Moscow, Russian Federation
VAK Russia 4
UDC 631.3
CSCSTI 68.31
Russian Classification of Professions by Education 35.00.00
Russian Library and Bibliographic Classification 4
Russian Trade and Bibliographic Classification 6
BISAC TEC003050 Agriculture / Irrigation
For water intake and the use of river water in irrigation, it is required to periodically clean the riverbed from shrubby and coarse-stalked grass vegetation, as well as dredging. For a long time, these works were not carried out, which led to overgrowth of the banks and siltation of the riverbed, and the water became unsuitable for economic activity. To remedy the situation, work is required to clean the riverbed from shrubby and coarse-stalked grass vegetation, as well as from bottom and suspended sediments. For this purpose, it is necessary to determine a complex of machines for cleaning the banks and riverbed. According to the research results, a mulcher for mowing the shore and excavator equipment with a profile perforated bucket are proposed. The research results showed that the energy consumption for cleaning the banks and riverbed did not exceed 40 kW. Therefore, a mobile wheeled tractor of traction class 1,4–2 can be used as the base machine. Studies have shown that in one pass it is possible to clean the shore and part of the bottom with a mulcher, excavator equipment can clean the same part of the riverbed from one parking lot. Therefore, the proposed complex of machines based on mobile wheeled tractors will clean the riverbank and riverbed with high productivity, since the mulcher has a high working speed, and the excavator with a profile bucket moves to the working position at high speed. The quality of the treatment works will allow the use of river water for irrigation land reclamation
riverbed cleaning, bottom sediments, vegetation mowing, dredging, mounted mulcher, profile bucket
Причинами считаются годами не проводящиеся работы по очистке русла от мусора, от излишней растительности, частично подгнившей. [1] Не проводятся работы по борьбе с заилением русла [2]. Дноуглубительные работы проводятся редко и бессистемно, поэтому малоэффективны. Малоснежные зимы последних лет привели к значительному обмелению русла [3]. Имеющиеся гидротехнические сооружения: дамбы, трубчатые переезды в течение долгого времени не поддерживались в рабочем состоянии, поэтому имеет место зарастание откосов кустарниковой и грубостебельчатой растительностью, а также заиление труб [4]. Все вышеперечисленное привело к невозможности использования речной воды для полива сельскохозяйственных культур ввиду низкого ее качества и сложности водозабора [5]. Так, в ЮФО, р. Бейсуг с притоками, до последнего времени использовалась для орошения территорий [6]. Сейчас значительная часть реки и притоков заболочена, заилена, гидротехнические сооружения на русле неработоспособны либо требуют проведения ремонтных работ, то есть большая часть реки для вовлечения в хозяйственную деятельность непригодна [7]. Выходом из данной ситуации будет очистка русла от кустарниковой и грубостебельчатой растительности, а также удаление придонных наносов [8]. После очистки русла воду можно будет использовать для полива.
Материалы и методы. Для очистки берега от кустарника и грубостебельчатой растительности следует использовать боковую косилку с мульчерной головкой на базе мобильного трактора (табл. 1).
Таблица 1 – Техническая характеристика отечественных навесных мульчеров.
|
Показатели |
Навесные мульчеры |
|
|
Hanma |
Зубр |
|
|
Максимальный диаметр ствола, мм |
200 |
35 |
|
Максимальная рабочая скорость, км/ч |
5 |
8 |
|
Число молотков, шт. |
36 - 56 |
32 |
|
Ширина захвата, м |
1 – 1,5 |
1,2 |
Для определения затрат мощности на работу мульчера воспользуемся формулой [9]:
где: Nд – мощность на перемалывание древесины, кВт; Nр – мощность на разгон, кВт; Nт – мощность на трение, кВт; Кпн – пнистость грунтовой залежи; Кдр – коэффициент закустаренности; едр - удельная энергоемкость на резание древесины, кДж/м3; ег - удельная энергоемкость на резание грунта, кДж/м3; hк - глубина копания, м; vк - поступательная скорость машины, м/с; bp- ширина обрабатываемой поверхности, м; vокр - окружная скорость мульчера, м/с; ρд – плотность перефрезерованной древесины, кг/м3; χ – коэффициент, зависящий от окружной скорости.
Мульчер навешивается сзади или сбоку базового трактора, что позволяет проводить очистные работы с берега (рис. 1).
Рисунок 1 – Мульчер на базе БЕЛАРУС-920: 1 – молоток; 2- ротор; 3 – привод ротора; 4 – кожух.
Для очистки русла от взвешенных и придонных наносов следует применить каналоочиститель со специальным ковшом [9]. Ковш выполнен перфорированным для стекания воды обратно в реку, илистые частицы задерживаются на стенках ковша, затем перемещаются на берег для последующей утилизации. Конструкция ковша позволяет проводить дноуглубительные работы [10]. Конструкция стрелы позволяет расчистить русло - откос и часть дна за два прохода, что существенно повысит производительность работ (таб. 2).
Таблица 2 – Техническая характеристика каналоочистителя ОКН-0,5.
|
Показатели |
ОКН-0,5 |
|
Вместимость ковша |
0,22 м3 |
|
Наибольшая глубина копания |
3,4 м |
|
Наибольший радиус копания |
6,05 м |
|
Наибольшая высота выгрузки |
4,9 м |
|
Производительность |
24 м3/ч |
В процессе работы энергозатраты расходуются на сопротивление пульпы разработке, на перемещение ковша с пульпой и его опрокидывание (рис. 2).
Рисунок 2 – Силы, действующие на ковш каналоочистителя.
В процессе очистки канала ковш развивает напорное и подъемное усилия [11]. Для определения затрат мощности на напор и подъем ковша воспользуемся формулой [12]:
Где: Fп – усилие подъема, Н; Fн – усилие напора, Н; vп – скорость подъема, м/с; vн – скорость напора, м/с; ηп – КПД подъема; ηн – КПД напора; k - удельное сопротивление разработке, Н/м2; b – ширина ковша, м; s – толщина стружки, м; lн – плечо силы сопротивления копанию, м; lп – плечо силы сопротивления подъему, м; lн – плечо веса ковша, м; lн – плечо веса рукояти, м; φ – угол наклона рукояти, град.
Результат и обсуждение. Проведенные мероприятия позволят очистить русло реки от древесно-кустарниковой и грубостебельчатой травяной растительности, а также основной массы взвешенных и придонных наносов, частично провести дноуглубительные работы. Расчеты показали, что для выбранного комплекса машин для очистки русла подходят мобильные тракторы тягового класса 1,4 – 2. Мощность базовой машины, конструкция рабочего органа позволит очистить берег и часть донной поверхности за один проход (рис. 3).
Рисунок 3 – Энергозатраты при очистке берега отечественными мульчерами.
При очистке русла от наносов разработкой с одной стоянки также можно очистить берег и дно до середины реки. Это существенно снижает энергозатраты и повышает производительность работ (рис. 4).
Рисунок 4 – Энергозатраты на очистку русла от наносов.
Проведенные исследования показали, что для эффективной очистки русла реки от кустарниковой и грубостебельчатой растительности, а также от донных, и большей части взвешенных наносов следует использовать комплекс машин на базе мобильных тракторов тягового класса 1,4 – 2. В составе комплекса машин мульчер для окашивания берега, и профильный ковш, перфорированный, для удаления наносов.
Выводы. Использование для оросительных мелиораций естественных водоисточников предполагает поддержание качественных показателей используемой воды санитарно – эпидемиологическим нормам. Для этого на реках следует проводить периодические очистные и дноуглубительные мероприятия, а также поддерживать гидротехнические сооружения в работоспособном состоянии. С этой целью следует удалять с берега кустарниковую и грубостебельчатую растительность, а также очищать русло от придонных и взвешенных наносов. С этой целью предполагается для проведения окашивания берега и очищения русла использовать комплекс машин: мульчер и профильный перфорированный ковш на базе мобильных тракторов тягового класса 1,4 – 2. Проведенные мероприятия позволят использовать речную воду для оросительных мелиораций.
1. Dubenok N.N., Ol'garenko G.V., Kalinichenko R.V. Perspektivy i obschestvennaya znachimost' razvitiya melioracii v Moskovskoy oblasti // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. 2022. № 5. S. 6–11.
2. Ol'garenko G.V., Turapin S.S. Perspektivy importozamescheniya i razrabotki tehnicheskih sredstv orosheniya dlya programmy razvitiya melioracii v Rossiyskoy Federacii // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. 2016. № 2. S. 35–39.
3. Mikheev P.A. Cheshev A.S., Alrksandrovskaya L.A. Bases of Interaction of Melioration and Environment // Engineering Studies. 2016. T. 8. № 3–2. C. 507.
4. Vodopotreblenie ovoschnyh kul'tur v nechernozemnoy zone Rossii / V.V. Pchelkin, S.O. Vladimirov, D.I. Zyablicev, Abdel' Tavab // Prirodoobustroystvo. 2022. № 4. S. 22–30. DOIhttps://doi.org/10.26897/1997-6011-2022-4-22-30.
5. Aktual'nye voprosy razvitiya meliorativnoy otrasli i ispol'zovanie vodnyh resursov v APK / V.N. Schedrin, A.V. Kolganov, G.A. Senchukov, V.D. Gostischev // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. 2021. № 4. S. 8–11.
6. Optimal'noe upravlenie polivami na osnove sovremennyh vychislitel'nyh algoritmov / V.V. Borodychev, M.N. Lytov, A.S. Ovchinnikov, V.S. Bocharnikov // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. 2015. № 4(40). S. 21–28.
7. Abdulmazhidov H.A., V Balabanov.I., Martynova N.B. Ispol'zovanie teorii grafov pri formirovanii optimal'nyh kompleksov meliorativnyh kanaloochistitel'nyh mashin // Melioraciya i gidrotehnika. 2022. T. 12, № 4.
8. Zhalnin E.V. O fundamental'nosti zemledel'cheskoy mehaniki // Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya «Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet imeni V. P. Goryachkina», 2017. № 6(82) C. 10–14.
9. Eksperimental'nye issledovaniya modeli kovsha meliorativnogo kanaloochistitelya RR‑303 dlya zony osusheniya / H.A. Abdulmazhidov, V. I. Balabanov, N.B. Martynova, A.A. Makarov // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. 2022. № 5. S. 20–25.
10. Razrabotka smennyh rabochih organov meliorativnogo kanaloochistitelya OKN‑0,5 / H.A. Abdulmazhidov, V.I. Balabanov, N.B. Martynova, A.A. Makarov // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. 2023. № 6. S. 40–43.
11. Eksperimental'nye issledovaniya koefficienta sherohovatosti pokrytiya iz kompozicionnogo geomata, zapolnennogo schebnem / T.Yu. Zhukova, N.V. Hanov, O.N. Chernyh, S.N. Rednikov // Melioraciya i gidrotehnika. 2024. T. 14. № 2. S. 260–274.
