Geum.ru

Светотехнические установки для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных

Вид материалаАвтореферат
Основное содержание диссертации изложено
Подобный материал:
1   2   3   4   5


Из таблицы 2 можно установить, что при значениях суммарных доз выше 850 Дж/м2 наблюдается уменьшение привесов, связанное по-видимому с подавлением физиологических процессов живого организма при передозировке. Дальнейший анализ проведен для диапазона доз ниже критического значения. Для расчетных значений эффективных потоков, вычисленных по соответствующим функциям относительной спектральной эритемной эффективности (ФОСЭЭ) построены графики и получены линии регрессии (рис.5), представленные в виде математических зависимостей: зависимость эффективного потока от DУФВ+DУФС (по бимодальной ФОСЭЭ) DУФВ+DУФС (ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000) в виде степенной и линейной функции. Наибольшие привесы получены для экспериментального четырехлампового облучателя ЭКСП06. Режимы облучения: для 2хЛЭБ-15 – 3 часа ( 4-5; 12-13; 20-21 ч); при средней облученности в области УФВ 27 мэр/м2; 2хДБМ-15 5 часов (23-4 ч.) при средней облученности в области УФС 14 мВт/м2.

Для математического моделирования технологии УФО были получены зависимости привесов телят в возрасте до 6 месяцев от эффективной дозы облучения для различных ФОСЭЭ в диапазоне 0,7-1,8 Вт области УФВ и 0,4-1,4 Вт области УФС при высоте подвеса облучателей 0,82-1,2 м, при времени облучения 1 час и естественной (искусственной) освещенности 50-160 лк.

Из проведенного анализа можно сделать следующие заключения:

1) Технологический процесс облучения животных для ламп и облучателей с излучением в области УФВ и УФС, действующими совместно и отдельно, в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000 описывается, соответственно, уравнениями:

(21)

(22)


где у – привесы облученных телят, % (за 100% приняты привесы необлученных животных); Dэф Г-2000 – эффективный поток, рассчитанный по ФОСЭЭ в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000, Вт.

2) Технологический процесс облучения животных для ламп и облучателей с излучением в области УФВ и УФС, действующими совместно и отдельно, в соответствии с бимодальной ФОСЭЭ описывается, соответственно, уравнениями:


(23)

(24)


где у – привесы облученных телят, % (за 100% приняты привесы необлученных животных); Dэф бимод – эффективный поток, рассчитанный в соответствии с бимодальной ФОСЭЭ, Вт.




а) б)

Рис. 5. Зависимости привесов телят от суммарной дозы,

рассчитанной по ФОСЭЭ бимодальной с линейным трендом (а), в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60335-2-27-2000 с линейным трендом (б)


Регрессионный анализ по идентификации процесса облучения животных выражениями (21) - (24) проведен с оценкой воспроизводимости с помощью критерия Кохрена и оценкой адекватности с помощью критерия Фишера. Эксперимент с получением уравнений для привесов в зависимости от эффективных доз признан воспроизводимым, оценки привесов адекватными.

Наибольшие привесы по данным экспериментальных исследований получены при совместном (комбинированном) воздействии излучения области УФВ и УФС. Проведенный анализ показывает, что степень корреляции полученных уравнений регрессии для описания технологического процесса облучения телят с получением значений привесов в зависимости от эффективного потока высокая с коэффициентом детерминации R2 близким к единице. Однако для зависимостей потоков, вычисленных по стандартной ФОСЭЭ, от доз нет различия в тангенсе угла наклона для совместного и отдельного действия излучения области УФВ и УФС. Это не согласуется с коэффициентами 0,0994 и 0,0303 при Dэф в выражениях (21), (22). В тоже время как для потоков, вычисленных по бимодальной ФОСЭЭ, такое различие есть, что согласуется с коэффициентами 0,0999 и 0,0292 в выражениях (23), (24). С помощью бимодальной ФОСЭЭ теоретически найдено оптимальное соотношение доз области УФВ и УФС, подтвержденное экспериментально. В связи с этим целесообразно при значениях отношений эффективных доз области УФВ и УФС, вычисленных по стандартной ФОСЭЭ, превышающих 1,6, применить более детальный анализ с использованием выражения с бимодальной ФОСЭЭ (6).

Использование корреляционного метода анализа для показателей продуктивности телят, показателей роста и здоровья позволило выявить наиболее значимые с точки зрения прогнозирования конечного результата показатели роста и здоровья молодняка КРС. Для прогнозирования конечных привесов могут быть рекомендованы наиболее информативные поведенческие показатели. Отмечено положительное влияние облучения лампами с излучением УФС на иммунную систему, на что указывает значительное повышение гамма-глобулина в составе крови облучаемых животных по сравнению с животными контрольных групп.

В одном из опытов с облучателем ОЖ имел место значительный разброс привесов, связанный с обнаруженным в процессе опыта заболеванием (диспепсии). Вследствие этого появилась необходимость дифференцировать структуру данных и выявить внешние факторы, вызывающие существенные различия в полученных привесах. Наряду с основным регулируемым параметром (x1)– облученностью, в анализ был введен фактор, появившийся в результате патологии (x3) – число дней заболевания, варьирующихся у телят от 3 до 8. Были выделены два уровня заболеваемости нижний – 3-4 дня и верхний – 6-8 дней. Вторым внешним фактором (x2) являлся исходный вес телят – вес при рождении. На диапазон изменения веса были наложены ограничения и выделены две группы с весом 39-42 кг и 45-46 кг. Эксперимент определялся тремя независимыми переменными и одной зависимой и был классифицирован как многофакторный эксперимент типа 23. С использованием экспериментальных данных для нормированных переменных была построена линия регрессии:


y=11,285+0,63х1-0,951х3+0,554х1х2 -1,016х1х3+0,835х2х3 (25)


При выполнении условия Кохрена и критерия Фишера эксперимент был признан воспроизводимым, модель адекватной. Проведенный анализ позволил выявить особенности технологического процесса облучения телят на фоне патологии. Регрессионный анализ применен при сравнительных экспериментах для отдельного действия источников с излучением в области УФВ и УФС, в результате которого установлены значимые различия коэффициентов регрессии на отдельных стадия эксперимента.

Комплекс методов планирования и организации фотобиологического эксперимента при учете технических и биологических аспектов его проведения с привлечением эффективных методов анализа полученных результатов обеспечивает эффективный контроль и возможность прогнозирования показателей мясной продуктивности молодняка КРС.

В основу экономических расчетов было положено определение возможности получения максимальной прибыли от использования ОСУ. Проведен расчет влияния поголовья и продуктивности телят на выход продукции животноводства и расчет влияния категории упитанности телят на среднюю цену реализации С учетом эксплуатационных и приведенных затрат сравниваемых вариантов ОСУ вычислена себестоимость и прибыльность продаж мясной продукции. Получение прибыли для варианта с экспериментальным четырехламповым облучателем с излучением УФВ и УФС, говорит о возможности перехода к рентабельному производству мясной продукции.

На основании анализа планирования результатов производственной и сбытовой деятельности можно рекомендовать внедрение разработанных облучателей в производстве светотехнических предприятий.


Основные выводы и результаты работы


1. На основе теоретических, экспериментальных и прикладных результатов работы выработан комплексный подход к вопросам повышения эффективности светотехнических установок с использованием программного обеспечения для технологий освещения и облучения сельскохозяйственных животных, включающим лампы с учетом спектрального состава излучения и условий генерации разряда, облучательные приборы с учетом конструктивного исполнения, облучательные установки, используемые совместно с осветительными, с оптимизированными интегральными и спектральными характеристиками распределения энергетической освещенности при минимизации удельной мощности.

2. Разработаны математические модели для определения эффективного потока с помощью бимодальной функции относительной спектральной эритемной эффективности с учетом меняющихся в зависимости от доз соотношений между уровнями максимумов этой функции и стандартной функции эритемной эффективности в рабочем диапазоне доз профилактического УФО сельскохозяйственных животных; предложено оптимальное отношение энергетических доз (потоков) УФВ и УФС не превышающее 3.

3. Уточнена математическая модель для описания ртутного разряда низкого давления для определения электрических характеристик и эритемного потока источников УФИ и работы разрядной лампы с электронными пускорегулирующими аппаратами.

4. Отработаны конструктивные решения комплекта «ультрафиолетовая РЛНД - импульсный ЭПРА» на основе экспериментальных исследований и математического моделирования процессов, происходящих в РЛНД; получено повышение лучистой отдачи комплекта более, чем на 40% при реализации импульсного высокочастотного питания на частотах 30-50 кГц с регулированием уровня входного напряжения.

5. Созданы и защищены авторским свидетельством и патентами новые конструкции ультрафиолетовых РЛНД и облучательных приборов, позволяющие более, чем в 1,5 раза, увеличить эффективность, улучшить энергосберегающие и ресурсосберегающие свойства за счет расширения спектра излучения в области УФС, ведущие уменьшение мощности и габаритных размеров.

6. Выявлены на основе экспериментальных исследований с использованием гибких методик анализа качества и дисперсионного анализа пути повышения эффективности, качества, улучшения эксплуатационных характеристик ультрафиолетовых РЛНД при их производстве.

7. Созданы алгоритмы и программы расчета профиля отражателя для трубчатых ламп и модуля с ультрафиолет излучающими диодами, обеспечивающими требуемые светотехнические параметры приборов.

8. Разработаны принципы усовершенствования облучательных приборов и технические требования к проектированию светотехнических установок оптимального использования электроэнергии для животноводческих комплексов.

9. Разработаны концептуальная модель и алгоритмы программно-технического комплекса для проектирования осветительно-облучательных установок с получением интегральных и спектральных характеристик распределения энергетической освещенности в точках рабочей поверхности, а также контроля параметров при проектировании световых и облучательных приборов.

10. Проведена оптимизация параметров и режимов работы светотехнических установок с помощью разработанных светотехнических средств и программного обеспечения для расчета освещенности и облученности для обеспечения энергосберегающих технологий в сельскохозяйственном производстве при уменьшении удельной мощности в 1,5 и более раз по сравнению с существующими осветительными и облучательными установками.

11. Получены результаты экспериментальных исследований промежуточных биологических и зоотехнических показателей, а также конечных показателей продуктивности телят в зависимости от параметров спектра и доз воздействующего ультрафиолетового излучения.

12. Применен новый метод промежуточного контроля и прогнозирования показателей мясной продуктивности КРС.

13. Получено на основе теоретических и экспериментальных исследований с использованием корреляционного и регрессионного анализа математическое описание технологического процесса УФО молодняка КРС для контроля и прогнозирования мясной продуктивности с указанием области применимости стандартной и бимодальной функции относительной спектральной эритемной эффективности в зависимости от величины доз области УФС, УФВ и их соотношения.

14. Разработаны рекомендации по обеспечению технологического УФ облучения области УФС и УФВ от разработанных облучательных установок на базе новых светотехнических средств и автоматизированных устройств контроля эксплуатационных характеристик с использованием полученного математического описания, которое обеспечивает увеличение привесов от 15 до 45% по сравнению с необлученными животными.

15. Установлено, что при использовании разработанных ОСУ возможен переход к рентабельному производству мясной продукции с получением прибыли от продаж до 5%.

16. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в научно-исследовательских и проектных институтах, на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях Республики Мордовия.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО

В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

  1. Коваленко О.Ю. О возможности применения перспективных источников излучения в осветительных и облучательных установках / О.Ю. Коваленко, В.В. Козырева // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. – 2008. – Вып. №4(29). – С. 9-13.
  2. Коваленко, О.Ю. Повышение эффективности оптического излучения в сельскохозяйственном производстве / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова // Механизация и электрификация сельского хозяйства.–2006.– №4. – С.18-20.
  3. Коваленко, О.Ю. Возможность использования оптического излучения для повышения производительности труда и оздоровления персонала в полиграфической промышленности / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова, М.Н. Паротькина // Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2007. – №1. – С. 26-29.
  4. Коваленко, О.Ю. Математическое моделирование воздействия оптического облучения на биообъект / О.Ю. Коваленко, Н.И. Кирилин, С.А. Овчукова // Пути повыш. эффективн. функционир. механич. и энергетич. сист. в АПК: межвуз. сб. научн. тр. – Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2003. – с.118 – 122.
  5. Коваленко, О.Ю. Физические основы действия оптического излучения на биообъект / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова // Свет без границ: Тезисы докладов VI Междун. светотех. конф. 19-21 сентября 2006 г.– Калининград, 2006. – С. 60.
  6. Коваленко, О.Ю. Основы действия оптического излучения на биообъект / О.Ю. Коваленко, С.А. Овчукова, С.А. Микаева // Инженерная физика. – 2008. – №2. –С.43-48.
  7. Коваленко, О.Ю. Облучение сельскохозяйственных животных для повышения их продуктивности / О.Ю. Коваленко // Светотехника. – 2004. – №5. – С.18-22.
  8. А. с. 1749950 СССР. МКИ3 Н 01 J 61/42. Газоразрядная лампа низкого давления с комбинированным излучением./ Коваленко О.Ю., Кокинова С.Я., Дадонов В.Ф., Овчукова С.А., Прикупец Л.Б. (Россия). – №4882061; заявл.16.11.90; опубл.22.03.92, Бюл. №27. – 3 с.: ил.
  9. Пат. 2163407 РФ. МПК7 Н 01 J 61/42. Газоразрядная лампа низкого давления / Ашрятов А.А., Коваленко О.Ю., Овчукова С.А. (Россия). – №99116802/09; заявл. 03.08.1999; опубл.20.02.2001, Бюл. №5. – 3 с.: ил.
  10. Коваленко, О.Ю. Новые возможности повышения эффективности эритемных ламп /О.Ю. Коваленко, В.Ф. Дадонов//Светотехника.–2008.– №2.–С.43-44.
  11. Коваленко, О.Ю. Некоторые аспекты совершенствования ультрафиолетовых разрядных ламп низкого давления для целей облучения животных / О.Ю. Коваленко. – Вестник МЭИ. – 2008. – №4. – С.99-101.
  12. Коваленко, О.Ю. Влияние высокочастотного импульсного питания на лучистую отдачу эритемных люминесцентных ламп / О.Ю. Коваленко // Тез. докл. тр. II Междун. светотехн. конф. 27 мая, 1995. – Суздаль,1995. – с.167.
  13. Коваленко, О.Ю. Применение эритемно-бактерицидных ламп для ультрафиолетовых облучателей / О.Ю. Коваленко, И.Р. Шашанов, В.Н. Миронов, В. А. Здоровинин // Тез. докл. научн. конф. Огаревские чтения. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1991.– с.107-109.
  14. Коваленко, О.Ю. Ультрафиолетовое облучение телят раннего возраста новыми эритемно-бактерицидными газоразрядными лампами // Функцион. морфология, болезни плодов и новорожд. животных: межвуз. сб. науч. тр. / О.Ю. Коваленко, И.Р. Шашанов, В.Н. Миронов, В. А. Здоровинин – Саранск: Изд. Мордов. ун-та, 1993.– с.107-110.
  15. Коваленко, О.Ю. Ультрафиолетовые лампы при импульсном высокочастотном питании / О.Ю.Коваленко, В.К.Самородов, А.В. Кудряшов // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. VI Междунар. науч.-техн. конф. 23-24 окт. 2008 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – С.66-67.
  16. Коваленко, О.Ю. К расчету потока излучения резонансных линий ртути в лампе НД, включаемой с электронным импульсным ПРА / О.Ю. Коваленко // Тез. докл. III Междунар. светотех. конф. 9-12 июня, 1997. – Н.-Новгород, 1997. – с.122.
  17. Коваленко, О.Ю. Повышение лучистой отдачи разрядных ламп низкого давления и стабилизация потока излучения в облучательных приборах / О.Ю. Коваленко, С.А. Микаева // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2007. – №12. – С.36-39.
  18. Коваленко, О.Ю. Параметры светотехнической установки для предпосевной обработки семян / О.Ю. Коваленко, А.В. Иванцев, С.В. Усанова // Механизация и электрификация сельского хозяйства.–1996. – № 5. – с.15-16.
  19. Коваленко, О.Ю. Светотехническая установка - имитатор Солнца / О.Ю. Коваленко, А.С. Иванцев, С.В. Усанова // Осветление' 96: тез. докл. тр. Междунар. светотехн. конфер. 9-11 октября, 1996 г. – Варна, Болгария, 1996. – с.36.
  20. Пат. 36934 РФ. МПК7 А01К 1/00. Устройство для облучения сельскохозяйственных животных / Костюченко С.В, Красночуб А.В., Васерман А.Л., Фомин В.В., Коваленко О.Ю. (Россия). – №2003135020/20; заявл. 04.12.2003; опубл. 10.04.2004, Бюл. №10. – 4 с.: ил.
  21. Пат.66888 РФ. МПК7 А01К 1/00. Устройство для облучения сельскохозяйственных животных / Ашрятов А.А., Коваленко О.Ю., Захаржевский О.А., Панфилов С.А. (Россия). – №2007119597/22; заявл. 25.05.2007; опубл. 10.10.2007, Бюл. №28. – 3 с.: ил.
  22. Коваленко, О.Ю. Облучатель для животноводства / О.Ю. Коваленко, А.А. Ашрятов, Е.Е. Молчанова // Пробл. и перспект. развития отеч. светотех., электротех. и энергетики: сб. научн. тр. IV Всерос. научн.-техн. конф. – Саранск: СВМО, 2006. – С. 110-114.
  23. Коваленко, О.Ю. Новые системы освещения и облучения в животноводческих помещениях / О.Ю. Коваленко, Л.К Алферова., О.А. Косицын, С.А. Овчукова // Экология и с.-х. техника. СЗНИИМССХ: Матер. II научн.-техн. конф. 25-27 апр., 2000 г. – Т.3.– СПб.,2000. – с.47-49.
  24. Коваленко, О.Ю. Облучатели нового поколения / О.Ю. Коваленко, Л.К. Алферова, С.А. Овчукова // Повыш. эффект. использ. с.- х. техники: Инф. вест. дисс. сов. Д063.72.04. – Вып.5. – Саранск, 2000. – с.36-40.
  25. Коваленко, О.Ю. Применение облучателей нового поколения / О.Ю. Коваленко, Л.К. Алферова, С.А. Овчукова // Светоиз. системы. Эффективность и применение: сб. науч. тр. III Всерос. науч.-техн. конф.– Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. – с.55-56.
  26. Коваленко, О.Ю. Автоматическое регулирование освещения сельскохозяйственных помещений / О.Ю. Коваленко, Г.Н. Горбачев, С.А. Овчукова, А.А. Ашрятов //Сб. научн. тр. ученых Мордов. ун-та.– Саранск: СВМО, 1999.–с.10-13.
  27. Коваленко, О.Ю. Модельный синтез профиля отражателя по заданной КСС / О.Ю. Коваленко, В.В.Афонин, О.А. Захаржевский // Пробл. и перспект. развития отеч. светотех., электротех. и энергетики: сб. науч. тр.IV Всерос. научн.-техн. конф. – Саранск: СВМО, 2006. – С. 124-130.
  28. Коваленко, О.Ю. Параметрическая оптимизация профиля зеркального отражателя / О.Ю. Коваленко, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. V Всерос. науч.-технич. конф. 25-26 окт. 2007 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007. – С.153-156.
  29. Коваленко, О.Ю. Синтез профиля отражателя осветительного прибора по задаваемой кривой силы света в ядре системы MATLAB / О.Ю. Коваленко, В.В.Афонин, О.А. Захаржевский // Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB: Тр. III Всероссийск. научн. конф.–СПб., 2007.– С.65-74.
  30. Коваленко, О.Ю. К проблеме синтеза светодиодного модуля. / О.Ю.Коваленко, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // Проблемы и перспективы развитечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. VI Междунар. науч.-технич. конф. 23-24 окт. 2008 г. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – С.38-41.
  31. Коваленко, О.Ю. Моделирование светодиодного модуля по заданной кривой силы света / О.Ю. Коваленко, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM: сб. статей II Междунар. научно-практич. конф.– Пенза: АНОО «Приволжский Дом знаний», 2008. – С.30-33.
  32. Коваленко О.Ю. Расчет модуля с ультрафиолетизлучающими диодами / О.Ю. Коваленко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – № 12. – с.24-25.
  33. Коваленко, О.Ю. Методика проектирования полусферического светодиодного модуля / О.Ю. Коваленко, О.В. Пивкин, С.А. Панфилов // Информация, сигналы, системы: вопросы методологии, анализа и синтеза: матер. междунар. научн. конф.– Ч.5. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. – С. 20-23.
  34. Коваленко, О.Ю. Определение потерь светового потока в светодиодном модуле / О.Ю. Коваленко, И.Г. Башмаков, О.В. Пивкин // Естественно-научные исследования: теории, методы, практика: межвуз. сб. научн. тр. – Саранск: Ковылк. тип. – 2008. – Вып. VI. – С.3-8