Russian Federation
Russian Federation
UDK 631.3 Сельскохозяйственные машины и орудия. Сельскохозяйственное оборудование
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство
BBK 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
BISAC TEC003000 Agriculture / General
The article discusses the issues of substantiating the reliability of the movement of wide-reach circular sprinkler machines on elevated slopes by eliminating surface runoff in the movement zone of their running systems, especially in the end part, by equipping sprinkler machines with advanced membrane-type flow regulators. Laboratory studies have determined that the accuracy of regulation by the im-proved regulator is within the same limits as for its serial model, and is ± 5%. It has been found that the regulation of the flow rate of sprinklers in the end part of the DM on a sloping surface increases the value of the bearing capacity of the soil, from 40-50 to 80-90 kPa, or that at a specific pressure of running systems, on average, about 85 kPa, provides sufficient permeability
multi-support sprinkler; reliability of the irrigation process; bearing capacity; rain intensity; water flow; pressure regulator
Постановка проблемы
Условия устойчивой работы колесных многоопорных дождевальных машин (типа «Фрегат», «Кубань – ЛК1» и др.) по опорной проходимости определяется соответствием их среднего удельного давления q несущей способности почвы орошаемых площадей Ро [10]: q<Ро.
Считаем, что комплексным показателем, наиболее полно учитывающим указанные свойства почвы, является ее несущая способность после полива дождеванием Ропп, значения которой, определяются по следующей эмпирической зависимости: [12]
Ропп = Родп - (1,4mдост0,65 * 65 + 8 * 1,01mcт),
где: Родп - значение несущей способности почвы до полива;
mдост0,65 – величина достоковой нормы полива, м3/га,
mдост = P/
где: 
Р – показатель, характеризующий впитываемую способность почвы, л;
a– средний диаметр капель дождя, мм;
mcт – величина стока, мм/мин, mcт= mm-mдост;
mm – машинная норма полива, мм.
1, 2 – расход и средняя интенсивность дождя дождевальных аппаратов под последним пролетом и консолью на уклоне, соответственно, без регулирования расхода (линия 1) и с ним (линия 2).
Рисунок 1 – Изменение расхода воды и средней интенсивности дождя дождевальными аппаратами по длине ДМ «Кубань – ЛК1».
Рисунок 2 – Образование поверхностного стока под последней тележкой ДМ «Кубань – ЛК1» на склоне.
Как показали исследования, одним из важных показателей, влияющего на величину достоковой поливной нормы и, как следствие на изменение несущей способности орошаемой поверхности передвижения ( P0pp) является интенсивность дождя 
, определяемая по выражению:
где: 
Q– расход воды, л/с;
S – площадь орошения, мм2.
Так, при работе ДМ «Кубань – ЛК1» базовой модификации МДЭК-474-65-01 (10 тележек) на склоновом участке с отрицательным уклоном (t=0.05) среднее значение интенсивности дождя среднеструйного дождевального аппарата «Фрегат» (3 серия) в концевой части машины (под последним пролетом концевой части) из-за увеличенного расхода воды (Q=2,1...2,3 л/с), образуемого перепадом геодезических высот, составляет 0.40 мм/мин, против 0.30 мм/мин (Q=1,6...1,7 л/с) на выровненной площади (рисунок 1).
Отмеченное, при поливных нормах более 300 м3/га, обуславливает интенсивное лужеобразование с образованием поверхностных стоков до 50 – 70% (рисунок 2).
Указанное отрицательно сказывается на надежности технологического процесса полива ДМ и ее производительности, определяемых, в немалой степени, снижением опорно – сцепных свойств ее последних самоходных тележек [6].
То есть, для обеспечения надежной работы ДМ «Кубань – ЛК1» на повышенных уклонах, необходимо минимизировать увеличение расхода и, как следствие, интенсивности дождя, в ее концевой части (рисунок 1, линия 2).
Цель исследований - повышение эффективности работы многоопорных дождевальных машин на склоновых участках, за счет улучшения их опорных свойств, посредством совершенствования устройств по регулированию расхода дождевальных аппаратов в ее концевой части.
Материалы и методы исследований
Для снижения интенсивности дождя на ДМ, как показывает опыт, используют различные конструкции регуляторов расхода. Считаем, что для ДМ типа «Кубань – ЛК1» исходя из мировой тенденции повышения надежности и точности регулирования, наиболее приемлемыми являются модификации устройств мембранного типа, например марки Valtec VT.085 (рисунок 3) [1].
Эффективность данного типа регулятора будет еще больше за счет использования на ДМ наименее материалоемких его моделей, с обеспечением расходно – напорных характеристик, присущих устройствам с более большими, по массе, показателями.
То есть, вместо, сравнительно, большего по материалоемкости регулятора VT.085 Dn 1 1/2 (m = 1.70 кгс), обеспечивающего регулирование расхода дождевальных аппаратов в концевой части ДМ «Кубань – ЛК1» в пределах 1.8 – 2.1 л/с, выбираем его модификацию, меньшую по массе, Valtec VT.085 Dn 3/4 (m = 0.90 кгс, q = 0.69 л/с), с проведением, в целях сохранения требуемых расходно – напорных характеристик, обоснования по ее усовершенствованию.
В таблице 1 приведены технические характеристики серийных: модели VT.085 Dn 1 1/2 (графа 4), VT.085 Dn 3/4 (графа 5) и, по данным расчета, усовершенствованного VT.085 Dn 3/4 (графа 6), регуляторов расхода.
Приведенные расчеты (таблица 1) показывают, что после усовершенствования менее материалоемкого регулятора расхода VT.085 Dn 3/4 посредством увеличения диаметра проходного сечения А (до 12 мм), он имеет значения расходно – напорных характеристик и точности регулирования (как показано ниже), равные его серийной, более материалоемкой, модификации VT.085 Dn 1 1/2. При этом, усовершенствованное регулирующее устройство VT.085 Dn 3/4, почти на 50% по массе меньше серийного регулятора расхода VT.085 Dn 1 1/2.
|
|
|
|
а |
б |
|
1 – регулятор, 2 – дождевальный аппарат, 3 – водопроводящий трубопровод. |
1 – пружина; 2 - резиновая мембрана; 3 – шток; А1 – до усовершенствования; А2 – после усовершенствования. |
а – общий вид на трубопроводе ДМ, б – схема регулятора
Рисунок 3 - Регулятор расхода дождевальных аппаратов Valtec VT.085.
Таблица 1
|
№ п.п |
Наименование показателя |
Ед. изм. |
Серийные регуляторы |
Усовершенствованная модель VT.085 Dn 3/4 |
|
|
Модель VT.085 Dn 1 1/2 |
Модель VT.085 Dn 3/4 |
||||
|
1. |
2. |
3. |
4. |
5. |
6. |
|
|
Тип |
|
мембранный регулятор «после себя» |
мембранный регулятор «после себя» |
мембранный регулятор «после себя» |
|
|
Диапазон регулирования:
|
МПа |
0.30
0.30
0.50 |
0.30
0.30
0.50 |
0.30
0.30
0.50 |
|
|
Регулирующий орган |
|
редукционный клапан с коническим седлом |
редукционный клапан с коническим седлом |
редукционный клапан с коническим седлом |
|
|
Расход |
л/с |
2.5 |
0.69 |
1.60 |
|
|
Диаметр входного отверстия |
мм |
15 |
9 |
12 |
|
|
Условная пропускная способность |
м3/ч |
13.25 |
3.6 |
4.5 |
|
|
Параметры мембраны:
|
мм мм |
128 5 |
64 3 |
64 3 |
|
|
Параметры пружины:
|
шт.
мм |
9
6 |
6
4 |
5
4 |
|
|
Точность регулирования |
% |
±5 |
±5 |
±5 |
|
|
Габаритные размеры |
мм |
235x137x123 |
157x77x72 |
157x77x72 |
|
|
Масса |
кг |
1.75 |
0.9 |
0.9 |
Оценка точности регулирования усовершенствованного регулятора с выходным отверстием диаметром 12 мм теоретически описывается уравнением [1]:
mшх=-(рвх-р+-)Sp-(рвых-р+-)Sштkx-ax-FТр (1)
где рвх, рвых – давление на входе и выходе из регулятора;
Pa – атмосферное давление;
k – коэффициент жесткости пружины;
x
– поджатие пружины;
mm – масса штока;
a – коэффициент сопротивления;
FТр – сила трения шкота.
Исходя из того, что входящий в выражение (1) коэффициент сопротивления a теоретически неопределим, оценку точности регулирования осуществляют экспериментально.
Результаты исследований и обсуждение
На основе проведенных лабораторных исследований на стенде УРОКС – 150М достоверности пропуска расчетного расхода воды регуляторами давления с различными диаметрами выходных отверстий 
в зависимости от давления 
, построена графическая зависимость (рисунок 4), описываемая регрессионным выражением (6):
Q=-0,3667 + 0,1d -3,3333 pвх + 8,6233 * 10-13dd + 0,5 dpвх - 6,6058 * 10-12pвхpвх (2)
Полученные результаты подтверждают достаточную сходимость теоретических и экспериментальных исследований по оптимальному значению диаметра (12 мм) выходного отверстия регулятора для пропуска необходимого расхода воды (1.65 л/с), при давлении 0.30 МПа.
Исследования усовершенствованного регулирующего устройства с оптимизированным диаметром выходного отверстия, настроенного на выше указанные характеристики по напору и расходу на выходе, показали, что изменение давления на входе в регулятор от 0.30 до 0.50 МПа существенного влияния на величину подачи воды не оказывает.
То есть, точность регулирования, как и у серийной модификации устройства, находится в тех же пределах и составляет ±5% (рисунок 5).
Рисунок 4 – График зависимости величины проходного сечения регулятора давления и напора перед его входом на расход воды.
Рисунок 5 – Изменение давления на выходе регулятора от давления на входе.
Проведенные производственные исследования регулирования расхода дождевальных аппаратов к концевой части ДМ «Кубань – ЛК1» на повышенных уклонах (АО «Озеры», Московской области), выявили, что установка регуляторов позволила, за счет исключения поверхностных стоков, увеличить несущую способность почвы с 40 – 50 кПа до 80 – 90.
Указанное, с учетом зависимости (2) и удельного давления ходовых систем (в среднем 85 кПа), обосновывает надежное движение последних тележек ДМ, как и ее в целом.
Выводы
1. Выявлено, что увеличение несущей способности почвы при поливе широкозахватными дождевальными машинами кругового действия, возможно за счет исключения образования поверхностных стоков, в зоне движения их ходовых систем, определяемых увеличенным расходом, особенно в концевой части, на повышенных уклонах.
2. Установлено, что наиболее приемлемым устройством для регулирования расхода дождевальных аппаратов является усовершенствованный регулятор мембранного типа марки Valtec VT.085.
3. Определено, по результатам лабораторных исследований, что точность регулирования усовершенствованным регулятором находится в тех же пределах, как и для серийной модели, и составляет ±5%.
4. Доказано, что регулирование расхода дождевальным аппаратов в концевой части ДМ на повышенных уклонах увеличивает несущую способность почвы в среднем с 40 – 50 до 80 – 90 кПа или на 80 - 100%, что при существующем удельном давлении ходовой системы ее тележек на почву (в среднем 85 кПа), обеспечивает надежное их движение.
1. Obosnovanie parametrov po sovershenstvovaniyu regulyatora ras-hoda dozhdeval'nyh apparatov mashiny «Kuban' - LK1» [Tekst] / Ryazancev A.I., Kostenko M.Yu., Antipov A.O., Evseev E.Yu., Antipov O.V. // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotehnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva - Ryazan', 2020. - Vyp. 4 (48). - S. 107-113. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_44845900_71611001.pdf
2. GOST 24059-88. Tehnika sel'skohozyaystvennaya. Metody eksplua-tacionno-tehnicheskoy ocenki transportnyh sredstv na etape ispytaniy. - M.: Standartinform, 1988. - 48s. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-24059-88
3. GOST ISO 11545-2004. Oborudovanie sel'skohozyaystvennoe oro-sitel'noe, mashiny dozhdeval'nye krugovogo i postupatel'nogo deystviy s dozhdeval'nymi apparatami ili raspylitelyami. Opredelenie ravnomer-nosti orosheniya. - M.: Standartinform, 2004. - 24s. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-iso-11545-2004
4. GOST ISO 8224-1-2004. Mashiny dozhdeval'nye podvizhnye. Chast' 1. Ekspluatacionnye harakteristiki i metody laboratornyh i po-levyh ispytaniy. - M.: Standartinform, 2004. - 60s. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200044530
5. Evseev E.Yu., Ryazancev A.I., Antipov A.O. K usovershenstvovaniyu regulyatora rashoda dozhdeval'nyh apparatov mnogoopornyh dozhdeval'-nyh mashin. / Vestnik meliorativnoy nauki. 2020. №3. S: 36-39.
6. Ryazancev A. I., Evseev E. Yu., Antipov A. O., Smirnov A. I. Napravleniya sovershenstvovaniya reguliruyuschih ustroystv dlya mnogo-opornyh dozhdeval'nyh mashin krugovogo deystviya tipa «Kuban'-LK1». Sovremennoe sostoyanie, prioritetnye zadachi i perspektivy razvitiya ag-rarnoy nauki na meliorirovannyh zemlyah. Chast' 2: materialy mezhduna-rodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii, VNIIMZ, g. Tver', 25 sentyab-rya 2020 g. - Tver': Tverskoy gosudarstvennyy universitet, 2020. - 200 s.
7. Ryazancev A.I. Optimizaciya shirokozahvatnyh dozhdeval'nyh ma-shin krugovogo deystviya dlya slozhnyh pochvenno-rel'efnyh usloviy [Tekst] / A. I. Ryazancev, A.O. Gavrilica. - Kishinev: Shtiinca, 1991. - 200 s.
8. Evseev E. Yu., Ryazancev A.I., Antipov A.O. Regulirovanie vodo-otdachi DM «Kuban'-LK1» na sklonovyh uchastkah. V sbornike: Materia-ly Vserossiyskoy nacional'noy nauchno-prakticheskoy konferencii po-svyaschennoy 80-letiyu so dnya rozhdeniya professora Anatoliya Mihaylovicha FGBOU VO Ryazanskiy gosudarstvennyy agrotehnologicheskiy universitet im. P.A. Kostycheva, Sovet molodyh uchenyh. 2020. S. 83-88.
9. Patent RF 2005112003. M. 2005. A.V. Sheremet'ev, A.I. Ryazancev, N.Ya. Kirilenko. Regulyator rashodno-napornyh harakteristik.
10. Ryazancev A.I., Evseev E.Yu., Antipov A.O. K usovershenstvova-niyu regulyatora rashoda dozhdeval'nyh apparatov mnogoopornyh dozhde-val'nyh mashin. Setevoe elektronnoe periodicheskoe izdanie Depmelio-racii Minsel'hoza Rossii i FGBNU VNII «Raduga» Nauchno-prakticheskiy zhurnal «Vestnik meliorativnoy nauki» №3 2020.
11. GOST ISO 8224-1-2004. Mashiny dozhdeval'nye podvizhnye. Chast' 1. Ekspluatacionnye harakteristiki i metody laboratornyh i po-levyh ispytaniy. - M.: Standartinform, 2004. - 60s. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200044530
12. Povyshenie ekspluatacionnyh pokazateley transportnyh sistem mnogoopornyh mashin / A.I. Ryazancev, A.O. Antipov., E.A. Smirnova // Kolomna, GOU VO MO GSGU, 2018. - S. 246 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=34933025
13. Patent №204128 Rossiyskaya Federaciya, MPK A01G 25/09 (2006.01), B05B 1/30 (2006.01), SPK A01G 25/09 (2021.02), B05B 1/30 (2021.02) Mnogoopornaya dozhdeval'naya mashina krugovogo deystviya : №2020143686 : zayavl. 28.12.2020 : opubl. 11.05.2021 / Ryazancev A.I., Rembalovich K.G., Antipov A.O., Evseev E.Yu., Byshov N.V., Borychev N.V., Kostenko M.Yu., Beznosyuk R.V. ; zayavitel' FGBOU VO «Ryazanskiy gosu-darstvennyy agrotehnologicheskiy universitet imeni P.A. Kostycheva». - 8 s. : il.
14. Turapin S.S., Ol'garenko G.V., Ryazancev A.I., Antipov A.O. Ekologo - energeticheskoe sovershenstvovanie mnogoopornyh dozhdeval'-nyh mashin // Melioraciya i vodnoe hozyaystvo. - 2021. - №3. - S. 30 - 36.
15. Ecological-energy directions for improving multiple sprinkling ma-chines / Ryazantsev A.I., Antipov A.O., Olgarenko G.V., Rembolovich G.K., Kostenko M.U. and d.r.// ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, February 2019? - Vol. 14 No. 3, ISSN 1819-6608 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37010223
16. Ryazancev, A.I. Ekspluataciya transportnyh sistem mnogoopor-nyh mashin / A.I. Ryazancev, A.O. Antipov // Kolomna, GOU VO MO GSGU, 2016. - S. 225 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35114523
17. Water conservation while using irrigation devices of multiple sup-ports in the conditions of the Moscow region / Ryazantsev A.I., Antipov A.O., Olgarenko G.V., Smirnov A.I. // Amazonia Investiga. 2019, - T. 8. № 18. S. 323-329 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37009752
18. Technological features of irrigation and assessment indicators of multibasic irrigation machines running systems efficiency (on the example of im Kuban - LK1) / Ryazantsev A.I., Antipov A.O., Smirnov A.I., EvseevE. Yu., Akhtyamov A.A., Rembalovich G.K. // International Journal of Innova-tive Technology and Exploring Engineering. 2019, - T. 8. № 8 S3. S. 404-406. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39552647
19. Metodicheskie rekomendacii po kompleksnym tehnologicheskim i tehnicheskim resheniyam, obespechivayuschim snizhenie energoemkosti eksplu-atacii meliorativnyh sistem: nauchn. izdanie. - Kolomna: IP Vorob'ev O.M., 2015. - 164 s. ISBN 978-5-9906549-1-4. URL: https://inform-raduga.ru/sites/all/files/2015-04-20-raduga1.pdf
20. Optimal'naya ravnomernost' poliva / I. Varlev // Gidravlika i melioraciya. - M., 1981. - № 6.- S. 77-81.
