Методика расчета основных геометрических параметров светоловушки Текст научной статьи по специальности «Математика»

одних веществ в присутствии других, однонаправленных по воздействию на организм человека. Учитывая, что в составе отработавших газов присутствует до 1200 компонентов, по данным литературы определены следующие значения % (табл. 2).

Таблица 2 Данные о компонентах помещений при использовании МТА для механизации процессов

Компоненты атмосферы Коэффициент бинарности Yf

Оксид углерода 1,55

Углеводороды (к СН4) 1,33

Оксиды азота 3,00

Сажа (тч) 1,30

Параметр оптимизации — удельный приведенный нормообъем: для дизелей без наддува:

□ f m 4Д48 ■ 10 "Т°^ ^ ^ Gt

’em ' Ро f = 1 III — 1

иэт =

m

2 Ne m = 1

■(&„ + 0.067S); (19)

для дизелей с газотурбинным наддувом:

г, f 111

4,148 ■ IQ-3'

u,T= J

Таким образом, выражение (5) представляется моделью рассеяния отработавших газов в атмосфере помещения.

Заключение

Показано, что с учетом массообмена воздуха в складах сельскохозяйственной продукции параметрами оптимизации могут выступать максимальные концентрации вредных веществ в атмосфере и удельные нормообъемы, рассчитанные с учетом используемой мобильной техники.

Библиографический список

1. Детри Ж.П. Атмосфера должна быть чистой. — М.: Прогресс, 1973. — 379 с.

2. Мельберт А.А. Повышение экологической безопасности поршневых двигателей: монография. — Новосибирск: Наука, 2003. — 170 с.

3. Стопорева Т. А., Новоселов А. Л. Методика оценки распространения в атмосфере и на поверхности почв токсичных веществ, выбрасываемых с отработавшими газами дизеля // Вестник АГАУ. — 2010. — № 5. — С. 57-61.

4. Новоселов А.Л., Мельберт А.А., Жуйкова А.А. Снижение вредных выбросов дизелей / под ред. д.т.н., проф. А.Л. Новоселова. — Новосибирск: Наука, 2007. — 139 с.

УДК 681.7.069.32

Д.О. Суринский, А.Г. Возмилов, Ю.Н. Варфоломеев

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СВЕТОЛОВУШКИ

Ключевые слова: светоловушка однощелевая, мониторинг численности и вида насекомых вредителей, светодиод, геометрические параметры.

Введение

Известны конструкции светоловушек — трехконфузорная, трехщелевая и однощелевая (патент № 85799, № 97245) для мониторинга численности и видов насекомых. Наиболее эффективной в работе была однощелевая светоловушка. Рассмотрен вопрос методики расчета основных геометрических параметров светоловушки [1, 2].

На рисунке 1 представлен общий вид светового пучка, испускаемого однощелевой светоловушкой в пространстве, выполненный с помощью компьютерного моделирования.

Анализ конструкции однощелевой свето-ловушки показал, что к основным ее геометрическим параметрам относятся высота светоловушки d1, радиус светоловушки г, угол а между вертикальными стенками улавливающего жерла светоловушки. Выясним, отчего зависит видимость светодиодов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, следовательно, объем эффективного улавливания насекомых.

Рис. 1. Общий вид светового пучка, испускаемого однощелевой световой ловушкой

На рисунке 2 представлена однощелевая светоловушка в трех геометрических проекциях (спереди, сверху и сбоку) с проекцией излучаемого ей светового пучка на вертикальную плоскость, расположенную напротив жерла светоловушки.

Рис. 2. Однощелевая светоловушка в трех геометрических проекциях (спереди, сверху и сбоку) с проекцией излучаемого ей светового пучка на вертикальную плоскость

Для более наглядного представления картины, возникающей при проецировании светового пучка на вертикальную плоскость, приведем рисунок 3, на котором изображено фото падающего на стену света, излучаемого из жерла светоловушки.

Рис. 3. Фото падающего на стену света, излучаемого из жерла светоловушки

С учетом вышеизложенного рассмотрим более детально вид сверху и вид сбоку светоловушки с обозначением геометрических параметров (рис. 4).

Рис. 4. Вид сверху и вид сбоку светоловушки с обозначением геометрических параметров

Видимость светодиодов ловушки в горизонтальной плоскости будет определяться углом а между вертикальными стенками улавливающего жерла светоловушек, который задается напрямую при конструировании светоловушек и не зависит от других геометрических параметров, таких как радиус, высота ловушки, расстояние до нее. Видимость светодиодов в вертикальной плоскости d2 определяется углом Я. Чтобы определить, от каких геометрических параметров зависит d2, проведем ряд преобразований.

Рассмотрим ДВСD:

в d2 / 2 d2

= ~^~ = . (1)

L 2 • L

Рассмотрим ACFG:

в d / 2 d,

tg 2 = -±— = -k (2) 2 r / 2 r

Приравняв правые части уравнений (1) и

(2), получим:

d2

2 • L

Выразим из (3) d2:

d,

r

(3)

d2 = 2

r

Таким образом, видимость светового потока светодиодов в вертикальной плоскости d2 имеет прямо пропорциональную зависимость от расстояния от светоловушки до рассматриваемой плоскости L, высоты све-толовушки d1 и обратно пропор-циональную зависимость от радиуса самой свето-ловушки r. Для дальнейшего рассмотрения примем во внимание только геометрические параметры светоловушки — d1 и г. [3] Методика расчета объема пространства, распространения светового потока.

Рис. S. Объем пространства распространения светового потока

Рассмотрим объем пространства распространения светового потока (рис. 5). На рисунке также присутствуют дополнительные построения, необходимые для определения геометрических параметров светового пучка светоловушки и нахождения объема пространства распространения светового потока.

Линия с серединой в т. О — линия расположения светодиодов в светоловушке.

Плоскость abcd — поверхность жерла на «входе» светоловушки.

Плоскость ABCD — поверхность на некотором рассматриваемом расстоянии от све-толовушки, где наблюдается видимость све-

тового потока светодиодов, ограниченного плоскостью abcd.

Объем пространства распространения светового потока V (объем, ограниченный точками фигуры abcdABCD), охватываемый одной однощелевой светоловушкой, складывается из объемов нескольких геометрических фигур — параллелепипед abcda'b'd'c', четырех треугольных призм: аЬа'Ь'В'А', ЬсЬ'с^Е, cdc'd'D'C' и adA'D'F'E'; а также четырех пирамид: АА'а'Е'а, Ь'В'ВЕЬ, сТСС'с и d'D'DF'd. Обозначим объем параллелепипеда abcda'b'd'c', равный V,. Так как пирамида правильная, она обладает симметричностью составляющих элементов. Объемы призм аЬа'Ь'В'А' и cdc'd'D'C' равны между собой, обозначим их V2. Объемы призм ЬсЬ'с^Е и adA'D'F'E' также равны между собой, обозначим их Vз. Объемы пирамид АА'а'Е'а, Ь'В'ВЕЬ, с^СС'с и d'D'DF'd тоже равны, обозначим их V4. Таким образом, объем пространства распространения светового потока будет равен:

V = V! + 2V2 + 2Vз + 4V4, (4)

где V! — объем параллелепипеда

abcda'b'd'c';

V2 — объем треугольной призмы

аЬа'Ь'В'А';

Vз — объем треугольной призмы adA'D'F'E';

V4 — объем пирамиды АА'а'Е'а. Объем V! параллелепипеда найдем по формуле:

V1 = ab*bc*L, где аЬ = 2*z*tg(а/2);

Ьс = 2*z*tg(P/2);

z = Oh — расстояние от светодиода до плоскости жерла.

Таким образом,

V1 = 4*z2*L* tg(a/2)_ *tg(P/2). _ (5)

Объем V2 треугольной призмы найдем по формуле:

V2 = аЬ^*а'А', где а'А' = L*tg(P/2).

Таким образом,

V2 = 2*z*L2*tg(a/2)*tg(P/2). _ (6)

Объем Vз треугольной призмы найдем по формуле:

Vз = bc*L*а'E', где а'Е'^* tg(а/2).

Таким образом,

V3 = 2*z*L2*tg(a/2)*tg(P/2).

(7)

Объем V4 пирамиды найдем по формуле:

V4 = (1/3)*L*а'A'*а'E' =

= (1/3)^3Чд(а/2)Чд(Р/2). (8)

Подставляя в формулу (4) выражения (5), (6), (7) и (8), найдем объем V усеченной пирамиды:

O

C

V = 4*z2*L* tg(a/2) *tg(P/2) +

+ 2*(2*z*L2*tg(a/2)*tg(P/2)) +

+ 2*(2*z*L2*tg(a/2)*tg(P/2) + 4*(1/3)*L3*tg(a/2)*tg(P/2). (9)

Раскрыв скобки и вынеся общие множители за скобки, можно получить следующее выражение:

V = (4/3)*L* tg(a/2) *tg(P/2) *(3*z2 +

+ 6*z*L + L2). (10)

Таким образом, функция объема зависит от четырех величин V = f(z, L, a, P).

Выводы

Наибольшего охвата по вертикали можно добиться, либо увеличивая d1, либо уменьшая r. Сильно уменьшать радиус не имеет смысла, т.к. должен быть буферный объем внутри светоловушки для нахождения пойманных насекомых. Увеличение вертикального охвата можно добиться увеличением высоты одной светоловушки либо расположением нескольких светоловушек одна над другой на одной оси. Последний вариант представляется более выгодным, т.к. расположенные на одной оси друг над другом однощелевые светоловушки можно повернуть на разные углы относительно оси, обеспечив также бульшую по сравнению с одной светоловушкой зону горизонтального охвата.

Охвата зоны 360° в горизонтальной плоскости вокруг светоловушек можно добиться при конструкции из трех однощелевых светоловушек, расположенных на одной оси друг над другом, и при угле a для каждой светоловушки, равным 120°.

Данная конструкция обеспечит как наи-большой объем действия световых ловушек, так и более эффективное улавливание насекомых для проведения мониторинга численности насекомых-вредителей [4].

Библиографический список

1. Патент на полезную модель № 85799. Световая ловушка для насекомых / А.Г. Возмилов, О.Д. Суринский, П.М. Михайлов, С.П. Ракецкий, А.В. Козлов. Заявка № 2009115955. Приоритет полезной модели 27 апреля 2009. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 20 августа 2009 г.

2. Патент на полезную модель № 97245. Световая ловушка для насекомых / А.Г. Возмилов, О.Д. Суринский, П.М. Михайлов, С.П. Ракецкий, А.В. Козлов. Заявка № 2009100867. Приоритет полезной модели 11 января 2009. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 сентября 2010 г.

3. Возмилов А.Г., Дюрягин А.Ю., Су-ринский Д.О. Методика расчета основных геометрических параметров однощелевой светоловушки // Достижения науки и техники в АПК. — 2011. — № 4. — С. 77-78.

4. Возмилов А.Г., Дюрягин А.Ю., Суринский Д.О. Светоловушки для проведения мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей // Достижения науки и техники в АПК. — 2011. — № 7. — С. 76-78.

+ + +