г. Москва и Московская область, Россия
ВАК 4 Сельскохозяйственные науки
УДК 631.3 Сельскохозяйственные машины и орудия. Сельскохозяйственное оборудование
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 6 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. МАТЕМАТИКА
BISAC TEC003050 Agriculture / Irrigation
Для осуществления водозабора и использования речной воды в орошении требуется периодически проводить очистку русла от кустарниковой и грубостебельчатой травяной растительности, а также дноуглубительные работы. Длительное время эти работы не проводились, что привело к зарастанию берегов и заилению русла, и вода стала непригодна для осуществления хозяйственной деятельности. Для исправления ситуации требуется проведение работ по очистке русла от кустарниковой и грубостебельчатой травяной растительности, а также от придонных и взвешенных наносов. Для этой цели требуется определить комплекс машин для проведения работ по очистке берегов и русла. По результатам исследований предложены мульчер для окашивания берега и экскаваторное оборудование с профильным перфорированным ковшом. Результаты исследований показали, что энергозатраты на осуществления очистки берегов и русла не превысили 40 кВт. Следовательно, в качестве базовой машины может быть использован мобильный колесный трактор тягового класса 1,4–2. Исследования показали, что за один проход можно мульчером очистить берег и часть дна, экскаваторное оборудование может с одной стоянки очистить такую же часть русла реки. Следовательно, предложенный комплекс машин на базе мобильных колесных тракторов будет очищать берег и русло реки с высокой производительностью, так как у мульчера высокая рабочая скорость, а экскаватор с профильным ковшом осуществляет переезды на рабочую позицию с высокой скоростью. Качество очистных работ позволит использовать речную воду для оросительных мелиораций
очистка русла, придонные наносы, окашивание растительности, дноуглубительные работы, навесной мульчер, профильный ковш
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. Дубенок Н.Н., Ольгаренко Г.В., Калиниченко Р.В. Перспективы и общественная значимость развития мелиорации в Московской области // Мелиорация и водное хозяйство. 2022. № 5. С. 6–11.
2. Ольгаренко Г.В., Турапин С.С. Перспективы импортозамещения и разработки технических средств орошения для программы развития мелиорации в Российской Федерации // Мелиорация и водное хозяйство. 2016. № 2. С. 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. Водопотребление овощных культур в нечерноземной зоне России / В.В. Пчелкин, С.О. Владимиров, Д.И. Зяблицев, Абдель Таваб // Природообустройство. 2022. № 4. С. 22–30. DOIhttps://doi.org/10.26897/1997-6011-2022-4-22-30.
5. Актуальные вопросы развития мелиоративной отрасли и использование водных ресурсов в АПК / В.Н. Щедрин, А.В. Колганов, Г.А. Сенчуков, В.Д. Гостищев // Мелиорация и водное хозяйство. 2021. № 4. С. 8–11.
6. Оптимальное управление поливами на основе современных вычислительных алгоритмов / В.В. Бородычев, М.Н. Лытов, А.С. Овчинников, В.С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2015. № 4(40). С. 21–28.
7. Абдулмажидов Х.А., В Балабанов.И., Мартынова Н.Б. Использование теории графов при формировании оптимальных комплексов мелиоративных каналоочистительных машин // Мелиорация и гидротехника. 2022. Т. 12, № 4.
8. Жалнин Э.В. О фундаментальности земледельческой механики // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина», 2017. № 6(82) C. 10–14.
9. Экспериментальные исследования модели ковша мелиоративного каналоочистителя РР‑303 для зоны осушения / Х.А. Абдулмажидов, В. И. Балабанов, Н.Б. Мартынова, А.А. Макаров // Мелиорация и водное хозяйство. 2022. № 5. С. 20–25.
10. Разработка сменных рабочих органов мелиоративного каналоочистителя ОКН‑0,5 / Х.А. Абдулмажидов, В.И. Балабанов, Н.Б. Мартынова, А.А. Макаров // Мелиорация и водное хозяйство. 2023. № 6. С. 40–43.
11. Экспериментальные исследования коэффициента шероховатости покрытия из композиционного геомата, заполненного щебнем / Т.Ю. Жукова, Н.В. Ханов, О.Н. Черных, С.Н. Редников // Мелиорация и гидротехника. 2024. Т. 14. № 2. С. 260–274.
