Характеристика и расчет основных параметров дождевальных машин

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Требования к поливу можно условно разделить на агробиологические, агропочвенные, мелиоративные, организационные.

Агробиологические требования предусматривают оптимальное снабжение растений водой. Для этого поливная техника должна обеспечить подачу воды в нужном количестве, необходимого качества и в требуемые сроки в соответствии с биологическими фазами развития растений, равномерное распределение воды на поле и по почвенным горизонтам в соответствии с размещением корневой системы растений. Положительное воздействие полива на окружающую растение среду и создание требуемого воздушного, теплового и пищевого режимов в почве. И микроклимата, соответствующих физиологическим особенностям развития растений, исключение механических повреждений растений.

Агропочвенные и мелиоративные требования сводятся к сохранению и улучшению микрорельефа, структуры, механического состава почвы и мелиоративного состояния земель. Для этого поливная техника и технология полива не должны допускать водной эрозии почвы, разрушения структуры и уплотнения почвы; потерь воды на глубинную фильтрацию и сбросы, вторичное засоление орошаемых земель.

Организационно-хозяйственные требования сводятся к рациональной организации территории, высокоэффективному использованию поливной техники, воды и труда на поливном участке. Полив проводят в наиболее благоприятные агротехнические сроки без ухудшения условий работы других сельскохозяйственных машин.

Орошение сельскохозяйственных культур может быть поверхностное, дождеванием и подпочвенное.

Поверхностный полив по характеру увлажнения почвы и условиям механизации проводится напуском по полосам, площадкам или чекам с затоплением всей поверхности участка (травы, зерновые) или с подачей воды по бороздам (пропашные культуры).

Дождевание с увлажнением поверхности почвы проводится дождевальными агрегатами с разбрызгиванием воды в движении или позиционно, с подачей воды по трубам или с забором её из открытых оросителей.

При подпочвенном орошении увлажняется корнеобитаемый слой.

Техника полива должна обеспечивать получение максимального урожая сельскохозяйственных культур. При этом растения должны использовать влагу и питательные вещества из всей толщи корнеобитаемого слоя.

Почвы различного состава могут впитывать и удерживать в своём объёме разное количество воды (песчаные - до 100, а суглинки ? 400 л/м3). В каждом конкретном случае глубина увлажнения определяется фазами развития растений и их породным составом.

Поливная норма -- это количество воды, даваемой за один полив, в метрах кубических на 1 га. Количество воды, которое следует подавать на поверхность орошаемой площади в течение работы дождевальной установки на одной позиции.

Дождевание перспективно в первую очередь в районах недостаточного увлажнения для орошения сельскохозяйственных культур при малых поливных и оросительных нормах, а также в районах с резко выраженной недостаточной водообеспеченностью.

Дождевание имеет следующие преимущества по сравнению с поверхностным орошением: позволяет проводить полив земель с повышенной водопроницаемостью, а также в предгорных районах, которые недоступны для других способов орошения, и где можно использовать естественный напор воды. Требует меньших затрат на подготовку и выравнивание поверхности; не вызывает эрозии и засоления почвы; даёт экономию воды по сравнению с поверхностным поливом, а также экономию в затратах труда; вместе с водой можно распылять ядохимикаты для борьбы с вредителями и болезнями растений; дождевание может быть применено для защиты растений от заморозков.

Дождевание оказывает благоприятное физиологическое воздействие на растения и обеспечивает более раннее созревание их при меньших затратах оросительной воды. Дождевание легко поддаётся автоматическому регулированию и дистанционному управлению.

Эффективное применение дождевания в первую очередь зависит от правильного соотношения между поливной нормой, интенсивностью дождя и продолжительностью полива.

Интенсивность дождя, как основной фактор нормального увлажнения поля, должна соответствовать водопроницаемости почвы, уклону поливного участка и потребности культуры в воде.

1. Краткий обзор и анализ конструкций дождевальных машин

Дождевальными машинами называют дождевальные установки, снабжённые средствами механизированного передвижения.

Различают стационарные, полустационарные и передвижные дождевальные системы.

По дальности разбрызгивания, напору воды их можно разделить на три группы:

- короткоструйные, или низконапорные (дальность полёта капель до 8 м, напор воды 0, 05...0, 15 МПа);

- среднеструйные или средненапорные (дальность полёта капель до 35 м, напор воды 0,15...0, 5 МПа);

- дальнеструйные или высоконапорные (дальность полёта капель до 60 м, напор воды свыше 0,5 МПа).

По конструктивным признакам, определяющим технологический процесс полива дождевальные машины можно разделить на следующие типы: многоопорные широкозахватные дождевальные машины, двухконсольные дождевальные машины и дальнеструйные дождевальные машины.

В Российской Федерации промышленность выпускает самоходную дождевальную многоопорную машину «Фрегат», двухконсольные дождевальные агрегаты ДДА-ЮОМ и ДДА-ЮОМА, дальнеструйные дождеватели навесные ДДН-70 и ДДН-100, самоходный многоопорный дождевальный трубопровод «Волжанка» (ДКШ-64), многоопорную дождевальную машину «Днепр», переносную дождевальную установку КИ-50 («Радуга»).

Опыт эксплуатации дождевальной машины «Фрегат» показывает, что она имеет ряд преимуществ перед другими типами машин: позволяет производить полив в большом диапазоне поливных норм (190…1200 м3/га) в зависимости от скорости движения.

Дождевальная машина «Фрегат», рисунок 1, предназначена для полива сельскохозяйственных культур, лугов и пастбищ. Трубопровод её базовой модели ДМ-454-100 установлен на 16 самоходных тележках, движется по кругу относительно опоры, укреплённой в центре поля. На трубопроводе 49 среднеструйных дождевальных аппаратов кругового действия, а на конце его дальнеструйный аппарат, который может поливать по кругу и по сектору. Воду берут от гидрантов закрытой оросительной сети или из скважины с помощью погружного насоса. Каждая самоходная тележка имеет гидропривод, обеспечивающий её движение и систему автоматической синхронизации, которая контролирует изгиб трубопровода в горизонтальной плоскости и регулирует подачу воды в гидропривод. Две системы аварийной защиты (механическая и электрическая) останавливают машину при недопустимом изгибе трубопровода.

Машина может работать на участках со сложным рельефом, если суммарные уклоны между тремя соседними тележками не превышают 5%.

Техническая характеристика дождевальной машины «Фрегат» приведена в таблице 1.

Рисунок 1 - Дождевальная машина «Фрегат»

Неподвижную опору при помощи цепей и болтов жёстко прикрепляют к бетонному фундаменту. Внутри опоры проходит труба - стояк, заканчивающаяся вверху раструбом, к которому присоединяют поворотное колено, вращающееся во время полива относительно вертикальной оси.

Таблица 1 - Техническая характеристика дождевальной машины «Фрегат»

Наименование	Показатели	Единицы измерения
Привод передвижения машины	Гидравлический	-
Количество самоходных опор	16(и более)	шт.
Длина машины	454	м
Расстояние между самодвижущимися опорами с 1 по 7 опору с 7 по последнюю 16	24,7 29,6	м м
Напор воды на входе в машину при максимально допустимом продолжительном уклоне	7; (0,7)	кгс/см2 (МПа)
Максимальная площадь полива при работе на одной позиции	72	га
Радиус полива при отключенном концевом дождевальном аппарате	468	м
Радиус струи концевого дождевального аппарата	25	м
Минимальное время полного оборота машины	51	час
Минимальная поливная норма	240	м3/га
Количество дождевальных аппаратов	50	шт.
Расстояние от поверхности земли до трубопровода	2,2	м

Двухконсольные дождевальные агрегаты ДДА-ЮОМ и ДДА-ЮОМА предназначены для полива всех культур, кроме многолетних насаждений. ДДА-ЮОМ и ДДА-ЮОМА--это двухконсольная ферма длиной 110,3 м, на нижнем поясе которой расположен оросительный трубопровод.

Конструкция двухконсольного дождевального агрегата ДДА-ЮОМ представлена на рисунке 2, где: а - вид спереди; б - план; 1 - дождевальный агрегат ДДА-ЮОМ; 2 - временный ороситель; 3 - участковый распределитель; 4 - длина бьефа при работе машины в движении.



Рисунок 2 - Дождевальная машина ДДА-ЮОМ

Через каждые 10 м трубопровода отходят открылки, на которых установлены дефлекторные насадки с радиусом действия 5 м.

Ферма навешивается на трактор ДТ-54А совместно с насосом и храповиком. Агрегат имеет расход воды 100 л/с, напор -- 26,5 м, работает позиционно и в движении.

При позиционной работе у него сравнительно высокая интенсивность дождя, поэтому чаще всего он работает в движении. При работе в движении интенсивность дождя зависит от длины бьефа. Так, при длине бьефа 100 м интенсивность дождя 0,5 мм/мин, а при длине 500 м -- 0,1 мм/мин.

За смену при поливной норме 600 м3/га агрегат орошает 3,6 га, при поливной норме 300 м3/га -- 6,75 га. За сезон ДДА-ЮОМ поливает 150 га.

Если ферма навешена на более мощный трактор (ДТ-75), то расход воды и производительность его несколько увеличивается (расход -- до 120--140 л/с, производительность-- на 30%). Эта модель получила название ДДА-ЮОМА.

Техническая характеристика дальнеструйных дождевальных машин ДДН-70, ДДН-100 приведена в таблице 2.

Таблица 2 - Техническая характеристика ДДН-70, ДДН-100

Показатели	ДДН-70	ДДН-100
Расход воды, л/с	65	115
Давление, МПа	0,52	0,65
Марка насоса	6К-12	6К-12
Марка агрегируемого трактора	ДТ-75, ДТ-75М	Т-150К, Т-150
Средняя интенсивность дождя, мм/мин	0,22-0,32	0,31-0,38
Ширина захвата, радиус полива, м	69,5	85,0
Частота вращения вала насоса, м-1	2100	2128
Производительность при поливной норме 300 м3/га, га/ч	0,79	1,5
Масса агрегата без трактора, кг	700	800

Конструктивно дальнеструйные машины типа ДДН-70, ДДН-100 выполнены по принципиально одинаковым схемам.

На рисунке 3 показана машина ДДН-70. Основные узлы машины: центробежный насос с всасывающим трубопроводом, дальнеструйный аппарат с механизмом привода, бак подкормщик. Все механизмы смонтированы на раме, навешиваемой на трактор.

Центробежный насос вместе с редуктором образуют единый узел. Выходной вал редуктора является приводным валом насоса.

Всасывающий трубопровод соединён шарнирно с всасывающим патрубком насоса. Подъем и опускание трубопровода осуществляются ручной лебёдкой. В машине ДДН-100 для управления всасывающим трубопроводом предусмотрен механизм с гидроприводом.

Дождевальный аппарат - дальнеструйный с двумя соплами. Большое концевое сопло на стволе имеет диаметр 54 мм и орошает территорию круга, а малое диаметром 16 мм -- центральную и внутреннюю часть этого круга.

При заполнении насоса водой доступ воздуха в аппарат должен быть прекращён. Сопла для этой цели перекрывают откидными клапанами.

Центральный угол полива по сектору можно регулировать в пределах 60--300° через каждые 20°.

Эжектор газоструйного типа создаёт разрежение во всасывающей системе для заполнения насоса водой.

Подкормщик для внесения растворимых минеральных удобрений выполнен в виде бака с мешалкой для перемешивания удобрений. Вместимость бака 107 л.

Схема полива при использовании дальнеструйных машин: дождевальную машину ДДН-70 или ДДН-100 устанавливают вдоль оросителя у предварительно поставленной перемычки. Всасывающую линию опускают в ороситель, при этом приёмная сетка клапана должна быть полностью погружена в воду.

После, окончания полива на одной позиции, трактор переезжает вдоль канала на новую позицию, где предварительно установлена вторая перемычка. Первую перемычку снимают и устанавливают на третьей позиции. Затем циклы повторяют.

Полив осуществляют, как правило, в направлении течения воды, начиная от головы оросителя. При работе на соседних оросителях, для лучшего перекрытия позиции смещают в шахматном порядке.

Машина ДДН-100 может работать от сети временных оросителей, нарезанных для работы дождевального агрегата ДДА-100М.

Дождевальная машина ДДН-100 агрегированная с колёсным трактором Т-150К приведена на рисунке 4.

Струя воды от дальнеструйных машин сильно подвержена влиянию ветра. При скоростях ветра более 2 м/с. эффективная площадь полива резко сокращается. Поэтому уже при скорости ветра более 1,5 м/с. рекомендуется переходить на полив по сектору.

Рисунок 3 - Дождевальная машина ДДН-70

В настоящее время Волгоградский завод оросительной техники (ОАО «ОРТЕХ») выпускает модернизированные дальнеструйные дождевальные машины: ДД-70ВП, ДД-70ВН.

Они предназначены для полива различных сельскохозяйственных культур (в том числе высокостебельных). Полив производится позиционно с забором воды из водоёмов или открытых оросителей. Регулирование производительности и интенсивности дождя осуществляется набором сменных сопел. Угол наклона ствола составляет 23 градуса, что повышает ветроустойчивость дождевальной струи.

Рисунок 4 - Дождевальная машина ДДН-70

Дождеватель дальнеструйный ДД-70В агрегируется с гусеничными тракторами типа ДТ-75 и колёсными типа МТЗ-80.

Дождевальные машины выпускаются в двух модификациях: прицепной - ДД-70ВП, навесной - ДД-70ВН, рисунок 5.

Рисунок 5 - Дождевальная машина ДД-ВП

Кроме перечисленных выше машин, в последнее время нашли применение дождевальные машины барабанного типа.

Машина состоит из барабана для намотки и размотки полиэтиленового поливного трубопровода, дождевальной установки с дальнеструйным. Среднеструйным аппаратами или короткоструйными насадками на ферме с шириной захвата 20-30 м и более, установленных на колёсах или на салазках, гидравлического привода барабана, линии подключения машины к гидранту напорного трубопровода, рисунок 6.

Для полива барабан машины устанавливается на краю поля и подключается к гидранту. Разматывается поливной трубопровод и дождевальная установка вручную или трактором перемещается на противоположный конец поливного участка. При этом поливной трубопровод должен располагается в середине захвата установки в междурядье культуры. Борозды, по которым будут двигаться опорные салазки или колеса, освобождают от крупных комков и других предметов, которые могут препятствовать движению.

Рисунок 6 - Дождевальная машина барабанного типа с дальнеструйным дождевальным аппаратом

Открывают вентиль, и вода под давлением поступает в поливной трубопровод, далее в дождевальную машину и начинается полив.

При этом вода под давлением проходит через гидропривод барабана и барабан через редуктор начинает вращаться, наматывая на себя поливной трубопровод, происходит полив в движении. Поливная норма регулируется скоростью вращения барабана с помощью рычага на редукторе. Закончив полив на одной позиции, барабан и дождевальная установка переводятся на следующую позицию.

Дождевальные машины барабанного типа поступают в Россию из Италии, Германии и других стран.

Такие же машины выпускаются cегодня и в России Волгоградским заводом оросительной техники: ДШ-90, ДШ-100, рисунок 7.

Рисунок 7 - Дождеватели шланговые ДШ-90, ДШ-100

2. Зарубежный опыт проектирования дождевальных машин

Фирма Valmont Irrigation (США) является ведущей в области разработки и производства дождевальной техники.

Дождевальные машины фирмы в зависимости от условий работы оснащаются разнообразным оборудованием:

- бустерными насосами, устанавливаемыми на конце трубопровода для повышения давления перед концевым дождевальным аппаратом, что увеличивает ширину облака дождя;

- системами приземного дождевания с насадками с плоским дефлектором;

- устройствами для обработки полей химическими препаратами;

- регуляторами давления и расхода воды при работе машины на пересечённой местности;

- для централизованного управления работой группы машин используются компьютерные технологии, позволяющие: автоматически осуществлять пуск и остановку дождевальных машин, регулирование поливных норм, реверсирование движения, включение дозировки и отключение подачи химикатов.

Фронтальные дождевальные машины, выпускаемые фирмой, имеют длину до 1000 м и могут поливать поля от 4 до 400 га с уклонами до 6%.

Фирма WFDE RAIN (США) является крупным производителем технических средств орошения дождеванием. Выпускает самоходные колёсные дождевальные трубопроводы фронтального действия, переносные дождевальные установки, а также дождеватели с дальнеструйными аппаратами и машины с поливом при движении по кругу.

Машины фирмы имеют длину пролётов от 38 до 62 м.

Фирма T-L IRRIGATION COMPANI (Канада). Дождевальные машины фирмы T-L имеют непрерывный режим перемещения опорных тележек, в результате значительно повышается точность выдачи проливной нормы.

Эксклюзивная конструкция гидравлического привода даёт значительные преимущества по сравнению с электроприводом. Каждая опорная тележка перемещается непрерывно и плавно. Гидропривод состоит из гидронасоса, гидродвигателей на каждом колесе тележки, нагнетательной и сливной магистралей, устройств автоматического управления. Передача вращения на колёса тележки осуществляется с помощью планетарного или червячного редукторов.

Управление системами автоматики фронтальных машин фирмы традиционно: с использованием направляющей борозды или подземного кабеля.

Фирма RKD (Испания). Фирмой выпускаются многоопорные дождевальные машины с большим многообразием модификаций и функциональных возможностей. Отличительной особенностью дождевальных машин фирмы является способность работать при малых напорах и подземная кабельная распределительная электросеть.

Это значительно расширяет область применение дождевальных машин.

Дождевальные машины выпускаются фронтальные и круговые, с количеством пролётов от одного и выше. В качестве дождеобразующих устройств используют аппараты различных типов с рабочими давлениями от 0,4 до 5 кг/см2.

Машины могут поливать поля даже овальной формы, не прекращая, полива во время разворотов.

3. Выбор и расчёт основных параметров машины в целом

Расчёт параметров рабочего оборудования проектируемой дождевальной машины производим по техническим параметрам базовой машины - трактора Т-150К, оборудованного независимым валом отбора мощности.

Техническая характеристика трактора Т-150К приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Техническая характеристика трактора Т-150К

Тяговый класс	3
Колёсная формула	4*4
Длина с задним навесным устройством, мм	5795
Ширина, мм	2400, 1860
Высота, мм	2825
Масса, кг: конструктивная (эксплуатационная)	7400(7900)
База трактора, мм	2860
Колея, мм: задних колёс (передних колёс)	1860(1680)
Минимальный радиус поворота, мм.	6500
Координаты центра тяжести, мм: от продольной оси трактора (+вправо) от оси задних колёс (вперёд) от почвы	0 1820 966
Марка двигателя	СМД-62
Частота вращения, с-1	220
Мощность, кВт	122
Удельный расход топлива, г/кВт*ч	140
Удельный расход топлива при максимальной мощности на ВОМ, г/кВт*ч	258
Тип заднего вала отбора мощности	Независимый
Частота вращения вала отбора мощности, об/мин	540(1000)
Максимальная мощность на ВОМ при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, кВт	116,1

Согласно методическим указаниям мощность, передаваемая от трактора Т-150К на редуктор дождевальной машины, определяется по формуле:

PР = Ко.п.Ку.р. PВОМ = 0,940,8116,1=87,3 кВт,

где PВОМ - максимальная мощность на вале отбора мощности трактора Т-150К, кВт; Ко.п. - коэффициент полезного действия открытой механической передачи; Ку.р. - коэффициент условий работы привода дождевальной машины.

Учитывая опыт работы дождевальных машин, принимаем предварительно частоту вращения вала насоса проектируемой дождевальной машины равной 1450 об/мин.

Определяем необходимое передаточное отношение редуктора привода дождевальной машины по формуле:

Uр= nн/ nВОМ =1450/540=2,68,

где nВОМ - частота вращения вала отбора мощности трактора Т-150К, об/мин.

На основании полученных результатов выбираем для привода дождевальной машины редуктор цилиндрический одноступенчатый ЦУ-200 с номинальным передаточным числом U=2,8 и номинальным крутящим моментом на тихоходном валу равным Мт=2000 Нм.

Частота вращения вала насоса дождевальной машины определяется по формуле:

nн = UnВОМ =2,8540=1512 об/мин

Передаваемая мощность на насос дождевальной машины определяется по формуле:

Pн = KрPр =0,9887,3=85,6 кВт,

где Kр - коэффициент полезного действия редуктора.

На основании полученных данных принимаем для дождевальной машины насос К200-150-400, со следующими параметрами: расход Qн =400 м3/ч, напор H=50 м (0,5 МПа).

Принимаем угол наклона ствола дождевальной машины б=30?.

Дальность полёта струи дождевальной машины определим по формуле:

R = 0,42H + 1000d = 0,4250 + 10000,065=86 м,

где H - напор перед соплом насадки ствола, м; d - диаметр насадки ствола принимаем из экспериментального графика, приведённого на рисунке 21, где для различных величин диаметра насадки ствола построена серия кривых, определяющих связь между H и R, м.

Скорость истечения воды из сопла определим по формуле:

V=ц* м/с

где ц - коэффициент скорости; g - ускорение свободного падения.

4. Расчёт гидропривода механизма поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси

Принципиальная гидравлическая схема механизма поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси приведена в графической части проекта на листе ММ-24-2013-00.

В проекте принята разомкнутая схема циркуляции рабочей жидкости. Включение гидромотора и изменение направления его вращения обеспечивает двухпозиционный золотниковый распределитель Г71-31 поз.11. Для защиты гидросистемы от перегрузок параллельно напорной линии предусматривается установка предохранительного клапана поз.13 и регулятора потока поз.10.

Выбор рабочей жидкости.

С учётом диапазона температур эксплуатации привода принимаем масло индустриальное И-20А по ГОСТ 20799-88, которое имеет следующую характеристику:

- кинематическая вязкость при 40 °С - 29-35 мм2/с;

- плотность при 200С - 890 кг/м3;

- температура застывания °С - минус 15.

Расчёт основных параметров требуемого гидромотора.

Определим необходимый крутящий момент на валу гидромотора из выражения:

Мг=Pоdш/2=300000,15/2=2250 Нм,

где Pо - окружное усилие необходимое для поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси, принимается по конструктивным соображениям, Н dш - диаметр шестерни конической зубчатой передачи на валу гидромотора, м;

Определим требуемое число оборотов гидромотора из выражения:

nг= nмb=301,73=51,9 об/мин,

где nм - число оборотов механизма поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси, принимается конструктивно; b - передаточное отношение конической зубчатой передачи.

На основании полученных результатов принимаем для привода механизма поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси гидромотор марки GPRF-M-400-03 со встроенным редуктором.

Таблица 4 - Техническая характеристика гидромотора GPRF-M-400-03

Параметр	Величина параметра
Рабочий объём	400 см3
Максимальное давление	12 МПа
Расход	96 л/мин
Максимальный крутящий момент	2800 Н*м
Номинальное число оборотов	52 об/мин
Габаритная длина, L	374 мм
Характеристика конструкции	Гидромотор планетарного типа



Рисунок 8 - Габаритные и присоединительные размеры гидромотора GPRF-M-400-03

Техническая характеристика гидромотора GPRF-M-400-03 приведена в таблице 4, а габаритные и присоединительные размеры указаны на рисунке 8.

Планетарно-роторные гидромоторы находят применение там, где необходимы высокие крутящие моменты и небольшие частоты вращения.

Рабочие органы сельскохозяйственных машин работают в диапазоне частоты вращения 0,1... 15 с-1с различными моментами сопротивления. Для их привода в основном используют гидромоторы планетарного типа.

Конструкция гидромотора планетарного типа представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Конструкция гидромотора планетарного типа, где:

1 - ролики; 2 - ротор; 3 - шестерня; 4 - шпонка; 5 и 14 - крышки; 6 -золотник; 7 и 12 - радиально-упорные шарикоподшипники; 8 - корпус; 9 - вал; 10 - распределитель; 11 - щека; 13 - гайка

В гидромоторах планетарного типа блок подачи и распределения рабочей жидкости выполнен на основе передней крышки 5, в которой установлен золотник 6, соединённый своими проточками с полостями подвода и отвода рабочей жидкости, выполненными в передней крышке 5. В собранном гидромоторе золотник 6 в начальный момент поджимается к распределителю 10 с помощью пружин, при работе гидромотора поджим, с определённым усилием, осуществляется давлением рабочей жидкости. При этом распределительный механизм, состоящий из золотника 6 и распределителя 10, одновременно выполняет функции торцевого уплотнения выходного конца вала 9 гидромотора. Гидромотор планетарного типа, работает по принципу аналогичному планетарному редуктору, рисунок 10, где охватываемый вытеснитель 3, представляет солнечную шестерню. Функцию коронной шестерни выполняет эвольвентная зубчатая поверхность, нарезанная на внутренней поверхности корпуса 8. Охватывающий вытеснитель 2 представляет собой кольцевую деталь (ротор) с внутренним и внешним зацеплением и выполняет функции сателлита. Сателлит 2 вместе с солнечной шестерней 3 образует группу вытеснителей с внутренним гипоциклоидальным зацеплением, а внешним, эвольвентным зацеплением, контактирует с коронной шестерней 8. Роль водила в данном механизме (гидромоторе) выполняет рабочая жидкость. Внутри сателлита 2 установлена солнечная шестерня 3, между этими деталями находится рабочая жидкость. При этом с одной стороны на них равномерно воздействует рабочее давление жидкости, а с противоположной - давление слива. Под действием перепада этих давлений охватывающий вытеснитель 2 обкатывается по охватываемому вытеснителю 3 и за счёт разных передаточных отношений внутреннего и внешнего зацеплений вращается вытеснитель 3 совместно с валом 9.

Рисунок 10 - Схема работы вытеснителей планетарного гидромотора, где: 1 - ролики; 2 - ротор; 3 - шестерня; 4 - шпонка; 8 - корпус; 9 - вал

Выбор рабочего давления.

Для рабочих жидкостей с кинематической вязкостью при 40°С - w = 29?35 мм2/с рекомендуемое номинальное давление в гидросистемах 12 МПа.

Выбор насоса.

Необходимая подача насоса определяется расходом принятого гидромотора GPRF-M-400-03 и составляет Q=96л/мин.

Для регулирования скорости поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси насос должен иметь регулирование величины подачи.

Учитывая принятое рабочее давление и указанные выше требования, принимаем насос пластинчатый регулируемый НПлР 80/16. Техническая характеристика насоса приведена в таблице 5.

Таблица 5 - Техническая характеристика насоса НПлР 80/16

Параметр	Величина параметра
Рабочий объём	27?80 см3
Давление на выходе: номинальное минимальное	16 МПа 6,3 МПа
Номинальная подача	97 л/мин
Минимальное число оборотов	1000 об/мин

5. Баланс мощности и предварительный выбор базовой машины

Дальнеструйные дождевальные машины агрегированы с тракторами и используют механический привод от вала отбора мощности.

Технология полива дальнеструйной дождевальной машины - позиционная, поливает по кругу или сектору за счёт вращения дождевального аппарата. Подача воды к машине производится по каналам или с помощью переносных (в том числе гибких) трубопроводов.

Поэтому источником мощности для проектируемой дальнеструйной дождевальной машины является базовый трактор Т-150К, дополнительных источников мощности не требуется.

Трактор Т-150К оборудован дизельным двигателем марки СМД-62 мощностью 122 кВт. Удельный расход топлива - 140 г/кВт*ч. Удельный расход топлива при максимальной мощности на вале отбора мощности - 258 г/кВт*ч.

Определим производительность проектируемой дождевальной машины за 1 час в гектарах (без учёта расхода воды на испарение и снос ветром) по формуле:

W=3,6 Q/mн=3,6 111/300=1,33 га/ч,

где Q - расход воды дождевальной машиной, принимается из технической характеристики принятого насоса К200-150-400, л/с; mн - поливная норма, м3/га.

Расчетные величины показателей дождевальных машин (проектируемой и ДДН-100) приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Расчётные величины показателей дождевальных машин (проектируемой и ДДН-100)

Показатель	Значение показателя
	Проектируемая машина	ДДН-100
Расход воды, л/с	111	115
Давление, МПа	0,5	0,65
Марка агрегируемого трактора	Т-150К	Т-150К
Средняя интенсивность дождя, мм/мин на 1 м2	0,28	0,31
Ширина захвата, радиус полива, м	86	85
Производительность при поливной норме 300 м3/га, га/ч	1,33	1,5

Анализ расчётных величин показателей дождевальных машин показал, что по параметрам и рабочему оборудованию в качестве базовой можно принять дальнеструйную дождевальную машину ДДН-100.

6. Расчёт показателей качества дождевания

Для проектируемой дождевальной машины средняя интенсивность дождя определяется из выражения:

q = 60Q/F = 60111/23223 = 0,286 мм/мин/на 1м2,

где Q - расход воды дождевальной машиной, принимается из технической характеристики принятого насоса К200-150-400, л/с; F - площадь полива машины с одной позиции, м2.

Площадь полива с одной позиции определяется по формуле:

F=рR2=3,1486=23223 м2,

где R - дальность полёта струи дождевальной машины, определённая в разделе 3.

Средний диаметр наиболее крупных капель рассчитывается с учётом конструктивно-технологических параметров дождевального аппарата по формуле:

dк=kс/V=25,50,065/30=1,2 мм,

где k - эмпирический коэффициент; dс - диаметр струи воды, м; V - скорость иcтечения воды из сопла, определена в разделе 3, м/с.

Средний диаметр основной массы получаемых капель примерно в два раза меньше рассчитанного по формуле и составляет 0,6 мм.

Время нахождения дождевальной машины на одной позиции или время разового полива определяется из выражения:

t = q1 / q мин.

Схема работы дальнеструйной дождевальной машины ДДН-70 приведена на рисунке 11.

Рисунок 11 - Схема работы дальнеструйной дождевальной машины ДДН-70, где: 1 - оросительные каналы; 2 - стоянка для забора воды

Результаты расчётов времени работы дальнеструйной дождевальной машины ДДН-70 на одной позиции в зависимости от нормы и схемы полива приведены в таблице 8.

При скорости ветра более 2...3 м/с полив рекомендуется проводить по сектору с расстановкой машин по прямоугольной схеме или в шахматном порядке.

Таблица 8 - Время работы дальнеструйной дождевальной машины ДДН-70 на одной позиции в зависимости от нормы и схемы полива, мин

Показатель	ДДН-70
	по кругу	по сектору
Марка трактора	ДТ-75	ДТ-75
Расстояние между оросителями, м	100	100
Расстояние между позициями, м	110	55
Норма полива, м3/га:
50	10	5
100	25	10
150	40	20
200	50	25
250	65	30
300	75	35
350	90	45
400	100	50

7. Статический расчёт машины

Учитывая позиционную работу дальнеструйной дождевальной машины, выполним статический расчёт устойчивости машины в продольной вертикальной плоскости. Схема к статическому расчёту в продольной вертикальной плоскости приведена на рисунке 12.

Относительно линии А опасности опрокидывания нет, так как отсутствуют силы создающие опрокидывающий момент, а остальные силы препятствуют опрокидыванию относительно линии А.

Принимаем массу проектируемой дальнеструйной дождевальной машины равной массе дождевальной машины ДДН-100, принятой за базовую, PД.М.= 800кг.

Опрокидывающий момент относительно линии Б определим по формуле:

МБопр. = PД.М.с = 8001,85=1480 Нм.

Восстанавливающий момент относительно линии Б определим по формуле:

МБВ = PТб = 79001,82=14378 Нм.

Коэффициент запаса устойчивости определим по формуле:

KY = МБВ / МБопр. = 14378/1480 = 9,7 Нм.

Рисунок 12 - Схема к статическому расчёту в продольной вертикальной плоскости трактора Т-150К агрегированного с дождевальной машиной

Так как KY ? 1,4 можно сделать вывод, что трактор Т-150К агрегированный с дождевальной машиной, удовлетворяет условиям устойчивости в продольной вертикальной плоскости.

8. Проверочный прочностной расчёт редуктора насоса дождевальной машины

Для проверочного расчёта редуктора насоса дождевальной машины определим допускаемый крутящий момент на тихоходном валу выбранного редуктора по формуле:

Мт = 9550Pр /knВОМ = 955087,3/0,8540=1930 Нм,

где k - коэффициент условий работы редуктора насоса дождевальной машины.

Учитывая, что у выбранного редуктора ЦУ-200 номинальный крутящий момент на тихоходном валу равен Мт.ном.=2000 Н м, то условие прочности редуктора выполнено.

Исполнение редуктора по варианту сборки принимаем 13 - тихоходный вал с двумя концами для привода гидравлического насоса механизма поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси.

9. Расчёт экономических показателей проектируемой машины

Расчёт экономических показателей проектируемой машины выполним на сравнении эффективности работы базовой машины (ДДН-100) и прототипа проектируемой машины (ДДН-70).

Увеличение средней интенсивности дождя определим из выражения:

^q = (qДДН-100 - qДДН-70)100/ qДДН-70 = (0,304-0,257)100/0,257=18,3%.

Анализ результатов расчётов, приведённых в разделе 6 (таблица 8) показывает, что наиболее эффективно применение машины ДДН-70 при больших величинах нормы полива (дождевания).

Так при норме полива q1=400 м3/га, время нахождения дождевальной машины на одной позиции при поливе по кругу сокращается на 20 минут (25%).

10. Спецификация механизма поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси

Cпецификация механизма поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси приведена в таблице 7.

Cпецификация опоры гидромотора и упорного подшипника приведена в таблице 6.

Таблица 6 - Спецификация опоры гидромотора и упорного подшипника

Таблица 7 - Спецификация механизма поворота дождевального аппарата вокруг вертикальной оси

дождевальный дальнеструйный гидромомотор

Список использованных источников

1. Машины для дождевания: Лабораторный практикум для студентов. Белорусский государственный технологический университет. - Минск, 2011. - 8c.

2. Машины и оборудование для орошения сельскохозяйственных культур: Учебное пособие для студентов специальности - 190207 «Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды» / Сост. В.В. Слюсаренко, А.В. Хизов, Л.А. Журавлёва и др., ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2011. - 161с.

3. Методические указания по выполнению тяговых и статических расчётов строительных и мелиоративных машин при курсовом и дипломном проектировании. / Сост. В.В. Слюсаренко, В.В. Русинов, О.В. Кабанов. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009. - 68с.

4. Кинематические расчёты приводов машин. / Сост. А.Л. Кириленко, А.Б. Коновалов, M.И. Аввакумов., ГОУ ВПО «С-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров». - Санкт-Петербург, 2011. - 30с.

5. Справочник металлиста. В 5-ти т. Т 1. Изд. 3-е, переработанное. Под ред. С.А. Чернавского и В.Ф. Рещикова. М., 1976. - 768с.

6. ГОСТ Р 50891-96 Редукторы общемашиностроительного применения. Общие технические условия.

7. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. В 2-х т. Т 2. Под ред. А.В. Красниченко. М., 1961. - 862с.

8. Режим орошения, способы и техника полива овощных и бахчевых культур в различных зонах РФ. Российская академия сельскохозяйственных наук ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства. М., 2010. - 82c.

Размещено на Allbest.ru

...