных илах перед фильтр прессами с влажностью 99,2 - 99,4 % и на аэробно стабилизированных осадках из аэробных стабилизаторов с влажностью 95 - 98 %, отобранных перед фильтр прессами биологических очистных сооружений г. Волгограда. Содержание тяжелых металлов в указанных осадках, зависит от состава поступающих сточных вод на очистные сооружения и может изменяться в зависимости от времени года. Содержание тяжелых металлов в осадках сточных вод в последние десять лет понизилось, что объясняется частичной остановкой некоторых промышленных предприятий.

Изучение процесса извлечения тяжелых металлов из ОБОС проводили путем внесения, разных концентраций кальциевых материалов от 0,17 до 100, г/л в ОБОС. Осадки биологических очистных сооружений в смеси с кальциевым материалом перемешивали воздухом в течение 1-3 часов. Определение концентрации растворенного кислорода в ОБОС при аэрировании системы проводили визуально-колориметрическим методом.

При изучении процессов извлечения ионов тяжелых металлов из ОБОС выявлено, что при смешении кальциевых материалов и илов происходит десорбция ионов тяжелых металлов с поверхности клеток и извлечение их из цитоплазмы бактериальных клеток, замещение ионов тяжелых металлов из их простых солей с гуминовыми кислотами и из других органических веществ природного и техногенного происхождения. Кальциевые материалы, выступающие в роли адсорбента микроорганизмов, гумусовых кислот, аминокислот, белков, витаминов, катионов металлов, интенсифицируют биохимические процессы, ведущие к замещению тяжелых металлов в составляющих ила на кальций.

Введение, наряду с кальциевыми материалами, фосфат-ионов, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов и являющихся струк турным элементом органических веществ может способствовать достижению более полного извлечения тяжелых металлов из ОБОС.

Влияние фосфат-ионов на извлечение разных по природе тяжелых металлов из ОБОС кальциевыми материалами неодинаково. Так, введение мг/л фосфат-ионов оказывает наибольшее влияние на извлечение из осадков свинца, никеля, при этом, например, степень извлечения свинца увеличивается на 20 - 40 %. На извлечение меди, цинка, хрома растворимые фосфаты влияют в меньшей степени: извлечение возрастает на 10 -20 %.

С целью рассмотрения влияния состава кальциевых реагентов и примесей на полноту извлечения тяжелых металлов (Сu, Pb, Ni, Cd, Cr, Zn, Mn) проводились эксперименты с использованием конверсионного мела - отхода производства сложных удобрений;

природного гипса;

фосфогипса - отхода производства экстракционной фосфорной кислоты;

чистого фосфата, карбоната и хлорида кальция.

Согласно полученным данным возможно достижение высокой степени извлечения тяжелых металлов при использовании всех указанных минералов и солей. Однако каждый кальциевый материал привносит некоторые особенности, которые вероятно связаны с его структурой, составом, наличием примесей.

Экспериментальные результаты показали, что при прочих равных условиях уменьшение размеров частиц вводимого кальциевого материала приводит к увеличению степени извлечения тяжелых металлов в среднем на 6 - %. Количество адсорбированных клеток находится в прямо пропорциональной зависимости от величины поверхности частиц, однако рост степени извлечения не прямо пропорционален возрастанию диаметру частиц материала.

Увеличение дисперсности частиц и одновременное аэрирование процесса или введение фосфат-ионов, увеличивает полноту и скорость извлечения тяжелых металлов.

Таким образом, проведенное исследование позволило предложить принципиально новый подход к решению проблемы обезвреживания и утилизации аэробно стабилизированных осадков. С экологической точки зрения утилизация осадков после их обезвреживания в результате замещения тяжелых металлов на нетоксичные металлы, в частности на кальций, позволит решить проблему использования отходов. Введение кальцийсодержащих материалов способствует не только удалению тяжелых металлов, но и улучшает качество самого осадка. Данный метод в отличие от методов обезвреживания осадков сжиганием, депонированием, исключает поступление токсичных веществ в окружающую среду, уничтожение ценного органического вещества, позволяет утилизировать осадки в качестве удобрения. Это позволит снизить объемы промышленных отходов такого рода и сократить площади, необходимые для их размещения, превратить отходы БОС в полезный продукт.

Ориентировочная эколого-экономическая оценка существующих и предлагаемых способов обработки осадков на биологических очистных сооружениях по приведенным затратам показала следующее: использование способа с обезвреживанием, уплотнением и дальнейшим использованием осадка в качестве органоминерального удобрения позволяет снизить эксплуатационные затраты БОС на 2,16 млн.руб. в год по сравнению с депонированием осадков на иловых площадках.

Использование осадков в качестве удобрений является сложной задачей, особенно с организационной точки зрения, и не может быть решена только силами БОС. Необходимы заинтересованность потребителей, в том числе сельскохозяйственных предприятий, активного участия территориально административных, природоохранных, санитарных органов и агрономических служб.

Величина предотвращенного экологического ущерба в результате недопущения размещения необезвреженных осадков сточных вод составила около 36 млн.руб. в год.

МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОДНОФАЗНОЙ УБОРКИ РИСА Бугаёв С.В.

Кубанский государственный аграрный университет (Краснодар, ул.Калинина, д. 13, стр.5) Уборка сельскохозяйственных культур является важнейшей, завершающей операцией получения высоких урожаев. Но добиться идеальной уборки без потерь, к сожалению невозможно. Потери при уборки делятся на два вида, так называемые прямые (абсолютные) потери – потери непосредственно за комбайном, и косвенные (относительные) потери – потери на дробление зерна.

Прямые потери вызваны в основном несовершенством конструкции МСУ, метеорологическими условиями, нарушением агротехнических требований. А потери на дробление зерна вызваны в основном субъективным фактором (неудовлетворительной регулировкой уборочных машин).

Нами была предложена методика теоретического определения оптимального усилия воздействия молотильных устройств на обмолачиваемый материал. Для этого на примере наиболее районированных, на Кубани, сортов риса мы провели ряд экспериментов по определению закономерности статистического распределения усилия отрыва колосков от метёлки. По полученным значениям были построены графики усилия отрыва колосков (рис.1).

Приморский Снежинка Краснодарский Лиман Хазар Регул Рапан Лидер Лагуна Привольный Раздольный Павловский Средняя 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4, Рисунок 1 Статистическое распределение прочности механической связи колосков с плодоножкой для различных сортов риса.

Полученные графики имеют вид кривых с явно выделенной вогнутой и выпуклой частью, в середине приближающихся к прямой линии. Подобная кривая в математике называется логистическим распределением (логистой).

Уравнение логистического распределения можно представить в виде:

cx e y = ymax (1) cx e +в при условии, что y (0 ) = 0, в 0, с 0.

Из графиков видно что усилие необходимое для полного вымолота для различных сортов колеблется в большом интервале, так например, 100% вымолот сорта Раздольный происходит при усилии в 4,2 Н, но при этом усилии происходит дробление зерна сорта Приморский. Следовательно настраивать уборочную машину на одинаковый режим работы при уборке этих сортов не представляется возможным. Аппроксимировав каждый из графиков усилия отрыва колосков от метёлки мы получили значения коэффициентов с и в для различных сортов риса.

Таблица 1 Значения коэффициентов (с) и (в) для исследованных сортов риса Привольный Краснодарс Приморский Павловский Раздольный Снежинка кий Лагуна Лиман Лидер Рапан Хазар Регул Сорта риса № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Значение В 60,82 10,7 17,52 170,95 62,59 102,5 604,46 103,13 43,29 295 1433,7 коэф. С 1,77 1,79 1,98 2,4 2,5 2,53 2,92 3,01 3,01 3,32 3,58 8, Для усреднённого графика усилия отрыва колосков от метёлки по сортам получили выражение:

2,59 x е у = 97,37 (2) 2,59 x +108, e Пользуясь этим выражением можно настроить молотильное устройство на такой режим работы при котором будет достигаться максимально возможный вымолот при минимальном дроблении зерна.

Теорией удара, и дробления зерна занимались многие учёные: В.П.

Горячкин, В.И. Сыроватка, Г.И., В.И. Болдинские. Так академик Горячкин определяя критическую скорость удара молотка дробилки по зерну, использовал графоаналитический метод определения энергии при ударе. Считая, что между зерном и молотком дробилки возникает совершенно неупругий прямой центральный удар, ученый получил зависимость полной энергии, сообщаемой зерну молотком, от линейной скорости молотка и скорости движения зерна в виде:

( ), 2 M Vм Vk А= (3) где А- полная энергия сообщаемая зерну молотком;

M - масса молотка;

Vm и Vk - скорость молотка до и после удара.

Братья Болдинские нашли скорость взаимодействия рабочего органа с обрабатываемым материалом в зависимости от критической силы разрушения семян хлопка-сырца в виде:

Fкр t u=, (4) m где u - скорость соударения рабочего органа с обрабатываемым материалом;

Fкр - критическая сила обрушивания и разрушения семян хлопка;

t-время соударения пильного цилиндра с семенами хлопка;

m - средняя масса одного семени.

Если критическую силу обрушивания и разрушения зерна, а также среднюю массу одного зерна можно найти в литературных источниках или легко определить экспериментально, то практическое применение выражения очень сильно затруднено из-за того, что определение времени удара современными измерительными приборами сопряжено с большими погрешностями.

Рассмотрим метод определения продолжительности времени удара зерновки риса с рабочими вальцами с помощью физической модели, демонстрирующей соударение зерна с вальцом барабана.

Рисунок 2 Физическая модель, для определения времени удара зерновок с молотильным барабаном.

Дифференциальное уравнение движения шара в проекции на ось Х имеет вид:

dx = F P, m (5) dt Сделав ряд соответствующих преобразований получим уравнение продолжительности времени соударения рабочего органа с зерновкой.

ст = q, (6) При теоретическом определении времени удара по формуле для принятой физической модели достаточно точно и легко определяется ст и не представляет сравнительно большого труда определение значения времени удара. Но в реальных условиях столкновения зерновки риса с молотильным вальцом определение продолжительности времени удара связано с определением ст материала молотильного вальца, что представляет не меньшую сложность, чем непосредственное экспериментальное определение продолжительности времени удара.

Необходим такой подход к решению задачи, при котором физико механические свойства зерновки риса будут являться основой для решения данной задачи. На наш взгляд, необходимо математическую зависимость значения скорости соударения рабочего органа и обмолачиваемого материала увязать с критической силой разрушения зерновки риса. При ударе зерновки о рабочую поверхность многогранного вальца МСУ на зерновку риса действуют ударная сила N, зависящая от физико-механических свойств рабочих поверхностей молотильного вальца и зерновки риса. Так как деформация вальца при ударе о зерновку значительно меньше деформации зерновки, то с большей точностью и с меньшими затратами труда можно определить деформацию зерновки.

Получим значения критической скорости соударения вальцов молотильного аппарата в зависимости от деформации зерновки риса. По Ньютону, такой вариант решения задачи правомерен вполне.

Допустим, N= f (x), (7) где x - деформация зерновки.

Движение зерновки риса за время удара можно определить следующим дифференциальным уравнением:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 



Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.