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:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

«В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть 1 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 510.652 О ЧИСЛОВОЙ ФОРМЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И О РАСШИРЕНИИ МНОЖЕСТВА ...»

-- [ Страница 3 ] --

Наибольшая численность насекомоядных отмечена в частично увлажненных биотопах, с развитым густым и высоким травостоем, обильной рыхлой подстилкой из сухой травы и, как следствие, обилием беспозвоночных (22 – 31,2%). В лесных местообитаниях, с густым травяни стым покровом и подстилкой состоящей из опавших листьев и хвои, обилие насекомоядных также велико (17,2 – 19,8%). На городской свалке, несмотря на максимальное количество от ловленных зверьков, численность насекомоядных по отношению к грызунам не высокая (12,7%), хотя здесь наблюдается высокий и густой травостой, с обильной рыхлой подстилкой из сухой травы (табл. 1). Вероятно, на данный факт повлияла сухая и твердая задернованная почва, не позволяющая бурозубкам успешно охотиться на почвенных беспозвоночных.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Таблица Соотношение насекомоядных среди всех видов мелких млекопитающих из разных биотопов окрестностей г. Бийска Биотоп Количество конусо- Кол-во отловленных Доля насекомояд суток зверьков ных, % Сосновый бор по р.Бия 484 136 19, Березовый лес 490 169 17, Разнотравный луг 490 149 24, Пастбища 450 202 7, Агроценоз (поле гречихи) 486 373 4, Садоводство 475 159 Пойма р. Обь 470 109 31, Городская свалка 495 568 12, Всего 3840 1865 14, Меньше всего насекомоядных отмечено на пастбищах и на полях (4,8 – 7,4%). На паст бищах стравленный и разреженный травянистый покров, и отсутствие подстилки, неблагопри ятны для жизни бурозубок, так как не предоставляют им необходимых укрытий от хищных птиц и высокой инсоляции. Вместе с этим для данного биотопа характерна твердая и сухая за дернованная почва, не позволяющая зверькам охотиться на беспозвоночных. Агроценозы также редко населяются землеройками, в связи с отсутствием подстилки и ежегодного разрушения нор во время распашки.

Повидовой обзор Обыкновенная бурозубка (Sorex araneus Linnaeus, 1758) – в наших уловах это самый мно гочисленный вид среди землероек (44%).

В большинстве обследованных биотопов, кроме пастбищ и городской свалки, обыкно венная бурозубка превосходит по численности другие виды землероек (табл.2). Наибольшая ее численность отмечена в садоводстве, на разнотравном лугу, в березовом лесу, пойме и в сосня ке (5,5 – 2 особей на 100 к-с), а в агроценозе делит первое место с тундряной (1,4). Доминиро вание этой бурозубки над другими видами, как в лесных, так и в открытых и пойменных био топах указывает на ее эвритопность. Б.С. Юдин в своей работе [1], приводит обыкновенную бурозубку в качестве доминирующего вида среди землероек таежной, лесостепной и степной зон Западной Сибири.

Из 117 отловленных бурозубок, 6,8% (n = 8) приходится на взрослых перезимовавших и 93,2% (n = 109) на молодых особей. В течение сезона их соотношение меняется. Так, весной в популяции встречались только взрослые животные – 100% (n = 4), однако летом за счет интен сивного размножения перезимовавших особей, соотношение изменяется в пользу сеголеток – 96,8% (n = 61), при чем та же ситуация сохраняется и осенью – взрослые 4% (n = 2), молодые 96% (n = 48). В уловах, как среди взрослых, так и среди молодых особей соотношение полов смещено в пользу самцов. Так, среди взрослых бурозубок доля самцов составляет 62,5%, а в группе молодых – 59,6%. По данным Б.С. Юдина [1], в группе молодых зверьков, из разных районов Западной Сибири, соотношение полов было примерно равное, а в группе взрослых – самцы доминировали над самками.

Тундряная бурозубка (Sorex tundrensis Merriam, 1900) – в общих уловах землероек доля данного вида составляет 26,3%.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть По характеру биотопического распределения тундряная бурозубка является политопной формой, занимая биотопы с разнообразными условиями, от тундр до лесостепи и степи, но при этом характерна ее привязанность к открытым ландшафтам [1;

6]. В окрестностях г. Бийска тундряная бурозубка отмечена во всех биотопах, с наибольшим обилием населяя открытые ме стообитания с густым и высоким травостоем. Максимальная ее численность отмечена на го родской свалке (7,5 особей на 100 к-с), также лидирующее положение в сообществах бурозубок она занимает на пастбищах (1,6) и в агроценозе, где делит первое место с обыкновенной буро зубкой (1,4). Обычна тундряная бурозубка в сосновом бору (1,4), редким видом является на разнотравном лугу, в садоводстве, березовом лесу и пойме (0,8 – 0,2) (табл. 2).

За время учетов на долю взрослых бурозубок пришлось 8,6% (n = 6) и 91,4% (n = 64) на молодых особей. Весной молодые зверьки в популяции не отмечены, в это время нами были отловлены только две взрослые бурозубки (1 самец и 1 самка). Основной прирост сеголеток происходит в июне, где они уже доминируют над перезимовавшими, а в целом за летний пери од доля молодых составила 91,1% (n = 41). Взрослые зверьки встречались вплоть до августа, а осенью популяция состояла только из прибылых бурозубок (n = 23). По половому составу сам цы доминировали над самками, как в группе взрослых, так и среди молодых зверьков, однако среди перезимовавших особей доля самцов была больше, чем в группе молодых (66,7% и 56,3%). Вероятно, такая разница объясняется большей активностью взрослых самцов во время размножения. За время исследований поймана одна самка с 9 эмбрионами. Столько же эмбрио нов было у самки, пойманной в окрестностях с. Кожевниково Томской области на южной пе риферии тайги [1].

Средняя бурозубка (Sorex caecutiens Laxmann, 1788) – в сообществах землероек окрест ностей г. Бийска доля этой бурозубки незначительна (9%), так как данный вид больше предпо читает таежные ландшафты.

Средняя бурозубка ни в одном из обследованных биотопов, среди насекомоядных, не до минирует по численности, а занимает в основном второстепенное положение. Наиболее высо кая численность этого вида зарегистрирована в наиболее увлажненном и разнообразном по экологическим условиям пойменном биотопе (1,5 особи на 100 к-с), обычна она в сосновом бо ру (1,4). Редким видом средняя бурозубка является в садоводстве, на разнотравном лугу, агро ценозе, на свалке и на пастбищах (0,6 – 0,2), в березовом лесу не поймана (табл. 2).

Подавляющее большинство отловленных средних бурозубок относятся к молодым осо бям (91,7%;

n = 22), взрослые зверьки составляют всего лишь 8,3% (n = 2). Из-за небольшого числа отловленных бурозубок, оценить истинное соотношение возрастов, в течение сезона, не представляется возможным, однако общая тенденция сходна с другими видами. Молодые зверьки составляют основу популяции летом (92,9%;

n = 13), а осенью в уловах составляют 100% (n = 9). Две взрослые бурозубки, пойманные за сезон, относились к самцам, а среди сего леток наблюдалось доминирование самок (54,5%). По данным Б.С. Юдина [1], в разных рай онах Западной Сибири, как среди взрослых особей, так и среди молодых, практически всегда доминировали самцы, и только в окрестностях Новосибирска в группе прибылых преобладали самки. Один молодой самец, пойманный нами в конце августа, имел увеличенные семенники (5,5 на 4 мм), что позволяет предположить, что некоторые сеголетки начинают размножаться в год своего рождения. На размножении молодых особей в год своего рождения указывали также другие авторы [7;

8].

Малая бурозубка (Sorex minutus Linnaeus, 1766) – данный вид занимает третье место в со обществах бурозубок окрестностей г. Бийска (20%).

По литературным данным [1], малая бурозубка в Западной Сибири, как и обыкновенная, населяет самые разнообразные по экологическим условиям ландшафты, от тундры до лесосте пи и степи, но наибольшей численности достигает в увлажненных пойменных биотопах, по кромкам болот и прибрежным зарослям озер. Нами малая бурозубка отлавливалась во всех биотопах, но нигде не являлась лидером (табл. 2). С максимальным обилием она населяет наи более высокотравный и богатый по количеству пищи полигон бытовых отходов (4,8 особей на 100 к-с), обычна малая бурозубка в пойме (1,7) и в березовом лесу (1,2). На пастбищах, разно травном лугу, в сосновом бору, садоводстве и на поле гречихи малая бурозубка редка (0,9 – 0,4).

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть За сезон исследований из 53 пойманных малых бурозубок, 86,8% (n = 46) приходится на молодых зверьков и 13,2% (n = 7) на взрослых. Весной основу популяции составляют перези мовавшие особи, которые в уловах представлены двумя самцами. Первые молодые зверьки на чинают встречаться в июне, начиная с которого они уже значительно преобладают над взрос лыми, составляя летом 92,9% (n = 26), а осенью 87% (n = 20). Половой состав характеризуется преобладанием самцов, как среди взрослых (57,1%), так и среди молодняка (54,3%). Также на преобладании самцов в популяции малой бурозубки, из разных районов Западной Сибири, ука зывал Б.С. Юдин, и только в одном случае, в сборах из окрестностей Новосибирска, среди мо лодых зверьков наблюдалось большее количество самок [1]. Некоторые сеголетки малой буро зубки начинают размножаться в год своего рождения, об этом свидетельствует пойманная в конце сентября молодая самка, имевшая в матке послеплодные пятна. На данный факт указы вали в своих работах Б.С. Юдин и Л.В. Пожидаева [1;

9].

Сибирская белозубка (Crocidura sibirica Dukelsky, 1930) – в наших уловах встречалась единично (0,7%).

По литературным данным [6], сибирская белозубка найдена в отрогах Северо-Западного Алтая, в Центральном Алтае, в Северном Алтае у Горно-Алтайска, Маймы, Красногорска. В Алтайском крае известны находки в Верхобском бору, между Барнаулом и Бийском. Нами бы ли отловлены две особи, одна добыта 23 августа в пойме, другая поймана 29 августа в сосновом бору (по 0,2 особи на 100 к-с) (табл. 2). Обе пойманные белозубки относились к молодым непо ловозрелым зверькам (самец и самка), вероятно расселяющимся.

Итак, наибольшая численность насекомоядных в окрестностях г. Бийска была отмечена в пойме, на разнотравном лугу, в садоводстве, сосновом и березовом лесах, т.е. как в увлажнен ных, так и в относительно сухих биотопах, с развитым травостоем и обильной подстилкой со стоящей из сухой рыхлой травы или опавшей листвы. В биотопах с сухой и твердой задерно ванной почвой (пастбища и городская свалка), в связи с трудностью добычи насекомых, обилие землероек меньше. Количественный состав всех насекомоядных, отмеченных нами в 2009 году был представлен 7 видами: обыкновенный еж, сибирский крот, обыкновенная, тундряная, сред няя, малая бурозубки и сибирская белозубка. Доминирующим видом в сообществах землероек является обыкновенная бурозубка, превосходящая по численности другие виды в большинстве из обследованных мест. Также велика доля тундряной бурозубки, отмеченной во всех биото пах, но с наибольшим обилием населяющей открытые местообитания (городская свалка, паст бища и агроценоз). Эти два вида, занимая биотопы с разнообразными природными условиями во многих ландшафтах, относятся к политопным формам [1].

Таблица Численность и биотопическое распределение насекомоядных в окрестностях г. Бийска, особей на 100 к-с Биотоп Sorex ara- Sorex tun- Sorex caecu- Sorex minu- Crocidura neus drensis tiens tus sibirica Сосновый бор по р. Бия 1,9 1,4 1,4 0,6 0, Березовый лес 4,1 0,6 - 1,2 Разнотравный луг 5,3 0,8 0,4 0,8 Пастбища 0,7 1,6 0,2 0,9 Агроценоз 1,4 1,4 0,4 0,4 Садоводство 5,5 0,8 0,6 0,4 Пойма р. Обь 3,6 0,2 1,5 1,7 0, Городская свалка 1,8 7,5 0,4 4,8 Всего особей 117 70 24 53 В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Основу популяций землероек весной, составляют только перезимовавшие зверьки, но к лету и осени за счет их интенсивного размножения и повышенной смертности, популяция практически полностью обновляется и состоит в подавляющем большинстве из молодых осо бей. Большая часть сеголеток начинает вступать в размножение только весной следующего го да, однако при благоприятных условиях некоторые особи могут принимать участие в размно жении и в год своего рождения. Об этом свидетельствуют как наши, так и литературные дан ные [1;

7;

8;

9]. Соотношение полов характеризуется преобладанием самцов в группе взрослых и молодых особей, однако среди взрослых доля самцов выше, чем таковая у сеголеток. Вероят но, это объясняется большей активностью перезимовавших самцов во время спаривания, и со ответственно их повышенной попадаемостью в канавки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 1. Юдин Б. С. Экология бурозубок (род Sorex) Западной Сибири // Вопросы экологии, зоогео графии и систематики животных. – 1962. – Вып. 8. – С. 33 – 134.

2. Кузякин А. П. Зоогеография СССР // Учен. зап. Моск. пед. ин-та им. Н.К. Крупской. – 1962.

– Т. 109. – С. 3 – 182.

3. Громов, И. М. Млекопитающие фауны СССР. Определитель/ И. М. Громов, А. А. Гуреев, Г.

А. Новиков, И. И. Соколов, П. П. Стрелков, К. К. Чапский. – Часть 1. – М.-Л.: ЗИН АН СССР, 1963.

– 639 с.

4. Юдин, Б. С. Насекомоядные млекопитающие Сибири/ Б. С. Юдин. – Новосибирск: Наука, 1971. – 171 с.

5. Кузнецов, Б. А. Определитель позвоночных животных фауны СССР. Млекопитающие/ Б.

А. Кузнецов. – Часть 3. – М.: «Просвещение», 1975. – 208 с.

6. Юдин, Б. С. Млекопитающие Алтае-Саянской горной страны/ Б. С. Юдин, Л. И. Галкина, А. Ф. Потапкина. – Новосибирск: Наука, 1979. – 293 с.

7. Кучин, А. П. Флора и фауна Алтая/ А. П. Кучин. – Горно-Алтайск, 2001. – 264 с.

8. Слуту И.М. Экология мелких млекопитающих Сибирских Увалов (Западная Сибирь): Ав тореф. дис. канд. биол. наук. – Новосибирск, 2009. – 25 с.

9. Пожидаева Л.В. Эколого-фаунистический анализ сообществ мелких млекопитающих гор Западного Алтая: Автореф. дис. канд. биол. наук. – Новосибирск, 2009. – 21 с.

UDC 591.531.257(571.150) ECOLOGICAL-FAUNISTIC CHARACTERISTICS OF INSECTIVOROUS MAMMALS NEIGHBORHOODS OF BIYSK Aleksandr V. Makarov Elena V. Shapetko Altay state university pr. Lenin, 61, Barnaul, Altay kray, 656049, Russia t_makarova1959@mail.ru Adduce the data on species composition, distribution, number of insectivorous mammals and their ecological and population characteristics. The dominant species in communities of insectivorous – common shrew. In populations in summer and autumn predominate young individuals, most of which are beginning to enter in reproduction only in the following year. By sexual composition, males predominate, as in the group of adults and young animals.

Keywords: insectivorous mammals, shrews, biotope, quantity, population, sex and age composi tion, reproduction, embryos.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть УДК 573.6.086:577. КУЛЬТУРАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БАЦИЛЛ ГРУППЫ CIRCULANS-SUBTILIS-POLYMYXA КАК ПРОДУЦЕНТОВ БАКТЕРИЦИДНЫХ ВЕЩЕСТВ ШИРОКОГО СПЕКТРА ДЕЙСТВИЯ Похиленко Виктор Данилович, доктор технических наук, старший научный сотрудник Перелыгин Владимир Владимирович, кандидат биологических наук, заведующий отделом Калмантаев Тимур Ахмерович, аспирант Садикова Гульнур Тахавиевна, научный сотрудник;

Храмов Владимир Михайлович, младший научный сотрудник Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии пос. Оболенск, Московская область, 142279, Россия Vpokhil003@y.ru Исследованы ростовые свойства бактериальных изолятов, отобранных по продукции бактерицидных веществ и биохимически идентифицированных как Bacillus circulans, B.subtilis, Paenibacillus polymyxa. Показана способность выбранных штаммов к росту в различных по составу средах с выделением в культуральную жидкость антагонистически активных мета болитов, выход которых зависел от состава питательной среды и условий роста. Изучены спектры действия грубых концентратов антимикробных субстанций против различных мик роорганизмов.

Бактерицидные вещества исследованных штаммов могут представлять интерес в ка честве биологического источника получения новых антимикробных препаратов.

Ключевые слова: Bacillus circulans, B.subtilis, Paenibacillus polymyxa, условия культиви рования, бактерицидные вещества.

Введение Появление антибиотической резистентности у патогенных бактерий [1, 2] является акту альной проблемой современности и мобилизует исследователей на поиск новых антимикроб ных веществ. В последние годы резистентность к антибиотикам связывают не только с боль ничными инфекциями, но и с фактами роста устойчивости среди группы бактерий, вызываю щих порчу продовольствия [3]. Прежде всего, речь идет о зоонозных патогенных микроорга низмах - Salmonella spp., Campylobacter spp., Listeria spp., Escherichia coli O157:H7 и Yersinia spp [3, 4]. Хорошо известный и широко применяемый консервант продовольствия низин (Е 234) из группы бактериоцинов действует лишь на листерии [5, 6]. Следовательно, есть насущная потребность в разработке новых антибактериальных препаратов, активных против этих патоге нов.

Некоторые представители Bacillus spp. находят применение как продуценты ферментов, антибиотиков, а также как пробиотики и модификаторы пищи (японское блюдо «Натто») [7]. В недавней работе российских и американских соавторов выделенные из почвы штаммы Paeniba cillus polymyxa и Bacillus circulans производят уникальные бактериоцины широкого спектра действия, отличающиеся от пептидных антибиотиков бацилл отсутствием токсичности и широ ким спектром действия [8]. Изучая природу антагонистической активности штаммов Paeniba cillus polymyxa было обнаружено [9], что некоторые из них являются продуцентами бактерио цинов из группы лантибиотиков. Таким образом, антимикробный потенциал микроорганизмов семейства бацилл изучен далеко не полно и поэтому привлекает внимание как источник новых антибактериальных субстанций.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Целью данной работы было определение ростовых потребностей, условий культивирова ния новых антагонистически активных штаммов бацилл [10] и получение образцов бактери цидных веществ для их дальнейшего изучения.

Материалы и методы исследований Отбор бактериальных изолятов. Из образцов почвы, корневой системы растений и водно го настоя сена нами были выделены антагонистически активные изоляты спорообразующих бацилл, которые размножали на ГРМ-агаре (производство ГНЦ ПМБ, Россия) и питательном агаре (Nutrient Agar M001, HiMedia, India) течение двух суток при 28-30°С. Однотипные коло нии, подавлявшие рост тест-штаммов Escherichia, Salmonella, отсевали на те же среды. Под держание чистых культур осуществляли методом периодических пересевов и/или заморажива нием в 20% глицерине при минус 50°С.

Фенотипическая и биохимическая характеристика культур. Морфологию колоний и кле ток оценивали общепринятыми бактериологическими методами. Биохимический анализ куль тур включал ферментацию углеводов с использованием набора API 50 CHВ и базы данных от производителя комплекта (BioMerieux, France).

Консервация культур. Клеточную массу выбранных культур ресуспендировали в ампулы с лактозо-полиглюкиновой защитной средой, лиофилизировали (BT-4K, Virtis, USA) и хранили в холодильнике. Перспективные штаммы депонировали в коллекции микроорганизмов при ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии (ГНЦПМБ).

Питательные среды и условия культивирования штаммов. Реактивированные штаммы высевали на чашки с питательным (Nutrient Agar M001, HiMedia, India), либо крахмальным ага ром (Starch agar, Ref.1-283, Scharlau, EU) и культивировали при 30°С в течение двух суток. Кле точными суспензиями в количестве 1% (по объему) засевали качалочные (750 мл) колбы со мл питательной среды. Инкубация посевов осуществляли на качалке (28-30°С, 130-150 об/мин).

На этапе выбора питательных сред использовали как готовые коммерческие прописи (напри мер, ГРМ-бульон), экспериментальные варианты на основе различных гидролизатов белка с добавлением углеводов, экстракта дрожжей, так и простые отвары различных злаков (Poaceae).

Для приготовления последних на 200 мл отстоянной водопроводной воды вносили по 6 г на вески злаков, закрывали пробкой и автоклавировали при 121°С 20 мин.

Исследование роста лактобацилл на ферментате после бацилл. Пробы культуральной жидкости (КЖ) после выращивания бацилл, центрифугирования, 5 мин кипячения полученного супернатанта инокулировали лактобактериями и повторно инкубировали в термостате при 37°С в течение 24 ч.

Определения параметров культуральных жидкостей. В образцах КЖ определяли показа тели рН, концентрацию живых клеток и наличие антагонистической активности. Концентра цию жизнеспособных клеток (КОЕ/мл) определяли культуральным методом из серий десяти кратных разведений.

Получение грубых экстрактов антимикробных веществ (ГЭБВ) из КЖ. Содержимое колб разделяли центрифугированием (Beckmann J2.2, Germany) при 8000 об/мин в течение 20 мин.

На первых этапах исследования выделение антимикробной субстанции из супернатантов про водили с помощью сульфата аммония (50-60%). В последующем был применен более произво дительный метод – сорбция протеинов непосредственно в объеме супернатанта на силикагеле (L100/250 мкм Lachema, Slovakia) с последующим элюированием 50 мл подкисленного (рН 2,5) 75-80% этанола. Отфильтрованные элюаты упаривали на роторном испарителе (Laborette, Ger many) при 55 °С и после удаления спирта растворяли в 1-2 мл дистиллированной воды.

Оценка чувствительности к нагреву, рН и действию ферментов. Проверка термостойко сти проб включала кипячение, автоклавирование (110°С и 121°С), кислотно-щелочной ста бильности – выдерживание в диапазоне рН от 2 до 11. Остаточную активность определяли по сле остывания и нейтрализации проб до значения 6,0-6,5. Препараты ферментов – химитрипси на (ООО Самсон-Мед, С-Петербург, Россия), трипсина (С-Петербург, Россия), папаина (Merck), амилазы (AppliChem, Германия) и протеиназы К (AppliChem, Германия) разводили для опыта в 25 мМ фосфатном буфере (рН 7,0) в концентрации 10 мг/мл. Обработка включала объемное смешивание растворов ферментов с пробами экстрактов антимикробных веществ (1:1) и экспо зицию при 37°С в течение 3 ч с последующим измерением бактерицидной активности.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Определение антимикробной активности. Оценку антимикробного потенциала фермента тов и ГЭБВ определяли с использованием набора индикаторных штаммов, которые высевали по 100 мкл сплошным газоном на чашки с агаризованными средами в виде 1,0 млрд суспензии (по стандарту ГИСК им. Л.А.Тарасевича) и следом наносили по 10 мкл исследуемых проб. Ин дикаторные штаммы были получены из отдела коллекционных культур микроорганизмов и бы ли также любезно предоставлены профессором отдела молекулярной микробиологии Светоч Э.А. (ГНЦПМБ).

Определение молекулярного веса грубого антимикробного экстракта. Предварительную оценку размера бактерицидного вещества, продуцируемого бациллами группы circulans subtilis-polymyxa (CSP), проводили методом мембранной фильтрации культуральной жидкости на полых волокнах с отсечением в 15 и 5 кДа. Более точное определение молекулярного веса проводили методом Tricin-SDS-PAGE на установке для вертикального электрофореза (Hoefer).

Биологическую активность разделенных фракций определяли заливкой отмытого геля агаровой суспензией E. coli М17.

Результаты исследований Фенотипические свойства выбранных штаммов. По данным антагонистической активно сти для дальнейших исследований были выбраны четыре штамма бацилл – Ск2ч/3, 15/80а, С2/ и 37/3. Морфологически клетки этих бацилл представляли собой грам-вариабельные подвиж ные палочки, размером 0,5-0,8х2,5-4,0 мкм (рис. 1). Образуют споры овальной формы, распола гающиеся центрально и на конце клетки. Растут на различных агаризованных средах: пита тельном агаре (HiMedia, India), ГРМ-агаре (ГНЦ ПМБ, Россия), крахмальном агаре (Difco), со евый агаре (Tryptone Soya Agar, Ref.1-200, Scharlau, EU) и не размножаются на МРС-агаре – среде для лактобактерий. На ГРМ-агаре образуются однотипного вида блестящие колонии ок руглой формы и слизистой консистенции (рис. 1 А). На соевой и крахмальном агаре формиру ют плотной консистенции колонии неправильной формы (рис. 1 Б). При обычных пересевах на крахмальный агар у шт. Ск2ч/3 наблюдались до четырех морфотипов колоний: бугристые с ло пастным краем, с плоской вершиной, уплощенные с ажурным краем (рис. 1 Б1-4).

Штаммы вызывают гидролиз крахмала, частично желатина, дают положительный тест на каталазу, синтезируют ацетилметилкарбинол, не вызывают газообразование при ферментации глюкозы и не продуцируют сероводород. Исследование ферментации углеводов штаммами ан тагонистически активных бацилл с помощью тест-системы API 50 CH показали приемлемые уровни соответствия видам Bacillus circulans 2 (84%), B.subtilis (97%) и P.polymyxa (83%).

Антимикробные свойства ферментантов бацилл. Клетки штаммов B. circulans, B.subtilis размножаются в крупяных отварах на водопроводной воде, увеличивая их вязкость и придавая им специфический «мясной» аромат. Среды на основе отваров пшеницы и гречки способству ют сравнительно более высокому выходу бактерицидной субстанции (табл. 1). Лиофилизиро ванные в последующем ферментаты на основе злаковых отваров и пшеничной крупы, в частно сти, действовали бактерицидно на представителей патогенной микрофлоры и не ингибировали лактобактерии (табл. 2). Более того, прирост лактобактерий даже увеличился после совместно го культивирования с бациллами, а полученный ферментат ингибировал рост кампилобактерий (табл. 3).

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Клетки и споры Штамм Колонии Определен как На 2 сутки На 3 сутки 15/80а B.subtilis А Б С2/2 B.circulans А Б А Ск2ч/3 B.circulans Б 1 2 37/3 P.polymyxa А Б Рис. 1. Морфологическая характеристика бацилл штаммов-продуцентов БЦВ Таблица Показатели ферментатов B.subtilis шт. 15/80a из отваров круп х Основа крупяного рН Антагонизм* (мм) в отношении отвара КОЕ/мл C.jejuni E.coli L.monocytogenes 11168 O157H7 Кукуруза 1,6 5,1 6,5 5,0 Гречка 6,8 5,3 9,0 6,5 2, Манка 4,4 5,9 10,0 7,0 2, Овес 12,0 5,3 7,5 6,5 1, Пшеница 5,2 5,9 8,5 7 1, Пшено 1,4 5,9 6,0 4 Рис 5,7 5,7 6,3 0 Рожь 6,3 5,7 8,0 6,5 2, Ячка 3,2 5,9 5,5 7,5 Горох 9,8 5,4 8,0 8,0 1, (*) диаметр зоны ингибирования тест-штамма от пробы в объеме 10 мкл.

Таблица Антимикробное действие сухого пшеничного ферментата B.circulans шт. С2/ Тест штаммы и диаметр зоны ингибирования их роста, мм Salmonella E.coli Listeria Lactobacillus Enteritidis 237 monocytogenes 766 2,0 salivarius 1,5 O157H7 CD30 3,0 Enteritidis 4 monocytogenes 944 1,5 plantarum 8РА 1,5 F18-2 4,0 thiphimurium innoqua 2,0 acidophilus ВФ 4,5 F18-Belgorod 4,0 gallinarium- ivanovii 2,5 сasei 2,0 F18-Orel 2,5 pullorum T В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Таблица Свойства овсяного бульона, ферментированного B. circulans С2/2 и L. salivarius Показатели Образцы КЖ (40 ч роста) и их значения B. circulans L. salivarius B. circulans + L. salivarius 5 2. 106 + 7. КОЕ/мл* 6. 10 3. Подавление 5,0 - 5,5 1,0 – 1,5 6, C.jejuni, мм (*) B. circulans учитывали на крахмальный агар, L. salivarius – на МРС-агаре В целом этот факт может представлять интерес для разработки на таком принципе нового поколения функциональных биопрепаратов профилактического назначения. В дальнейшем ис следовали рост штаммов в средах определенного состава, поскольку при получении бактери цидных веществ они более предпочтительны. По продукции бактерицидного вещества и спек тру его активности лучшими оказались варианты сред, включающие гидролизаты казеина, рыбной муки, а также несколько экспериментальных рецептур сред на основе казаминовых ки слот, дрожжевого экстракта, сульфата аммония или глутамата натрия, декстрина, полиглюкина или глюкозы в качестве источника углевода. Например, для синтеза и последующего выделе ния бактерицидных веществ штаммами B. circulans была использована среда на основе казами новых кислот (6,0%), глутамата натрия (2,0%), сульфата аммония (3,0%), дрожжевого экстракта (0,1%), глюкозы (1,0%), фосфата калия 2 зам. (0,3%) и сульфата магния (0,01%). В этой среде вырастало не менее 2. 108 КОЕ/мл B. circulans и происходил синтез бактерицидных веществ (рис. 2).

Динамика роста и накопления бактериоцина у B.circulans шт. Ск2ч/ Значения рН, ОП, КОЕ и АА log КОЕ/мл рН АА, х100 АЕ/мл ОП -1 0 10 20 30 40 Время культивирования, ч Рис. 2.

() рН – реакция среды, ед. рН;

() ОП – оптическая плотность при 600 нм;

() КОЕ – колониеобразующие единицы, log/мл;

() АА – антагонистическая активность против E.coli, х100 АЕ/мл.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Получение грубых экстрактов антимикробных веществ. Выходы ГЭБВ, полученных с помощью силикагеля L100/250 мкм с последующей спиртовой экстракцией, как показал анализ, составили лишь 32% ожидаемых (табл. 4). Оставшаяся часть извлекалась из клеточной массы с помощью 75% этанола.

Таблица Выходы ГЭБВ на примере B. circulans шт. Ск2ч/ Образец Объем, мл АЕ/мл* АЕ общая Выходы, % Культуральная жидкость 100 200 20000 Супернатант исходный 99 100 9900 49, Супернатант обработан 75 0 0 ГЭБВ из супернатанта 1,0 6400 6400 32, Осадок клеточной массы 1 12800 12800 64, ГЭБВ из биомассы 1,0 12800 12800 64, Общий выход ГЭБВ 96, (*) оценку активности проводили на тест-штамме E.coli М Спектр активности грубых экстрактов бактерицидных веществ. Полученные образцы ГЭБВ обладали антимикробной активностью как против представителей грамотрицательных, так и некоторых грамположительных микроорганизмов, в том числе возбудителей внутриболь ничных инфекций (табл. 5).

Таблица Уровни антимикробного действия грубых экстрактов бацилл Тест-штаммы Образцы ГЭБВ и их разведения, АЕ/мл * С2/2 15/80а Ск2ч/3 37/ Campylobacter jejuni L4 6400 6400 6400 Citrobacter freundii 400 200 200 Enterobacter cloacae № 190 1600 3200 3200 E. coli 0157 H7 Я63 6400 3200 3200 Klebs. pneumoniae № 244 R 6400 6400 6400 Listeria monocitogenes № 776 6400 800 1600 Micobacterium smegmatis 800 400 800 Morganella morgani № 189 R 100 200 200 Proteus mirabilis № 95/98 0 0 0 Pseud.аeruginosa № Л23 0 100 100 Salmonella enteritidis № 204 400 800 800 Shigella dysenteriae 200 100 400 Staphylococcus aureus № 46 200 100 100 Str.faecalis ATCC 8043 100 100 200 Yersinia enterocolitica №207 200 100 100 (*) предельные разведения образцов, дававших активность;

(-) нет данных Исследование стабильности бактерицидных веществ бацилл. Установлено, что ГЭБВ из B.circulans и B.subtilis выдерживают автоклавирование при 121 С в зоне рН 2,0-10. Инактива ция происходит, если образцы автоклавировали при рН 11,0. Экспериментально показано, что пептидный антибиотик полимиксин, продуцируемый представителем группы CSP, в отличие от наших ГЭБВ, в полной мере сохраняет свою активность и это свидетельствует о различиях в молекулярной структуре сравниваемых субстанций. В целом ГЭБВ стабилен при закисление до В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть рН 2,0 и защелачивание до рН 11,0 с последующим восстановлением до нейтральных значений по кислотности среды. Образцы ГЭБВ были устойчивы также к действию химотрипсина, па паина и протеиназы.

Оценка размера бактерицидного вещества B. circulans. При использовании метода мем бранной фильтрации КЖ B. circulans шт. С2/2 было установлено, что пробы по большей части проходили через поры половолоконного фильтрата с отсечением 15 кДа, но задерживались в половолоконном патроне с отсечением 5 кДа. На этом основании было заключено, что молеку лярная масса бактерицидного вещества может иметь значение между 5-15 кДа, что существен но выше, чем у известных пептидных антибиотиков (не более 1.3 кДа). По данным трис-трицин ПАГ электрофореза молекулярная масса полученных нами субстанций - около 6-7 кДа.

Обсуждение и выводы Известно, что некоторые представители Bacillus spp. находят применение не только как продуценты ферментов, пептидных антибиотиков и бактериоцинов [7 - 9].

Среди антагонистически активных изолятов бацилл, выделенных нами из объектов окру жающей среды, преобладали виды B.circulans, B.subtilis и P.polymyxa, которые мы объединили в группу circulans-subtilis-polymyxa (CSP). По морфологическим и культуральным признакам эти микроорганизмы оказались весьма близкими (рис. 1).

Примечательно, что синтезируемые ими в процессе роста метаболиты подавляли кишеч ные патогены, в том числе клинически значимые микроорганизмы (табл. 5), и не действовали на лактобактерии - типичных представителей нормофлоры (табл. 2, 3).

Впервые о микроорганизме B.circulans, как продуценте антимикробных веществ стало известно после исследований д-ра Murrey и др. [11], проведенные в университете Пердью (Purdue University, г. Лафайет, шт. Индиана) и опубликованных в 1948 году. Выделенная из не микоидного варианта этого микроорганизма водорастворимая субстанция была нетоксичная и сильнее действовала на грамотрицательные микроорганизмы. В том же году была опубликова на работа д-ра McLeod - сотрудника лаборатории венерических болезней Американской служ бы здравоохранения, в которой приводились свойства антибиотического вещества, выделенно го автором из микоидного варианта B. circulans [12]. Впоследствии были найдены штаммы B.

circulans, являющиеся продуцентами как антибиотиков - бутирозина [13], полимиксина F [14], пермитина А [15], биосурфактантов [16], а также бактериоцинов [8, 9]. B. circulans часто обна руживаются в пищеварительном тракте насекомых [17], кишечнике грызунов и насекомоядных животных [18], вместе с другими почвенными бациллами ускоряет процессы минерализации органического вещества [19], стимулирует микробную ризосферу растений [20]. Так, на основе B. circulans уже выпускается биопрепарат калиплант, который ускоряет рост культурных рас тений [21].

Отмечено, что синтез бактерицидного вещества B.circulans начинается на исходе первых суток культивирования и он, по-видимому, прямо не связан с процессом спорообразованием, который начинается позже (рис. 1 и 2), что не согласуется с данными литературы [22], указы вающими на прямую зависимость процессов синтеза пептидного антибиотика и спорообразо вания.

Таким образом, в результате проведенных исследований найдены антагонистически ак тивные изоляты бацилл, которые были отнесены к группе circulans-subtilis-polymyxa. Опреде лены параметры культивирования отобранных штаммов, выбраны подходы по выделению из культуральных жидкостей грубых концентратов антимикробных субстанций, изучены спектры их действия против различных микроорганизмов, показатели физико-химической стабильности и дана предварительная оценка молекулярного веса. Природа бактерицидных субстанций анта гонистически активных штаммов бацилл будет уточнена в ходе дальнейших исследований.

Исследования выполнялись в рамках Госконтракта №122-Д.

Авторы выражают признательность доктору ветеринарных наук, профессору Светоч Э.А. за предоставленные тест-штаммы микроорганизмов для определения спектра антимик робной активности проб.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 1. Amabile-Cuevas, C. F. New antibiotics and new resistance / Am. Sci. - 2003. Vol. 91. - P. 138 149.

2. Livermore, D. M. The need for new antibiotics / Clin. Microbiol. Infect. - 2004. Vol.10. - P. 1-9.

3. White, D. G. Antimicrobial resistance among gram-negative foodborne bacterial pathogens asso ciated with foods of animal origin / D.G.White, S.Zhao, R.Singh, P.F.McDermott // Foodborne Pathog. Dis.

- 2004. Vol. 1. – P. 137-152.

4. Centers for Disease Control and Prevention. 2006. Preliminary FoodNet data on the incidence of infection with pathogens transmitted commonly through food: 10 States, United States, 2005. Morbid. Mor tal. Wkly. Rep. 55. –P. 392-395.

5. Chatterjee, C. Biosynthesis and mode of action of lantibiotics / C.Chatterjee, M.Paul, L.Xie, W.A.van der Donk // Chem. Rev. -2005. Vol.105. – P. 633-684.

6. Diep, D. B. Ribosomally synthesized antibacterial peptides in gram positive bacteria / D. B.Diep, I.F.Nes // Curr. Drug Targets - 2002. Vol. 3. – P. 107-122.

7. Похиленко В.Д. Пробиотики на основе спорообразующих бактерий и их безопасновсть / В.Д. Похиленко, В.В. Перелыгин // Химическая и биологическая безопасность. - 2007. № 2–3 (32– 33). – С. 20-41.

8. Svetoch, E.A. Isolation of Bacillus circulans and Paenibacillus polymyxa strains inhibitory to Campylobacter jejuni and characterization of associated bacteriocins / E.A.Svetoch, N.J.Stern, B.V. Erus lanov, Y.N.Kovalev, L.I.Volodina, V.V.Perelygin, E.V.Mitsevich, I.P.Mitsevich,. V.D.Pokhilenko, V.N.Borzenkov, V.P.Levchuk, O.E.Svetoch, T.Y. Kudriavtseva // J. Food Prot. -2005. Vol.68. –P.11-17.

9. He Z. Isolation and Identification of a Paenibacillus polymyxa Strain That Coproduces a Novel Lantibiotic and Polymyxin / Z.He, D.Kisla, L.Zhang, Ch.Yuan, K.B.Green-Church, A.E.Yousef // Appl.

Environmen. Microbiol. – 2007. Vol. 73, No. 1. -P. 168–178.

10. Похиленко В.Д. Bacillus circulans как возможный компонент или основа пробиотического препарата / В.Д.Похиленко, Г.Т.Садикова, В.В.Перелыгин, Н.А. Шишкова. Материалы Междуна родного конгресса «Пробиотики, пребиотики, синбиотики и функциональные продукты питания.

Фундаментальные и клинические аспекты» // Клиническое питание. -2007. № 1–2. –C. 63-64.

11. Murray, F.J. Circulin, an antibiotic from an organism resembling Bacillus circulans / F.J. Murray, P.S.Tetrault, 0.W.Kaufmann, H.Koffler // J.Bacteriol. -1949. Vol.57. –P. 305-312.

12. McLeod, Ch. Circulin, an antibiotic from a member of the Bacillus circulans group / J.Bacteriol.

-1948. Vol.56. –P. 749 – 754.

13. Courvalin, P. Aminoglycoside-modifying enzyme of an antibiotic-producing bacterium acts as a determinant of antibiotic resistance in Escherichia coli / P.Courvalin, B.Weisblum, J.Davies // Proc. Nati.

Acad. Sci. USA, Biochemistry. -1977. Vol. 74, No. 3. - P. 999-1003.

14. Pat. 4091092 USA IPC A61K 35/00 Polymyxin F and process of producing polymyxin F / Issued 23.05.78;

United States Patent Office. – 7 p.

15. Takeuchi, Y. The structure of permetin A, a new polypeptin type antibiotic produced by Bacillus circulans / Y.Takeuchi, A.Murai, Y.Takahara, M.Kainosho // J. Antibiot (Tokyo). -1979. Vol.2. –P.121 129.

16. Das, P. Antimicrobial potential of a lipopeptide biosurfactant derived from a marine Bacillus cir culans / P.Das, S.Mukherjee, R. Sen. // J.Appl.Microbiol. – 2008. Vol.104, No 6. -P. 1675 -1684.

17. Петерсон А.М. Микробоценоз яблонной тли / А.М.Петерсон, Е.В.Глинская, Н.Ф.Пермякова // Изв. Саратовского университета (Сер. Химия. Биология. Экология). -2008. Т. 8., №. 2. – С.79-83.

18. wicicka, I. Protein profile and biochemical properties of Bacillus circulans isolated from intes tines of small free-living animals / Folia Microbiol. – 2001, Vol. 46. - Р. 165-171.

19. Kumar, M. Enrichment and Isolation of a Mixed Bacterial Culture for Complete Mineralization of Endosulfan / M.Kumar, L. Philip // J. Environment. Sci. and Health. -2006. Vol. 41. –P. 81–96.

20. Bacillus cereus and B. circulans – novel inoculants for crops / SCIENTIFIC CORRESPON DENCE CURRENT SCIENCE. -2006. Vol. 90, Nо.5. -P. 642.

21. Михайловская Н. А. Влияние бактериального удобрения калиплант на использовании зер новыми культурами и горохом на дерново-подзолистой супесчаной почве / Н.А.Михайловская, С.

А. Касьянчик, О.Миканова // Известия Национальной АН Белоруссии - 2009, №3. –С.42-48.

22. Nam D.H., Ryu D.D. Relationship Between Butirosin Biosynthesis and Sporulation in Bacillis circulans / D.H. Nam, D.D.Ryu // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. - 1985. Vol. 27, No.5. – P.

798-801.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть UDC 573.6.086:577. CULTURE FEATURES OF CIRCULANS-SUBTILIS-POLYMYXA GROUP BACILLI AS BACTERICIDAL WIDE-ACTIVITY SUBSTANCE PRODUCERS Viktor D. Pokhilenko, D. Sci. (Tech.), leading researcher Vladimir V. Perelygin, Ph. D (Biol.), department Chef Timur A.Kalmantaev, post-graduate Gulnur T.Sadikova, researcher Vladimir M. Khramov, junior researcher State Research Center for Applied Microbiology & Biotechnology Obolensk, Moscow region, 142279, Russia Vpokhil003@y.ru Growth properties of bacterial isolates selected by their ability to produce bactericidal sub stances and biochemically identified as Bacillus circulans, B.subtilis, Paenibacillus polymyxa have been tested. Selected strains were shown to be able to grow in composition – varying media with re leasing antagonistic metabolites to the culture fluid. The metabolite yield depended both on the me dium composition and culture conditions. Spectra of action of crude antimicrobial concentrates against different microorganisms were studied.

Bactericides produced by tested strains are of interest as a potential biological source for novel antimicrobials.

Keywords: Bacillus circulans, B.subtilis, Paenibacillus polymyxa, culture conditions, bacteri cidal substances.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 66.047.41:530. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ И ЭНЕРГИИ СВЯЗИ ПОЛУПРОДУКТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ С ВЛАГОЙ НА ОСНОВЕ КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОГО ПОДХОДА Брянкин Константин Вячеславович, кандидат технических наук, доцент Дегтярев Андрей Александрович, аспирант Тамбовский государственный технический университет ул. Советская, д. 106, г. Тамбов, Тамбовская область, 392000, Россия bryakov@rambler.ru Предложен метод расчета удельной энергии гидратации на основе квантово химического подхода. Проведена оценка точности предложенного метода и применимости полученной энергии гидратации при моделировании и расчете процесса сушки.

Ключевые слова: полупродукты органических красителей, производные нафталина, мо лекулярный комплекс, гидратация, квантово-химический подход В современных условиях для отечественной промышленности, химической в том числе, одной из главных задач является получение конкурентоспособного продукта со стабильными качественными показателями. Применительно к производствам полупродуктов органических красителей (ПОК) к основным качественным характеристикам относятся концентрация целево го вещества и его химическая чистота. Обеспечить требуемые качественные показатели можно путем обезвоживания пасты сушкой.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть При выборе метода и технологических параметров процесса сушки ПОК полагаться только на результаты исследований кинетических характеристик процесса не представляется возможным, так как из опыта промышленного производства известно, что большинство термо лабильных органических продуктов, будучи подвержены тепловой обработке, даже при доста точно низкой температуре, могут подвергаться деструкции, иногда с практически полной поте рей целевого вещества [1-3]. В связи с этим создание рациональных технологий невозможно без предельно точных данных о свойствах веществ, к числу которых следует в первую очередь отнести форму связи влаги с высушиваемым материалом [4].

Для определения формы связи влаги с ПОК и ее удельной энергии предлагается метод математического моделирования процесса взаимодействия молекулы ПОК и молекул воды на основе квантово-химического подхода. С помощью данного подхода можно рассчитать энер гию гидратации ПОК и построить зависимость теплового эффекта гидратации от количества молекул связанной воды;

дифференцирование данной зависимости позволяет получить иско мую удельную энергию связи материала с водой.

Существует множество вариантов присоединения молекулы воды к молекуле целевого компонента ПОК. При этом они образуют молекулярный комплекс. Образование таких ком плексов возможно с участием одной (рис. 1а), двух (рис. 1б) и более молекул воды.

При изучении предлагае мого метода объектами иссле ПОК дования являлись представители класса нафталина: Гамма ПОК кислота (2-амино-8-нафтол-6 сульфокислота) и И-кислота (2 амино-6-нафтол-7 вода сульфокислота).

В случае участия одной молекулы воды, она может при соединиться к OH-группе (рис.

2а), сульфогруппе (рис. 2б) или аминогруппе (рис. 2в). Каждый вариант имеет свои энергетиче вода ские характеристики. При уча стии двух молекул воды коли б а чество возможных вариантов Рис. 1. Формирование молекулярных образования молекулярных комплексов из молекулы ПОК и комплексов многократно воз а – одной;

б – двух молекул воды растает (рис. 3).

а б В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Рис. 2. Альтернативные геометри ческие конфигурации гидратации И кислоты одной молекулой воды с OH-группой (а), сульфогруппой (б) в и аминогруппой (в) Моделирование процесса гидратации осуществляется путем виртуального эксперимента, включающего в себя следующие этапы:

1) построение одиночных молекул воды и ПОК;

2) оптимизация геометрии построенных молекул;

3) расчет энергетических характеристик молекул;

4) построение молекулярных комплексов, состоящей из оптимизированной молекулы ПОК и молекулы воды в положении, наиболее вероятном для гидратации;

5) оптимизация геометрии построенных молекулярных комплексов;

6) расчет энергетических характеристик оптимизированных молекулярных комплексов;

Этапы (4)–(6) рассчитываются последовательно для систем, включающих одну, две и более молекул воды.

Из альтернативных геометрических конфигураций, содержащих одинаковой количество молекул воды, выбирается конфигурация с наименьшими энергетическими характеристиками.

а б Рис. 3. Возможные варианты образования молекулярных комплексов с участием И-кислоты и двух молекул воды По полученным данным об энергетических характеристиках систем рассчитывается ин тегральная молярная энергии связи ПОК с водой (Дж/моль) по формуле:

, Emol = Esis i Ea Edof (1) E sis i где – количество молекул воды в системе;

– энергия системы, Дж;

Edof Ea – энергия молекулы воды, Дж;

– энергия молекулы ПОК, Дж.

Молярная энергия связи преобразуется в массовую (Дж/кг) по формуле:

E mol Ei =, (2) M dof + i M a В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть M dof Ma где – молярная масса воды, кг/моль;

– молярная масса ПОК, кг/моль.

При этом влагосодержание материала:

ui = i M a / M dof. (3) Зависимость массовой энергии связи воды с материалом от влагосодержания материала аппроксимируется каким-либо численным методом (чаще всего достаточно линейной аппрок симации по методу наименьших квадратов [5]). Дифференцированием полученной аппрокси мационной зависимости находим выражение для расчета удельной энергии связи.

Практическая реализация метода осуществлялась с использованием следующего про граммного обеспечения: построение и редактирование молекулярных комплексов – Gabedit 2.2.0;

оптимизация геометрии и расчет энергии гидратации – PCGAMESS 7.1F FireFly;

визуали зация – MacMolPlt 7.4-1.

Используемые методы расчета: оптимизация геометрии – RHF (ограниченный Хартри Фока);

расчет энергии – MP2 (Хартри-Фока с поправкой второго порядка теории возмущений Меллера-Плессета). Используемые базисные наборы (по классификации Попла): оптимизация геометрии одиночных молекул – 3-21G*;

оптимизация геометрии молекулярных систем – 3 21+G*;

расчет энергии – 6-31++G** [6, 7].

На основе экспериментальных данных построены зависимости молярной и массовой энергии гидратации от влагосодержания (рис. 4).

Проведенные на их основе расчеты показывают, что при гидратации выделенной группы ПОК происходит образование водородных связей между кислородом, входящим в состав моле кулы воды, и сульфо- и гидроксильными группами молекулы ПОК (рис. 2-3, водородные связи показаны пунктиром). Наиболее устойчивыми молекулярными комплексами ПОК-вода (имеющими наибольшую энергию связи) являются системы, включающие сульфогруппу ПОК и несколько связанных молекул воды (рис. 5).

энергия, МДж/кг энергия, МДж/моль 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 0,05 0,10 0,15 0, 0 0,05 0,10 0,15 0, влагосодержание, кг/кг влагосодержание, кг/кг а б Рис. 4. Зависимость молярной (а) и массовой (б) энергии гидратации от влагосодержания Адекватность оценки энергии связи проводилась путем сопоставления температурных кривых сушки (рис. 6), снятых экспериментально и полученных с использованием энергии гид ратации, рассчитанной по предложенному методу.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Рис. 5. Образование устойчивого молекулярного комплекса И-кислота–вода температура температура 60 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 500 600 время время б а Рис. 6. Экспериментальная и расчетная кривая сушки для И-кислоты (а) и Гамма-кислоты (б) Сравнивая результаты эксперимента и расчета с использованием найденных значений энергии гидратации можно сделать вывод об их хорошей сходимости, а, следовательно, и об адекватности математической модели процесса образования молекулярных комплексов ПОК– вода реальной картине. Это, в свою очередь, позволяет сделать вывод о применимости данного метода для расчета энергии гидратации при моделировании процессов сушки.

Предложенный метод определения формы связи влаги с высушиваемым материалом и расчета энергии гидратации позволяет сформировать соответствующий справочник по тепло физическим характеристикам ПОК, который, в свою очередь, дает возможность организовать оптимальный температурный режим процесса термической сушки, обеспечивающий сохран ность целевого компонента ПОК и достижение заданного значения конечного влагосодержа ния.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 1. Леонтьева, А. И. Сравнительный анализ кинетических характеристик процессов сушки полупродуктов органических красителей / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, П.А. Фефелов, К.В. Брян кин, Е.А. Леонтьев // Проблемы химии и химической технологии: тезисы докл. 3-ей региональной научн.-техн. конф. – Воронеж, 1995. – С. 133-134.

2. Брянкин, К. В. Интенсификация процесса сушки термолабильных продуктов / К.В. Брян кин, А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, С.Ю. Чупрунов // Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: тезисы докл. международной научн.-техн. конф. – Воронеж, 1997. – В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть С. 216-218.

3. Леонтьева, А. И. Анализ и совершенствование технологии пара-фенилдиамина / А.И. Ле онтьева, К.В. Брянкин, С.Ю. Чупрунов, Л.Н. Чемерчев, П.А. Фефелов, В.И. Коновалов // Химиче ская промышленность. – №7. – 1999. – С. 3-6.


4. Лыков, А. В. Теория сушки. – 2-е изд.- М.: Энергия, 1968. – 471 с.

5. Вержбицкий, В. М. Основы численных методов. – М.: Высшая школа, 2002. – 840 с.

6. Кобзев, Г. И. Применение неэмпирических и полуэмпирических методов в квантово химических расчетах: Учебное пособие. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 150 с.

7. Степанов, Н. Ф. Квантовая механика и квантовая химия. – М.: Мир, 2001. – 519 с.

UDC 66.047.41:530. METHOD OF DETERMINING THE FORM AND POWER OF INTERMEDIATES OF ORGANIC DYES WITH MOISTURE BASED ON QUANTUM-CHEMICAL APPROACHES Konstantin V. Bryankin, Doctor of Philosophy (Candidate of Technical Sciences), associate professor Andrey A. Degtyarev, postgraduate Tambov State Technical University 106 Sovetskaya St, Tambov, 392000, Russia bryakov@rambler.ru A method for calculating the specific energy of hydration based quantum-chemical approach.

The accuracy of the proposed method and the applicability of the hydration energy in the simulation and the calculation of the drying process.

Keywords: organic dyes semi-products, derivatives of naphthalene, molecular complex, hydra tion, quantum-chemical approach.

УДК 35.077. АНАЛИЗ ОПЕРАТИВНОСТИ ПРОХОЖДЕНИЯ ДОКУМЕНТОВ В СИСТЕМЕ ДЕЛОПРОИЗВОДСТВА ВУЗА Данилов Георгий Владимирович, кандидат технических наук, доцент Цхадая Николай Денисович, профессор, доктор технических наук, ректор Филипсонс Тамара Ивановна, исполняющий обязанности начальника управления делами Ухтинский государственный технический университет ул. Первомайская, 13 г. Ухта, Республика Коми, 169300, Россия konstatos@yandex.ru Описывается методика расчета времени циклического перемещения проектов докумен тов – так называемой «бюрократической добавки» (БД) к стандартному промежутку согла сования в визирующих инстанциях. Показывается, что по величине БД можно сравнивать эф фективность документооборота в системе управления различных вузов.

Ключевые слова: документооборот, визирующая инстанция, «бюрократическая воло кита», циклический процесс.

Одной из нерешенных на сегодняшний день проблем в системе делопроизводства многих вузов является низкая оперативность прохождения документов, особенно организационно В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть распорядительного характера (приказы, распоряжения, предписания). На этапе согласования они надолго «застревают» в многочисленных визирующих инстанциях, в результате чего по ступают на подпись (утверждение) руководителю с большим опозданием. Причинами такого положения являются нерациональный выбор схемы согласования, негативное влияние «челове ческого фактора», недостаточный контроль за параметрами траектории прохождения докумен тов, отсутствие в вузе системы электронного документооборота. Остановимся на некоторых из них более подробно.

Путь документа от разработки его проекта до подписания (утверждения) выглядит в уп рощенном виде следующим образом (рис.1):

I II III IV •Разработка •Подписание проекта (утверждение) •Согласование •Визирование документа документа Рис. 1. Упрощенная схема прохождения исходящего и внутреннего документа При этом наиболее проблемным является второй этап – этап согласования проекта доку мента. Как показано в [1], среди визирующих инстанций полезно различать «универсальные»

(юридическая служба, служба безопасности, финансовая служба) и «профильные» (службы проректоров по направлениям, структурные подразделения). С учетом такого деления опти мальной схемой согласования является последовательно-параллельная (рис. 2):

на визирование (утверждение) Проект документа n+ 1 2 3 n I II III Рис. 2. Рекомендуемый маршрут согласования проекта документа Пункты согласования: 1 – управление делами, 2 – юридическая служба, 3 – служба про ректора по безопасности, 4 – служба проректора по (финансово)-экономическим вопросам, 5, 6, …, n – другие визирующие инстанции, n + 1 – первый проректор.

обязательный отрезок маршрута согласования, --- необязательный (зависит от содер жания документа) отрезок маршрута согласования, I – первый (последовательный) участок маршрута, II – второй (последовательно-параллельный) участок маршрута, III - третий (после довательный) участок маршрута.

Процесс согласования проекта документа с каждой визирующей инстанцией схематично изображен на рисунке 3.

В результате рассмотрения проекта документа очередной визирующей инстанцией по следняя, как правило, отправляет его на доработку исполнителю (разработчику), и после редак тирования проект снова возвращается к ней. Так возникает «малый цикл». Если же между раз работчиком и визирующей инстанцией возникли разногласия, то в процессе дискуссии ищется компромиссный вариант и в случае успеха проект после доработки снова попадает в ту же ви зирующую инстанцию. Так появляется «большой цикл».

В наиболее тяжелых случаях проект «гоняется» по циклам многократно (происходит «за цикливание») или вообще терпит фиаско – передается руководителю без соответствующей ви В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть зы. В результате мы имеем вместо идеального, желательного маршрута – реальный цикличе ский (Рис. 4).

Рис. 3. Процесс согласования проекта документа с визирующей инстанцией Рис. 4. Желательный и реальный маршруты проекта документа В силу того, что конечная судьба проекта документа (будет ли он завизирован или попа дет руководителю без визы) зависит от массы случайных, неконтролируемых факторов [2], В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть точку В на рисунке 4 можно, как это принято в нелинейной динамике, назвать «точкой бифур кации» в жизненном цикле документа.

С учетом схем, изображенных на рисунках 2-4, полное время согласования проекта доку мента Tc может быть представлено следующей формулой:

vs Tc ( i( s ) t i( s ) ) max { (j p ) t (j p ) }, (1) 1 j v p i в которой приняты обозначения:

i(s) – время, затрачиваемое i-й последовательной визирующей инстанцией на первое зна комство с проектом документа;

jp) – время, затрачиваемое j-й параллельной визирующей инстанцией на первое знаком ство с проектом документа;

ti(s) – время, в течение которого проект документа подвергается повторным рассмотрени ям i-й последовательной визирующей инстанцией и соответствующим доработкам исполните лем;

tj(p) – время, в течение которого проект документа подвергается повторным рассмотрени ям j-й параллельной визирующей инстанцией и соответствующим доработкам исполнителем;

vs – количество последовательных визирующих инстанций;

vp – количество параллельных визирующих инстанций.

Отметим, что все входящие в (1) параметры для произвольного документа суть случай ные величины. При этом появление слагаемых типа ti и tj вызвано именно фактом зацикливания проекта документа, которое и приводит к неоправданному затягиванию всего процесса согла сования, создавая в системе документооборота пресловутую «бюрократическую волокиту». Как следует из (1), в чистом виде «бюрократическая добавка» БД (точнее, ее усредненное по всем учтенным документам значение) имеет следующую оценку снизу:

(s) ( p) БД vs t t, (2) где надчеркивание означает среднее значение соответствующих параметров, так что:

vs - среднее число последовательных визирующих инстанций;

t ( s ), t ( p ) - среднее время циклического перемещения проекта документа через последовательные и, соответственно, па раллельные визирующие инстанции.

При практическом мониторинге входящих в формулу (2) параметров полезно помнить, что:

t (s) = с k, (3) где с – средняя длительность одного цикла, k – средняя кратность цикла.

Дело в том, что эти параметры формируются, вообще говоря, под действием разных фак торов – если длительность цикла, в основном, обусловлена уровнем компетентности и испол нительской дисциплины разработчика документа, то кратность цикла напрямую зависит от ха рактера взаимоотношений и уровня взаимопонимания между разработчиком и визирующей инстанцией [2].

Что касается параметров vs и vp, то они характеризуются разной степенью определенно сти. Состав универсальных визирующих инстанций достаточно жестко диктуется содержанием проекта документа и, следовательно, их количество (vs) для каждого документа вполне опреде лено. Когда же речь идет о составе профильных инстанций, то здесь возникает свобода выбора.

Руководитель любого ранга заинтересован, чтобы визирующих инстанций на документе, кото рый ему предстоит подписать, было как можно больше. Это избавляет его от вникания в детали и придает уверенности в надежности документа. Но с увеличением согласующих инстанций возрастает время прохождения документа (второе слагаемое в (1) есть неубывающая функция vp) со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями. Разработчик же объективно заинтересован в том, чтобы промежуточных, визирующих инстанций было как можно меньше, это облегчает ему работу и ускоряет прохождение документа. Но это же таит в себе и опасность появления некачественного документа. В каждом отдельном случае здесь существует некий В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть оптимальный вариант, поиск которого можно осуществить эмпирически, исходя их следующих рассуждений (Рис.5).

Рис. 5. Поиск оптимального числа визирующих инстанций по критерию близости проекта документа к идеальному Tc – полное время согласования проекта документа, – число визирующих инстанций, ИП – идеальный проект.

Назовем проект документа «идеальным проектом» (точка ИП на рис.5), если он «абсо лютно бездефектный», то есть имеет нулевой уровень брака, в силу чего время на его согласо вание Тс равно нулю (проект подписывается руководителем без всякого согласования). Все ре альные документы (с ненулевым числом визирующих инстанций) размещаются в виде точек на некоторой кривой, причем, при увеличении параметра v точки скользят вниз по этой кривой.


Точку, наиболее близко расположенную к началу координат, естественно считать оптимальной.

Ей и будет соответствовать оптимальное количество визирующих инстанций. На практике эту точку можно найти путем статистической обработки достаточно большого количества готовых документов вуза вместе с интересующими нас параметрами. При этом каждому из параметров – качество документа (см. [2]) и оперативность прохождения – можно, в зависимости от типа документа, приписать разный вес. Например, для приказов важнее оперативность, для положе ний – тщательная проработка содержания.

Приведем численный пример оценки величины БД, взяв явно заниженные для крупных и средних вузов значения входящих в формулы (2) и (3) параметров. Пусть в некотором вузе vs = ( p) 3, с = 3 часа, k = 1, t = 3 часа. Тогда БД 331 + 3 = 12 часов. Таким образом, в результате несовершенства системы документооборота в данном вузе проект документа по пути следова ния будет «запаздывать» в среднем не менее чем на 12 часов, что составляет 30% рабочей неде ли!

Каждый вуз имеет в документообороте свою «бюрократическую добавку» и объективно заинтересован в ее уменьшении. Для этого необходим тщательный мониторинг всех входящих в формулы (2) и (3) параметров и на его основе - анализ и устранение возможных причин воз никновения циклических и бифуркационных явлений при прохождении документов в данном конкретном вузе.

На практике это можно сделать только при наличии в вузе соответствующей системы электронного документооборота (СЭД), нацеленной на решение подобных задач за счет соот ветствующего функционального расширения.

В заключение отметим, что в последнее время многие вузы активно внедряют средства СЭД в рамках Федеральной целевой программы «Электронная Россия» (2002 – 2010), благода ря чему появляется реальная возможность проведения на основе описанного выше подхода объективного количественного сравнения оперативности документооборота в системе управ В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть ления различных вузов и, в частности, сравнительной оценки доли «бюрократической состав БД ляющей» 100 % в совокупном времени согласования документа.

Тс Примечание. Все изложенное выше в своей основе применимо, естественно, не только к вузам, но и к любым крупным организациям и предприятиям.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 1. Данилов Г.В. Проблема оперативности прохождения документов в вузе/Г.В. Данилов, Н.Д.

Цхадая, Т.И. Филипсонс, Ф.В. Маракасов//Высшее образование в России – 2009 - №8, с.66-73.

2. Данилов Г.В. Классификация сбоев в системе делопроизводства вуза/Г.В. Данилов, Н.Д.

Цхадая, Т.И.Филипсонс//Высшее образование в России – 2010 - №1, с.75-81.

UDC 35.077. EFFICIENCY OF PAPER PASSING IN THE PROCEEDING SYSTEM AT INSTITUTIONS Georgiy V. Danilov, Nikolay D. Tskhadaia, Tamara I. Filipsons Ukhta State Technical University Pervomajskaya 13, Ukhta, Komi Republic, 169300, Russia konstatos@yandex.ru In the work we describe the method of time estimation of paper project cyclic transfer – so called “bureaucratic addition” (BA) to the standard interval of signing at vise offices. It is showed that we can define BA as the efficiency of documents circulation in the management system at any uni versity.

Keywords: document circulation, authenticated office, «official circumlocution», cyclic process.

УДК 629.46:629.4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КРИТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ РЕЛЬСОВОГО ЭКИПАЖА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ИММИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЯХ Давыдов Алексей Николаевич, аспирант кафедры «Вагоны»

Уральский государственный университет путей сообщения ул. Колмогорова, 66 г. Екатеринбург, 620034, Россия davydovan.chirt@gmail.com Статья посвящена методике расчета критической скорости извилистого движения грузового вагона с применением методов имитационного моделирования.

Ключевые слова: грузовой вагон, извилистое движение, критическая скорость, методи ка расчета.

Вагоны, двигаясь по прямым участкам пути, в действительности описывают не прямоли нейную, а сложную волнообразную траекторию. При этом наряду с движением вдоль пути они перемещаются поперек пути и вращается вокруг вертикальной оси. Такое сложное движение называется извилистым. В процессе извилистого движения возникают боковые колебания ку В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть зова вагона на рессорах, вызывающие повышенное динамическое воздействие на конструкцию вагона и путь, а также на перевозимые грузы. При движении рельсового экипажа в колее ус тойчивость движения является функцией поступательной скорости движения и лимитируется критической скоростью, которая определяется как наименьшая скорость, при которой возни кают автоколебания невозмущенного движения рельсовых экипажей [1]. При этом под невоз мущенным движением рельсового экипажа понимается движение по прямолинейному, ровному во всех плоскостях, пути. Для возникновения автоколебаний необходимо чтобы потери энергии в самой системе компенсировались энергией поступающей из внешнего источника, при этом поступление энергии управляется самим движением системы.

Одним из способов уменьшения амплитуд извилистого движения и увеличения критиче ской скорости грузовых вагонов является оборудование их боковыми опорами постоянного контакта. Уменьшение извилистости движения обеспечивается рассеиванием энергии за счет сил трения между скользунами кузова и упругими боковыми опорами постоянного контакта тележки. Данный способ широко применяется в практике зарубежного вагоностроения и в не которых новых вариантах конструкции ходовых частей отечественных грузовых вагонов [2].

Для оценки эффективности применения данного типа опор и выбора рациональных значений их параметров необходима методика расчета величины критической скорости по извилистому движению.

Решение задачи нахождение критической скорости аналитическими способами сводится к исследованию системы нелинейных дифференциальных уравнений описывающих колеба тельную систему «рельсовый экипаж – путь» на наличие предельных циклов и их устойчи вость. Для решения этой задачи разработан целый ряд аналитических методов: критерий Бен диксона, метод точечного преобразования Андронова, метод гармонического баланса. Послед ний метод, основанный на анализе частотных характеристик нелинейной системы, получаемых в результате гармонической линеаризации исследуемой системы нелинейных уравнений, полу чил наибольшее распространение. Однако колебательная система «рельсовый экипаж – путь»

имеет большое количество степеней свободы и нелинейностей. При этом усложняется вывод дифференциальных уравнений движения, и нахождение решения аналитическими методами становится затруднительным. Для преодоления сложностей аналитических методов, для опре деления величины критической скорости предлагается методика, основанная на результатах численных экспериментов на имитационных моделях.

В разработанной методике, оценка устойчивости производится по характеру извилистого движения первой колесной пары, аналогичный подход применяется в работе [3]. При движении по прямому горизонтальному, ровному во всех плоскостях участку пути вагон будет занимать среднее положение в рельсовой колее за счет центрирующего действия конусности колес. При отклонении одной из колесных пар от положения равновесия вагон начнет совершать извили стое движение. При этом часть кинетической энергии поступательного движения преобразует ся в извилистое движение. Характер этого преобразования зависит от кинематических и сило вых связей тел механической системы «рельсовый экипаж – путь». До некоторой «критиче ской» величины амплитуды начального отклонения поступление энергии в процесс извилисто го движения за один цикл колебаний будет меньшим, чем работа, затрачиваемая на преодоле ние возникающих сил трения, вследствие чего, колебательное движение будет затухать. При величинах начального отклонения больше «критического», поступление энергии в процесс из вилистого движения станет больше ее расхода на преодоление сил трения и в системе устанав ливается колебательный режим. Очевидно, что для каждого значения скорости, и соответст венно величины кинетической энергии, существует своя величина «критического» отклонения, необходимого для возникновения автоколебаний. В свою очередь, наибольшее возможное по перечное смещение колесной пары ограниченно её геометрическими размерами и шириной ко леи. Тогда, представляется возможным, нахождение зависимости минимальных значений ско ростей, начиная с которых наблюдается явление автоколебания, от величины поперечного смешения колесной пары, при изменении последнего в пределах от минимальной до макси мальной величины. Очевидно, что для данного диапазона поперечных смешений возникнове ние автоколебаний при скоростях меньше найденных невозможно. Тогда за величину критиче ской скорости может быть принята наименьшая скорость, при которой возникают автоколеба ния, из найденного семейства скоростей.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть При проведении численных экспериментов, для задания начального смещения первой колесной пары применялась сосредоточенная сила, приложенная вдоль оси колесной пары. С целью исключения сообщения вагону дополнительной энергии от действия силы, временная реализация последней представляет собой ограниченный небольшим промежутком времени импульс, по своей форме напоминающий -функцию Дирака.

Исходя из всего выше сказанного, предлагается следующая методика определения кри тической скорости по результатам численных экспериментов на имитационных моделях:

1. Задание семейства сосредоточенных сил имеющих различную увеличивающуюся ам плитуду и малую временную реализацию (с шириной порядка 0,2 с);

2. Последовательное моделирование движения вагона для каждой реализации возму щающей сосредоточенной силы по прямому идеально ровному участку пути и определение минимальной скорости возникновения автоколебаний для каждого значения начального сме щения колесной пары;

3. Определение величины критической скорости как наименьшей из всех скоростей, по лученных на предыдущем этапе.

С применением разработанной методики произведено сравнение критической скорости для двух схем опирания кузова вагона на ходовые части (с жесткими боковыми опорами с вер тикальным зазором и оборудованного боковыми опорами постоянного контакта с вертикальной жесткостью упругого элемента боковой опоры 1106 Н/м). Моделирование производилось с применением математической модели грузового вагона, разработанной в программной среде синтеза уравнений движения «Универсальный механизм». Модель включает 23 тела (кузов;

две надрессорных балки;

четыре боковые рамы;

четыре колпака боковых опор, восемь фрикцион ных клиньев гасителя колебаний;

четыре колесных пары). При моделировании колпаки боко вых опор имели одну степень подвижности, направленную вдоль вертикальной оси. Для срав нительных оценок применялась модель вагона с жесткими боковыми опорами при величине зазора 5 мм. Ширина колеи принималась равной 1520 мм, расстояние между внутренними гра нями колес 1440 мм [4], профиль поверхности катания колес соответствовал новому колесу без износов. Исследовался порожний режим движения вагонов, как наиболее неустойчивый.

В результате получены зависимости изменения величины скорости, начиная с которой в системе наблюдаются автоколебания от величины начального смещения (рис.1).

Рис. 1. Изменение наименьшего начального смещения первой колесной пары, необходимого для возникновения автоколебаний, от скорости движения Сравнение результатов (рис.1) показывает, что в случае оборудования вагона боковыми опорами постоянного контакта, с вертикальной жесткостью упругого элемента 1106 Н/м, вели чина критической скорости по извилистому движению увеличивается на 12 м/с (43 км/ч).

С применением разработанной методики может быть произведен расчет величин крити ческой скорости по извилистому движению для других технических состояний подвижного состава и пути, что позволит производить оценку устойчивости движения вагонов на этапе проектирования и осуществлять выбор рациональных значений параметров боковых опор кузо В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть ва постоянного контакта.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 1. Павлюков А.Э. Прогнозирование нагруженности ходовых частей грузовых вагонов повы шенной грузоподъёмности методами имитационного моделирования: Автореф. дис. … докт. техн.

наук. – Екатеринбург, УрГУПС, 2002. – 48 с.

2. РД 32 ЦВ 082-2006 “Ремонт тележек модели 18-578 с упруго-катковыми скользунами гру зовых вагонов” – М.: ОАО «РЖД», 2006 – 92 с.

3. Де Патер А.Д. Боковые колебания рельсовых экипажей. Динамика высокоскоростного транспорта: Пер. с англ. – М.: Транспорт, 1988. – 215 с.

4. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации / ЦРБ-756. – М.: Техинформ, 2000. – 191 с.

УДК 621.184.64:536. АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Марюшин Леонид Александрович, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой ПТЭ Шакирова Екатерина Алиевна, аспирант Князькова Татьяна Олеговна, старший преподаватель кафедры ЭТ и МПЭ НИТУ НОУ ВПО ЭЭИ (Экономико-Энергетический Институт) ул. Кировоградская, 11, г. Москва, 117587, Россия Katzbalger@yandex.ru В докладе проводится анализ составляющих теплопроводности меди и серебра.

Приведены степенные зависимости подвижности электронов описанных полупроводниковых материалов при различных температурах.

Ключевые слова: термоэлектрогенераторы, коэффициент теплопроводности, полупроводниковые материалы.

В различных высокотехнологических областях современной энергетики эксплуатируются термоэлектрогенераторы, технические устройства, предназначенные для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов). Они применяются для «малой энергетики» и обладают такими уникальными качествами, как полная автономность, высокая надежность, простота эксплуатации, долговечность, а также высокими удельными энерговесовыми характеристиками. [1, 3] Так как КПД термоэлектрогенераторов пока низок (5 – 10 %), то естественным является продолжить научные исследования по совершенствованию термоэлектрических материалов и конструкций самих аппаратов.

Расчет составляющих теплопроводности полупроводниковых материалов (Cu2S, Cu2Sе, Cu2Те, Ag2S, Ag2Se, Ag2Te), наиболее широко используемых в электрогенераторах, проведен из следующих предпосылок: выделена фононная составляющая теплопроводности в соответствии с теорией ф ~ T, тогда: Э ф или Э ф.[2] Учитывая, что в каждом анализируемом материале имеют место полиморфные превращения, при численном анализе были выделены температурные интервалы с той или иной структурной формой. Далее представлены результаты расчета коэффициентов теплопроводности и подвижности по вышеуказанной методике.

Полусернистая медь (Cu2S). Полупроводниковый элемент типа AIIBIV.

В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть Таблица T xUэ хэ хф х 400 – 700K 3.73 3 -1 3. 750 – 1100K -0.51 -1.51 -0.98 3. 1200 – 1300K -1.35 -2.40 -1 1. Из расчетных данных, приведенных в табл.1 видно, что до 700 К подвижность электронов полусернистой меди возрастает по закону определяемому степенью xUэ =3 это говорит о появлении фотонной составляющей. В интервале от 750 К до 1100 K наблюдается понижение подвижности согласно степени xUэ =-1.51, что соответствует рассеянию электронов на акустической ветви колебаний решетки. В следующем интервале температур от 1200 К до К подвижность убывает по закону, соответствующему xUэ =-2.4, что подтверждает наличие, согласно теории [2], рассеяния на тепловых колебаниях решетки с учетом зависимости эффективной массы электрона от температуры (при xUэ = (-2 -3)).

Селенид меди (Cu2Sе). Полупроводниковый элемент типа AIIBIV.

xUэ = -1.46, что В селениде меди подвижность электронов убывает согласно степени говорит о присутствии рассеяния на акустической ветви колебаний решетки (согласно с теорией xUэ =-1.5).

Теллурид меди (Cu2Те). Полупроводниковый элемент типа AIIBIV.

Таблица T xUэ хэ хф 500 – 1300K -0.07 -0.42 -1. xUэ =-0.42, Как видно, электронная подвижность в теллуриде меди убывает по закону что соответствует рассеянию электронов на оптической ветви колебаний решетки по теории (в теории xUэ =-0.5). Фононная теплопроводность убывает по закону хф =-1.82, что, согласно с теорией, говорит о наличии межфононного рассеяния (в теории хф =-2), а небольшое отклонение от теоретического значения фононной теплопроводности в теллуриде меди можно объяснить присутствием неупругого рассеяния.

Сернистое серебро (Ag2S). Полупроводниковый элемент типа AIIBIV.

Таблица T xUэ хэ хф х 500 – 850K 0.51 -1.36 -1.01 4. 900 – 1000K -1.36 -2.36 -1.01 3. Из табл. 3 видно, что у сернистого серебра в интервале от 500 К до 850 K электронная подвижность уменьшается по закону хэ =-1.36, что говорит о наличии рассеяния на акустической ветви колебаний решетки (в теории хэ =-1.5), а уменьшение степени свидетельствует о присутствии неупругого рассеяния. В следующем интервале от 900 К до 1000 К подвижность уменьшается по закону определяемому степенью xUэ =-2.36, согласно теории это соответствует рассеянию на тепловых колебаниях решетки с учетом зависимости эффективной массы электрона от температуры (теоретический xUэ =-2 -3).

Селенид серебра (Ag2Se). Полупроводниковый элемент типа AIIBIV.

От 500 К до 800 К значение электронной подвижности у селенида серебра убывает по закону определяемому степенью xUэ =-1.15, это свидетельствует о наличии рассеянии на акустической ветви колебаний решетки (в теории xUэ = -1.5). Уменьшение температурной степени, по сравнению с теоретической, говорит о присутствии неупругого рассеяния. В интервале от 850 К до 1100 К наблюдается рост электронной подвижности согласно степени xUэ =2.02, что говорит о наличии рассеяния электронов на ионах примесей, отклонение температурной степени говорит о присутствии дополнительного упругого рассеяния на инородных примесях.

Теллурид серебра (Ag2Te). Полупроводниковый элемент типа AIIBIV.

Как показали опыты, электронная подвижность теллурида серебра в интервале от 400 К до 900 К уменьшается по закону xUэ =-0.34, что говорит о наличии рассеяния электронов на В мире научных открытий, 2010, №5 (11), Часть оптической ветви колебаний решетки (теоретическое значение xUэ =-0.5), а отклонение полученной температурной степени свидетельствует о присутсвии дополнительного неупругого рассеяния. Температурная зависимость электронной подвижности в интервале от 1000 К до 1200 К изменяется по закону xUэ =-1.43. Это говорит о присутствии рассеяния на акустической ветви колебаний решетки (в теории xUэ =-1.5).

Полученные данные позволяют с большей эффективностью прогнозировать и рассчитывать свойства термоэлектрогенераторов, и получать несколько большие значения КПД.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 1. Охотин А.С., Марюшин Л.А., Моисеева Ю.В. Особенности работы электрогенерирующих теплообменных аппаратов на основе термоэлектрических батарей.//Известия МГИУ. №1(2).-М.:

МГИУ, 2006, с.62-64;

2. Охотин А.С., Жмакин Л.И., Марюшин Л.А. Теплопроводность. Модели, механизмы, экспериментальные данные. -М.: МГТУ, 2000, 299 с.

3. Охотин А.С., Марюшин Л.А. Состояние и перспектива термоэлектрического преобразования тепловой энергии в электрическую.//Известия МГИУ. №3(12), 2008, с.23-29.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 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.