Россия
Россия
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
BISAC TEC003000 Agriculture / General
В статье рассматриваются вопросы обоснования надежности движения широкозахватных дождевальным машин кругового действия на повышен-ных уклонах за счет исключения поверхностного стока, в зоне движения их ходовых систем, особенно в концевой части, посредством оснащения дождевальных аппаратов усовершенствованными регуляторами расхода мембранного типа. Лабораторными исследованиями определено, что точность регулирования усовершенствованным регулятором находится в тех же пределах, что и для серийной его модели, и составляет ±5%. Установлено, что регулирование расхода дождевальных аппаратов в кон-цевой части ДМ на склоновой поверхности увеличивает значение несущей способности почвы, с 40 – 50 до 80 – 90 кПа, или, что при удельном дав-лении ходовых систем, в среднем, около 85 кПа, обеспечивает достаточ-ную проходимость
многоопорная дождевальная машина; надежность технологического процесса полива; несущая способность; интенсивность дождя; расход воды; регулятор давления
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. Обоснование параметров по совершенствованию регулятора рас-хода дождевальных аппаратов машины «Кубань - ЛК1» [Текст] / Рязанцев А.И., Костенко М.Ю., Антипов А.О., Евсеев Е.Ю., Антипов О.В. // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева - Рязань, 2020. - Вып. 4 (48). - С. 107-113. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_44845900_71611001.pdf
2. ГОСТ 24059-88. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуа-тационно-технической оценки транспортных средств на этапе испытаний. - М.: Стандартинформ, 1988. - 48с. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-24059-88
3. ГОСТ ИСО 11545-2004. Оборудование сельскохозяйственное оро-сительное, машины дождевальные кругового и поступательного действий с дождевальными аппаратами или распылителями. Определение равномер-ности орошения. - М.: Стандартинформ, 2004. - 24с. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-iso-11545-2004
4. ГОСТ ИСО 8224-1-2004. Машины дождевальные подвижные. Часть 1. Эксплуатационные характеристики и методы лабораторных и по-левых испытаний. - М.: Стандартинформ, 2004. - 60с. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200044530
5. Евсеев Е.Ю., Рязанцев А.И., Антипов А.О. К усовершенствованию регулятора расхода дождевальных аппаратов многоопорных дождеваль-ных машин. / Вестник мелиоративной науки. 2020. №3. С: 36-39.
6. Рязанцев А. И., Евсеев Е. Ю., Антипов А. О., Смирнов А. И. Направления совершенствования регулирующих устройств для много-опорных дождевальных машин кругового действия типа «Кубань-ЛК1». Современное состояние, приоритетные задачи и перспективы развития аг-рарной науки на мелиорированных землях. Часть 2: материалы междуна-родной научно-практической конференции, ВНИИМЗ, г. Тверь, 25 сентяб-ря 2020 г. - Тверь: Тверской государственный университет, 2020. - 200 с.
7. Рязанцев А.И. Оптимизация широкозахватных дождевальных ма-шин кругового действия для сложных почвенно-рельефных условий [Текст] / А. И. Рязанцев, А.О. Гаврилица. - Кишинев: Штиинца, 1991. - 200 с.
8. Евсеев Е. Ю., Рязанцев А.И., Антипов А.О. Регулирование водо-отдачи ДМ «Кубань-ЛК1» на склоновых участках. В сборнике: Материа-лы Всероссийской национальной научно-практической конференции по-священной 80-летию со дня рождения профессора Анатолия Михайловича ФГБОУ ВО Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева, Совет молодых ученых. 2020. С. 83-88.
9. Патент РФ 2005112003. М. 2005. А.В. Шереметьев, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко. Регулятор расходно-напорных характеристик.
10. Рязанцев А.И., Евсеев Е.Ю., Антипов А.О. К усовершенствова-нию регулятора расхода дождевальных аппаратов многоопорных дожде-вальных машин. Сетевое электронное периодическое издание Депмелио-рации Минсельхоза России и ФГБНУ ВНИИ «Радуга» Научно-практический журнал «Вестник мелиоративной науки» №3 2020.
11. ГОСТ ИСО 8224-1-2004. Машины дождевальные подвижные. Часть 1. Эксплуатационные характеристики и методы лабораторных и по-левых испытаний. - М.: Стандартинформ, 2004. - 60с. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200044530
12. Повышение эксплуатационных показателей транспортных систем многоопорных машин / А.И. Рязанцев, А.О. Антипов., Е.А. Смирнова // Коломна, ГОУ ВО МО ГСГУ, 2018. - С. 246 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=34933025
13. Патент №204128 Российская Федерация, МПК A01G 25/09 (2006.01), B05B 1/30 (2006.01), СПК A01G 25/09 (2021.02), B05B 1/30 (2021.02) Многоопорная дождевальная машина кругового действия : №2020143686 : заявл. 28.12.2020 : опубл. 11.05.2021 / Рязанцев А.И., Рембалович К.Г., Антипов А.О., Евсеев Е.Ю., Бышов Н.В., Борычев Н.В., Костенко М.Ю., Безносюк Р.В. ; заявитель ФГБОУ ВО «Рязанский госу-дарственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева». - 8 с. : ил.
14. Турапин С.С., Ольгаренко Г.В., Рязанцев А.И., Антипов А.О. Эколого - энергетическое совершенствование многоопорных дождеваль-ных машин // Мелиорация и водное хозяйство. - 2021. - №3. - С. 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. Рязанцев, А.И. Эксплуатация транспортных систем многоопор-ных машин / А.И. Рязанцев, А.О. Антипов // Коломна, ГОУ ВО МО ГСГУ, 2016. - С. 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, - Т. 8. № 18. С. 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, - Т. 8. № 8 S3. С. 404-406. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39552647
19. Методические рекомендации по комплексным технологическим и техническим решениям, обеспечивающим снижение энергоемкости эксплу-атации мелиоративных систем: научн. издание. - Коломна: ИП Воробьев О.М., 2015. - 164 с. ISBN 978-5-9906549-1-4. URL: https://inform-raduga.ru/sites/all/files/2015-04-20-raduga1.pdf
20. Оптимальная равномерность полива / И. Варлев // Гидравлика и мелиорация. - М., 1981. - № 6.- С. 77-81.
