Повышение выводимости куриных яиц за счет разработки и применения импульсного источника высокого напряжения

Отклик биологической системы на внешнее воздействие зависит как от состояния самой системы, так и от соответствия ей условий роста и развития. В литературе [8, 12, 33, 48, 81, 83] отмечается, что одним из условий роста и развития биологической системы является солнечная активность, определяемая среднегодовыми числами Вольфа. Периодические вариации солнечной активности, связанные с вращением Солнца вокруг своей оси, приводят к изменению физических характеристик межпланетной среды в околоземном пространстве.

Живые организмы тесно связаны с окружающей средой. Функционально-динамические свойства любого организма зависят от его приспособленности к условиям существования, что и определяет сущность гомеостаза живых существ. Таким образом, динамическое единство и равновесие, — в котором находится живой организм с внешней средой, определяется многочисленными факторами.

До последнего времени основными факторами внешней среды, определяющими гомеостаз живых организмов, считались температура и влажность воздуха, освещенность, т. е. комплекс который входит в понятие метеорологических условий среды. Воздействие этого комплекса на биологию живого организма изучается давно.

Установлено [6, 27, 79, 81, 82, 84, 85, 86], что в биосфере постоянно происходят периодические электромагнитные процессы с частотами, распределенными по всему известному электромагнитному спектру. Поэтому можно предполагать, что любой участок этого природного электромагнитного спектра сыграл ту или иную роль в эволюции живых организмов, а это, так или иначе, отразилось на биологических процессах их жизнедеятельности. Можно сказать, что любой участок спектра в той или иной степени биологически активен.

Известно [73], что в воздухе имеется вертикальное электрическое поле Е величиной 100 — 130 В/м. Знак поля отвечает отрицательному заряду земной поверхности. Разность потенциалов между поверхностью Земли и верхом атмосферы равна почти 400 000 В. От неба к земле все время течет слабый ток, вызываемый электрическим полем. Плотность его мала: через каждый квадратный метр, параллельной Земле поверхности, проходит около 10~6 мкА. Проводимость воздуха весьма переменчива — она очень чувствительна к его «засоренности». Над сушей этого «сора» много больше, чем над моремветер поднимает пыль с земли, да и человек всячески загрязняет воздух. Значительный интерес представляет изменение проводимости близ земной поверхности от момента к моменту. Наблюдается суточная вариация электрического поля, где ток приблизительно меняется на 15% и достигает наибольшего значения в 7 часов вечера по лондонскому времени, независимо от места измерения. Электрическое поле в каждой точке над земной поверхностью тоже меняется (табл. 1.1), потому что ток, текущий сверху вниз, в разных местах примерно одинаков, а изменения проводимости у земной поверхности приводят к вариациям поля (рис. 1.1).

Таблица 1.1.

Электрическое поле в атмосфере Земли.

Высота, км 0 0,5 1,5 3 6 12.

Напряженность, В/м 130 50 30 20 10 2,5 .

Следовательно, в разных районах страны и в разное время года и суток наблюдается и разное воздействие электрического поля на жизнедеятельность биологических объектов.

Однако вопрос о многообразном биологическом влиянии естественных магнитных и электрических полей остается недостаточно изученным.

Считают, что одной из причин недостаточного внимания к факторам внешней среды, не менее важным, чем метеорологические является то, что у живых организмов нет видимых рецепторов, которые могли бы обнаружить изменения параметров естественных электромагнитных полей, подобно остальным органам чувств.

ГIIIL.

0 6 12 18 24.

Часы (по Гринвичу).

Рис. 1.1. Средняя суточная вариация градиента потенциала атмосферы в ясную погоду над океаном. ^.

Очевидно, это обусловило негативное отношение к разработке проблемы о влиянии естественных магнитных и электрических полей на человека, животных и растительный мир.

В настоящее время проблемы электромагнитной экологии становятся все более актуальными. Это связано с новыми данными о восприятии живыми организмами слабых электрических и магнитных полей низкочастотного диапазона. Возникает необходимость оценить устойчивость организмов к воздействию слабых электрических полей естественных и техногенных источников.

Следовательно, изучение воздействия естественных и искусственных электромагнитных полей на жизнедеятельность живых организмов является актуальной темой научного исследования.

Живые организмы [2, 13, 18, 38, 39, 46, 74] представляют собой сложные гетерогенные системы, в которых биоколлоидам и физико-химическим реакциям принадлежит ведущая роль. В этом плане яйцо сельскохозяйственной птицы является уникальным биологическим объектом для исследования. Кроме того, яйцо птицы, особенно курицы, является ценным продуктом питания и основным материалом в инкубации, от которой зависит промышленное птицеводство и соответственно обеспечение населения страны конкурентоспособными отечественными продовольственными товарами. Поэтому в промышленном птицеводстве преобладающее значение имеет инкубация куриных яиц в виду значительного спроса на мясо и яйца кур.

В настоящее время процесс искусственной инкубации представляет собой интенсивное производство с применением различного технологического и вспомогательного оборудования инкубации яиц, в составе которого большое наличие электротехнических средств, техногенных источников электрических полей.

Существуют различные способы искусственной инкубации [23], направленные на повышение вывода цыплят, содержащие дезинфекцию и стимуляцию роста и развития эмбриона: механические — на, 5,9−6,8%- химические — на 4,0−5,5%- физические — на 3,8−6,0%- биологические на 8−10%- электрофизические — на 8−10%.

Электрофизический способ инкубации является более эффективным в отличие от остальных и позволяет: уменьшить материальные затратымаксимально приблизиться к современным экологическим требованиямкомплексно воздействовать на биологические объекты, включая дезинфекцию и стимуляцию роста эмбрионаповысить экономическую эффективность производства.

Известно [68], что при обработке яиц электромагнитным полем в контрольной группе вывод здоровых цыплят составил 80,0%. В группе при предынкубационной обработке электромагнитным полем с напряжением на устройстве 30 В и продолжительностью 1 минута — 84,2%. В группе при обработке электромагнитным полем с напряжением на устройстве 220 В после их инкубации в течение 6 часов с продолжительностью обработки 30 секунд вывод цыплят составил 82,2%.

При обработке электрическим полем [23] продолжительностью 1 с выводимость яиц составила 86%.

Эффективность электрофизического способа инкубации определяется электротехнологической установкой, где основным элементом является источник высокого напряжения.

В связи с этим актуальным является проведение исследований по повышению выводимости куриных яиц за счет разработки и применения импульсного источника высокого напряжения.

Актуальность настоящей диссертационной работы определяется необходимостью повышения выводимости куриных яиц.

Состояние изученности проблемы:

Проблемы в области искусственной инкубации яиц в России изучали многие ученые, в том числе: Боголюбский С. И., Вандышев А., Дель В. А., Ивашкин В. А., Найденский М. С., Нерубенко Г. В., Отрыганьев Г. К., Отрыганьева А. Ф., Толстопятов М. В., Третьяков Н. П. и другие.

Значительный вклад в исследование электрофизического способа инкубации внесли такие ученые, как: Вихлянцев С. Д., Баев В. И., Булат А. Д., Небогатиков Г. В. и др.

Вместе с тем вопросы обработки яиц импульсным электрическим полем изучены недостаточно. Высокая значимость исследуемой проблемы и неразработанность ряда методических и практических аспектов определили выбор темы, цель и задачи диссертационного исследования.

Целью диссертационной работы является повышение выводимости куриных яиц за счет разработки и применения импульсного источника высокого напряжения.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Провести обзор и анализ технологий промышленной инкубации.

2. Обосновать возможность импульсной обработки яиц курицы и параметров импульсного источника высокого напряжения.

3. Описать теорию рабочего процесса импульсного источника высокого напряжения, применяемого для обработки куриных яиц.

4. Разработать импульсный источник высокого напряжения для обработки инкубационных яиц кур.

5. Выполнить лабораторные и производственные исследования импульсного источника высокого напряжения и влияния импульсного электрического поля на инкубационные яйца кур.

6. Разработать рекомендации по применению импульсного источника высокого напряжения для обработки инкубационных яиц электрическим полем на инкубаторно-птицеводческих станциях и птицефабриках.

7. Произвести технико-экономический расчет внедрения импульсного источника высокого напряжения на инкубаторно-птицеводческих станциях и птицефабриках.

Методика исследования: для достижения поставленной цели и решения комплекса задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнялись на основе известных положений, использовались аналитические и графические методы, а также математические законы. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях по существующим и разработанным частным методикам.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснована возможность импульсной обработки яиц.

2. Описан рабочий процесс импульсного источника высокого напряжения при обработке куриных яиц.

3. Разработан импульсный источник высокого напряжения для обработки инкубационных яиц кур. 4. Разработаны рекомендации по применению импульсного источника высокого напряжения для обработки инкубационных яиц электрическим полем на инкубаторно-птицеводческих станциях и птицефабриках. Практическая ценность работы состоит в том, что: разработан и создан импульсный источник высокого напряжения для обработки инкубационных яиц кур. На примере птицефабрик показана возможность повышения выводимости куриных яиц на 8−10%. Разработаны рекомендации по применению импульсного источника высокого напряжения для обработки инкубационных яиц электрическим полем на инкубаторно-птицеводческих станциях и птицефабриках. Результаты исследования могут быть востребованы региональными органами исполнительной власти при формировании политики развития агропромышленного комплекса, а также птицефабриками и инкубаторно-птицеводческими станциями для повышения рентабельности производства. ¦.: .

Реализация результатов осуществлена: на ОАО «Тольяттинская птицефабрика», ООО «Птицефабрика Камышинская» и Камышинской инкубаторно-птицеводческой станции (ИПС).

Способ принят к внедрению ИПС г. Камышин, ООО «Птицефабрика Камышинская» и ОАО «Тольяттинская птицефабрика».

Результаты исследований докладывались и обсуждались на: международных и межвузовских научно-практических конференциях: Тольяттинского ВТИ. в 2006, 2007 годахТольяттинского ГУ в 2007 годуТольяттинского ГУС в 2007 годузаседании кафедры «Эксплуатация электрооборудования и электрические машины» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2006 годузаседании технического совета. ОАО «Тольяттинская птицефабрика» в 2008 году.

Основные результаты диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе две работы в реферируемых изданиях, указанных в «Перечне ведущих журналов и изданий.» ВАК Минобразования и науки РФ).

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. ,.

Общие выводы.

1. Обзор и анализ современного инкубационного оборудования показывает, что одним из направлений совершенствования инкубационного оборудования промышленного птицеводства является разработка и внедрение оборудования, дополняющего уже существующее основное оборудование, что позволяет повысить вывод цыплят, сократить его себестоимость и сделав производство более рентабельным. Обобщение данных применения различных эффективных технологий и их анализ показывает, что существующие технологии и оборудование обработки инкубационных яиц не соответствуют современным требованиям эргономичности, экологической безопасности и в комплексе не позволяют добиться высокой эффективности производства.

2. Анализ применения электротехнологий в птицеводстве и промышленной инкубации показывает, что для повышения выводимости куриных яиц перспективной является обработка импульсным электрическим полем. Выявлено, что для повышения эффективности инкубации куриных яиц можно использовать импульсное электрическое поле напряженностью Е<40 кВ/м и длительностью т>10−6 с.

3. Для обоснования параметров ИИВН разработана теория рабочего процесса формирования импульсов и установлены количественные связи между электрическими характеристиками и значениями параметров схемы. Выявлены условия формирования однополярных импульсов.

4. Рассмотрено 6 вариантов ИИВН и выделено три рациональных варианта емкостно-индуктивных генераторов импульсов. При обработке одного лотка, содержащего 100−150 яиц, следует использовать ИИВН с динисторным коммутатором, а при одновременной обработке до 500 яиц — целесообразнее ИИВН с тиристорным коммутатором. Полученные значения параметров элементов и схемы, позволяют реализовывать экспериментальный образец ИИВН с электродным пакетом на 1 лоток, тиристорным коммутатором, импульсной мощностью 40 Вт, амплитудным вторичным напряжением 4 кВ и переменным питающим напряжением 80 В для технологической обработки яиц в импульсном электрическом поле.

5. Для достоверной оценки работы импульсного источника высокого напряжения и влияния импульсного электрического поля на инкубационные яйца кур была применена методика дисперсионно-регрессионного анализа. Установлено, что наиболее значимым фактором является величина напряженности электрического поля, а фактор длительности воздействия оказывает незначительное воздействие. Экспериментальные исследования влияния электрического поля на инкубационные яйца кур доказали, что при напряженности электрического поля в пределах от 35 до 40 кВ/м, превышение выводимости над контролем составляет 10%.

6. Разработанные рекомендации по применению импульсного источника высокого напряжения для обработки инкубационных яиц электрическим полем на инкубаторно-птицеводческих станциях и птицефабриках позволяют проводить обработку в комплексе с общей технологией инкубации с использованием уже существующего оборудования.

7. Технико-экономический расчет показывает эффективность применения обработки яиц импульсным электрическим полем. Снижение себестоимости суточного цыпленка составляет 1,52 руб. Величина экономического эффекта составляет 21 512 руб/год. Дополнительные капитальные вложения окупаются за 1 год.