Совершенствование качественных и технико-эксплуатационных показателей полива дождевателем консольным фронтальным

Размещено на http://www.allbest.ru/

автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Совершенствование качественных и технико-эксплуатационных показателей полива дождевателем консольным фронтальным

Штанько Андрей Сергеевич

Саратов 2007

Диссертационная работа выполнена в отделе контроля и анализа технического состояния мелиоративных систем и сооружений ФГНУ «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

академик РАСХН,

доктор технических наук, профессор

Щедрин Вячеслав Николаевич

доктор технических наук, профессор

Слюсаренко Владимир Васильевич

кандидат технических наук

Егоров Владимир Семенович

Ведущая организация - Федеральное государственное научное учреждение «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации».

Защита диссертации состоится «13» ноября 2007 г. в 12⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета К 220.061.01 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл. 1, Ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «12» октября 2007 года и размещен на сайте

www.sgau.ru

Ученый секретарь

диссертационного советаФ.К. Абдразаков

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Общеизвестно, что агропромышленный комплекс РФ в 1990 г. был на уровне передовых государств, занимая ведущее место в объемах производства сельскохозяйственной продукции, в том числе благодаря широкому использованию орошения в технологиях выращивания сельскохозяйственных культур.

Наиболее перспективным способом механизированного полива является дождевание. К достоинствам дождевания следует отнести: близость к природному выпадению осадков, равномерность полива, увлажнение не только почвы, но и приземного слоя воздуха, улучшение микроклимата и создание более благоприятных физиологических условий жизни растений.

В настоящее время 70 % поливных площадей Ростовской области оборудованы поливной сетью под дождевальную машину ДДА-100МА, используемую для полива всех основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в регионе. Однако данная дождевальная машина имеет ряд недостатков, основными из которых являются высокая металлоемкость и низкая ремонтопригодность двухконсольной фермы, недостаточная оптимизация схем расстановки дождевальных насадок и неудовлетворительная надежность их работы, что приводит к снижению показателей качества выполнения технологического процесса и технико-эксплуатационных показателей дождевальной машины.

Таким образом, проблема снижения металлоемкости дождевальной техники и повышения эффективности полива является актуальной, и в настоящее время требует дополнительных исследований, теоретических и конструктивных проработок.

Исследования проводились в соответствии с комплексной темой № 1 «Провести исследования по разработке и освоению в мелиоративных системах АПК России комплекса мер, обеспечивающих безопасное состояние мелиоративных систем и сооружений, качество техники и технологий орошения, эффективное использование мелиорированных земель», задание 1.3.1 «Осуществление контроля и надзора за состоянием поливной техники и технологий орошения» НИР ФГНУ «РосНИИПМ».

Цель и задачи исследований. целью исследований являлось повышение эффективности полива дождевателем консольным фронтальным за счет совершенствования качественных и технико-эксплуатационных показателей.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- определить требования к технике и технологиям орошения, выявить недостатки ДДА-100МА и разработать направления совершенствования дождевальных машин этого типа;

- теоретически обосновать: оптимальные диаметры водопроводящего трубопровода с переменным сечением крыла ДКФ-1П; выбор, расстановку и диаметры дождевальных насадок; скорость движения и эрозионно-безопасную длину бьефа при работе дождевальной машины ДКФ-1П; орошение дождевальный машина полив

- исследовать показатели качества выполнения технологического процесса дождевальной машины ДКФ-1П;

- определить технико-эксплуатационные показатели дождевальной машины ДКФ-1П;

- экономически оценить эффективность применения дождевателя консольного фронтального ДКФ-1П.

Объект исследований. Объектом исследований являлся технологический процесс полива дождевателем консольным фронтальным.

Методика проведения исследований. Предусматривает разработку теоретических предпосылок, их экспериментальную проверку в лабораторных и полевых условиях с последующей экономической оценкой. Теоретические исследования проводились на основе известных законов и методов математического анализа. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и частными методиками. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ.

Научная новизна. Уточнена методика, позволяющая установить оптимальные диаметры трубопровода с уменьшающимся сечением труб при равномерно распределенном по длине и транзитном расходе, по которой были определены диаметры секций водопроводящего трубопровода крыла ДКФ-1П. Определены параметры, характеризующие качество дождя, и расходно-напорные характеристики дефлекторной насадки секторного действия конструкции ФГНУ «РосНИИПМ». Предложена схема расстановки насадок по крылу ДКФ-1П и определены необходимые диаметры сопел насадки. Научно обоснованы рабочие скорости движения машины и зависимости для определения эрозионно-безопасной длины бьефа.

Научные положения, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров ДКФ-1П, от которых зависят качественные и технико-эксплуатационные показатели полива;

- рабочие скорости движения машины и зависимости для определения эрозионно-безопасной длины бьефа при поливе ДКФ-1П;

- качественные и технико-эксплуатационные показатели полива ДКФ-1П.

Практическая значимость и реализация основных результатов исследований. Использование полученных результатов исследований на стадии разработки и при эксплуатации дождевателя консольного фронтального позволит снизить металлоемкость машины, повысить эффективность полива и уменьшить негативное воздействие искусственного дождя на почву. Полученные результаты положены в основу проектирования дождевальной машины ДКФ-1П. В 2006 году в хозяйстве ЗАО «Нива» Веселовского района Ростовской области была внедрена дождевальная машина ДКФ-1П. Годовой приведенный экономический эффект составил 176,17 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях, проводимых в ФГНУ «РосНИИПМ» (Новочеркасск, 2003-2007 гг.) и на расширенном заседании отдела гидротехнических сооружений и гидравлики ФГНУ «РосНИИПМ» (2007 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 научных работах и 4 изобретениях, в том числе 1 работа в издании, входящем в перечень ВАК. Общий объем с учетом долевого участия в коллективных публикациях составляет 1,57 п.л., из них лично соискателю принадлежат 1,05 п.л.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, выводов, списка использованных источников из 104 наименований, в том числе 6 иностранных, содержит 11 таблиц, 27 рисунков и 7 приложений.

Содержание работы

Во «введении» обоснована актуальность, научная новизна и практическая ценность выполненной работы, определены цель и задачи исследований. Показана практическая значимость работы и научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе: «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» определены требования к технике и технологиям орошения, выявлены недостатки ДДА-100МА и разработаны направления совершенствования дождевальных машин данного типа.

Проведенный анализ соотношения площадей орошения различными дождевальными машинами в Ростовской области показал, что почти 70 % приходится на долю дождевальной машины ДДА-100МА, однако обеспеченность орошаемых площадей данным типом дождевальной техники с 1985 по 2002 год снизилась на 80%. Следует подчеркнуть, что не все типы дождевальной техники по условиям конструкции поливной сети могут взаимозаменяться без полной реконструкции поливной сети. В связи с этим, в Ростовской области наблюдается острая нехватка дождевальных машин, способных производить полив на орошаемых участках оснащенных поливной сетью, предназначенной для ДМ ДДА-100МА.

Требования к технике и технологиям орошения целесообразно разделить на следующие группы: агробиологические, почвенно-мелиоративные и экологические, организационно-хозяйственные. Агробиологические требования сводятся к оптимальным условиям снабжения растений водой. Почвенно-мелиоративные и экологические требования сводятся к сохранению и улучшению плодородия почв, мелиоративного их состояния. Важность этой группы требований определяется трудно оценимым ущербом, наносимым народному хозяйству при ухудшении мелиоративного состояния земель и нарушении экологического равновесия в природе отдельных массивов и регионов. Организационно-хозяйственные требования сводятся к высокоэффективному использованию поливной техники, рациональной организации территории, труда и водопользования на орошаемых землях без ухудшения условий проведения других агроприемов по уходу за растениями.

Оценка дождевальной машины ДДА-100МА на соответствие предъявленным требованиям позволила выявить следующие основные недостатки, которые можно устранить, не изменяя схемы поливной сети и принципов проведения полива:

? высокая металлоемкость по причине наличия жесткой фермы с двумя водопроводящими поясами на каждом крыле дождевальной машины,

? низкий коэффициент эффективного полива, вследствие недостаточной оптимизации схем расстановки дефлекторных насадок и неудовлетворительной надежности их работы.

Дальнейшее совершенствование данного типа дождевальной техники необходимо проводить по следующим направлениям:

- совершенствование конструктивных элементов, направленных на снижение металлоемкости и энергоемкости, реализуемое при создании принципиально новых конструкций дождевальных машин, а также при модернизации существующих,

- совершенствование технологических показателей предусматривающих оптимизацию режимов работы дождевальной машины, в частности установление оптимального соотношения интенсивности дождя и водопроницаемости почвы при максимальной равномерности распределения искусственного дождя и минимальном воздействии на структуру почвы.

Во второй главе: «Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров дождевальной машины ДКФ-1П» представлена конструктивная схема дождевальной машины ДКФ-1П; обоснованы оптимальные диаметры водопроводящего трубопровода с переменным сечением крыла машины; обоснованы выбор, расстановка и диаметры дождевальных насадок; определены рабочие скорости движения машины и обоснована эрозионно-безопасная длина бьефа при работе ДКФ-1П.

На основе проведенного анализа существующих разработок, исследований и научных обоснований работы дождевальных машин и аппаратов, проведенных: А.Н. Костяковым, Б.Б. Шумаковым, Б.М. Лебедевым, В.Ф. Носенко, А.П. Исаевым, А.Ф. Колесником, Абдразаковым Ф.К., Слюсаренко В.В., Кошкиным Н.М., А.М. Поспеловым, Н.П. Бредихиным, Ф.Г. Абрамовым, Н.С. Ерховым, К.В. Губером, Г.П. Лямпертом и др., в ФГНУ «РосНИИПМ», с участием автора, был разработан дождеватель консольный фронтальный ДКФ-1П (патенты РФ № 2223637, № 2240683, № 2242117), металлоемкость которого ниже ДДА-100МА на 35 %. Схема дождевальной машины ДКФ-1П представлена на рисунке 1.

Создание дождевальной машины новой конструкции требует исследования и обоснования конструктивных и технологических параметров, от которых зависят качественные и технико-эксплуатационные показатели полива ДКФ-1П.

Рис. 1. Схема дождевателя консольного фронтального ДКФ-1П 1 - трактор; 2 - основная рама; 3 - поворотная рама; 4 - центральная стойка; 5 - консоль; 6 - растяжка; 7 - насос с приводом; 8 - всасывающая линия; 9 - напорная линия; 10 - секторная насадка; 11 - распорный треугольник.

Проблема установления оптимальных диаметров трубопровода с уменьшающимся сечением труб при равномерно распределенном по длине и транзитном расходе остается актуальной. Очевидно, что путем увеличения диаметра труб можно снизить потери напора, следовательно, и мощность, затрачиваемую на подачу воды. Однако стоимость трубопровода при этом возрастает. Уменьшая же диаметры труб, можно снизить стоимость трубопровода, но при этом возрастут потери напора по длине и, следовательно, мощность, затрачиваемая на подачу воды. Поэтому необходимо найти минимум стоимости затрачиваемой мощности и эксплуатационных расходов по трубопроводу, зависящих от его стоимости. Стоимость труб зависит главным образом от диаметра. Для стальных бесшовных труб стоимость может быть выражена следующим выражением:

,(1)

где с - стоимость одного метра длины, руб.; D - диаметр трубы, мм, а и b - коэффициенты степенной функции, а=0,27, b=1,50.

Так для трубопровода длиной L стоимость будет равна:

.(2)

Для трубопровода переменного сечения стоимость одного метра длины:

.(3)

Отсюда стоимость трубопровода:

.(4)

Величины D и l при х=const связаны соотношением Б.М. Лебедева:

,(5)

где D - искомый диаметр трубопровода, мм; D₀ - начальный диаметр трубопровода, мм; L - длина трубопровода, м; l - расстояние от начала трубопровода до сечения с искомым диаметром трубопровода, м; , q - транзитный расход, м³/с; Q - расход на консоли, м³/с;

следовательно,

.(6)

После интегрирования получим:

,(7)

Эксплуатационные расходы по трубопроводу:

,(8)

где p₁ _ ежегодные отчисления на амортизацию, %;

p₂ - ежегодные расходы на ремонт, %.

Следовательно:

.(9)

Мощность, затраченная на трение в элементе трубы dl при транзитном расходе q:

,(10)

где г - удельный вес воды.

Но, как известно:

,(11)

где л - коэффициент сопротивления трению при движении воды по трубам.

Кроме того,

.(12)

С учетом этого после преобразования получаем:

,(13)

Так, если при условии х=const D связано с l соотношением 5, то после интегрирования получаем:

,(14)

Стоимость затраченной энергии будет равна:

,(15)

где z - стоимость 1 кВт?час используемой энергии, руб.; Т - время работы установки в году, час; N - мощность, затраченная на трение в элементе трубы, кВт; л - коэффициент сопротивления трению при движении воды по трубам; г - удельный вес воды.

По результатам расчета построены графики зависимости эксплуатационных расходов по трубопроводу и стоимости затраченной энергии от диаметра труб консоли, обозначенные на рисунке 2 цифрами 1 и 2.

При рассмотрении суммарной кривой расходов А+Сз, построенной путем суммирования соответствующих ординат кривых А и Сз, (рисунок 2), видим, что оптимальным начальный диаметр труб равен 131 мм. По сортаменту выпускаемых труб был принят диаметр первой секции консоли 133 мм.

Так как консоль дождевальной машины состоит из 11 секций, производим расчет и подбор диаметра каждой секции по зависимости 5, результаты которого представлены в таблице 1.



Рис. 2. Изменение стоимости эксплуатации трубопроводов и

затраченной энергии в зависимости от диаметра труб

1 - эксплуатационные расходы по трубопроводу; 2 - стоимость затраченной энергии; 3 - суммарная кривая эксплуатационных расходов и стоимости затраченной энергии по трубопроводу

Таблица 1

Расчет и подбор диаметров секций консоли

№ секции	Расстояние от начала консоли до начала секции, l, м	Расчетный внутренний диаметр, Dвн, мм	Наружный диаметр принятой трубы консоли, Dприн. нар, мм/толщина стенки, мм
2	5	120,72	133/4
3	10	118,44	127/4
4	15	115,97	127/4
5	20	113,27	121/4
6	25	110,29	121/4
7	30	106,94	114/4
8	35	103,11	114/4
9	40	98,62	108/4
10	45	93,11	104/4
11	50	85,87	95/3,5

Одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность орошения дождеванием, является равномерность распределения слоя осадков по площади полива, которая зависит от типа дождевальных насадок и расстановки их по длине поливного крыла.

Одной из характеристик дождевальных насадок является направленность факела дождя. Дождевой поток дефлекторной насадки секторного типа, разработанной в ФГНУ «РосНИИПМ», ориентирован к земле, что дает более стабильное дождевое облако под дождевальной машиной при воздействии ветра. При этом создание насадкой мелкоструктурного дождя не приводит к разрушению структуры почвы.

Расстановка насадок по консоли машины была произведена через одинаковые расстояния с равным расходом, что достигается применением насадок с различными диаметрами сопла. Такой способ расстановки обусловлен конструктивными особенностями консоли машины и наличием путевых потерь напора по длине консоли.

Задача нахождения оптимальных расстояний между насадками состоит в нахождении такой области, в которой соблюдаются агротехнические требования к интенсивности и равномерности распределения дождя при всех сочетаниях факторов, неблагоприятно влияющих на распределение дождя. Важным параметром при установке насадок на трубопроводе является степень перекрытия (К_п) дождя насадок на машине. Чем больше дождь насадки дифференцирован по интенсивности и структуре капель, тем выше должна быть степень перекрытия. Анализ различных вариантов расстановки насадок показал, что линейная расстановка насадок через 5 м, имеющая среднюю степень перекрытия (К_п=1,6), является оптимальной для дефлекторных насадок секторного действия, так как большая часть участка поля поливается двумя насадками. Кроме этого, расстановка насадок через 5 м согласуется с конструктивными особенностями поливного крыла ДКФ-1П.

По методике подбора насадок ВНИИМиТП был произведен расчет диаметров сопел насадок. Диаметры сопел насадок составили: 1-6 секции крыла ДКФ-1П - 13 мм; 7-11 секции - 13,5 мм; концевая насадка - 19 мм. В результате малых отклонений расхода принятых насадок от требуемого расхода, которые в среднем составили 1,52 %, можно говорить о целесообразности применения насадок с данными диаметрами сопел.

Критерием оптимизации технологии водоподачи служит соотношение интенсивности водоподачи и динамики впитывания влаги в почву. Динамику впитывания воды почвой характеризует кривая впитывания, аппроксимируемая гиперболой вида:

, мин.,(16)

Или

, мм/мин,(17)

где t - время впитывания, мин.; J - скорость впитывания, мм/мин; A, б, C, n - параметры, зависящие от водопроницаемости почв и энергии падающих капель дождя.

Параметр А кривой впитывания зависит от диаметра капель дождя:

,(18)

где Р - параметр безнапорного впитывания воды в почву при дождевании, который отражает слой осадков, впитывающийся в почву до появления луж, мм.;

е - основание натурального логарифма, е=2,712; d_к - средневзвешенный диаметр капель дождя, мм.

При прерывистом дождевании интенсивность дождя под факелом соответствует интенсивности непрерывного дождевания, но интенсивность водоподачи (за счет пауз) всегда меньше. Поэтому время до стока с одновременно орошаемой площади при прерывистом дождевании больше. Однако время до стока под факелом дождя то же, что и при непрерывном дождевании. Поэтому во избежание образования стока в период прохода время нахождения дождемера под факелом дождя должно быть меньше времени до стока под факелом дождя:

,(19)

где t _ время нахождения дождемера под факелом дождя, мин; t_ф _ время до стока под факелом дождя, мин; i_ф - фактическая интенсивность дождя, мм/мин.

Исходя из этого условия максимально допустимый слой осадков за проход машины должен быть:

, мм,(20)

где h_max - максимально допустимый средний слой дождя при любых уклонах, поскольку он полностью впитывается почвой за период прохода.

При определении h_max следует брать с учетом исходной влажности почвы расчетного слоя. Поскольку средняя влажность его во время полива меняется, то для каждого прохода значения h_max будут также меняться. Для упрощения расчетов влажность расчетного слоя можно принимать по средней между предполивной и послеполивной влажностью.

Выразив из зависимости определения среднего слоя осадков h_ср:

, мм,(21)

подставив скорость V и h_max максимально допустимый средний слой дождя за один проход, получим зависимость для определения эрозионно-безопасной скорости движения дождевальной машины:

, мм/мин.(22)

В результате проведенных расчетов по зависимости (20) для дождевальной машины ДКФ-1П в условиях слабовыщелоченных обыкновенных черноземов Ростовской области, сформированных на карбонатных тяжелых суглинках, был определен максимально допустимый слой дождя за проход машины h_max равный 5,2 мм. Далее по зависимости (22) была рассчитана минимальная эрозионно-безопасная скорость движения по бьефу, которая равна 0,58 км/ч. В связи с этим для движения вперед рекомендуется использовать первую ступень коробки передач на втором диапазоне ходоуменьшителя, а для движения назад - задний ход коробки передач на втором диапазоне ходоуменьшителя, на которых скорость движения машины составит соответственно 0,7 и 0,6 км/ч.

Длина бьефа должна определяться из условий обеспечения режима орошения сельскохозяйственных культур и недопущения эрозионных процессов. Так как средняя интенсивность обратно пропорциональна длине бьефа, то изменяя длину бьефа можно непосредственно влиять на качество проведения полива. В связи с этим встает необходимость уточнить зависимость для определения эрозионно-безопасной длины бьефа. Путь, пройденный машиной, или длина бьефа определяется по зависимости:

, м,(23)

где _ путь, пройденный машиной, м; _ скорость движения машины, м/мин;

_ время в пути, мин.

В нашем случае для определения минимальной эрозионно-безопасной длины бьефа необходимо, чтобы поданная оросительная вода успела впитаться в почву за время , которое необходимо затратить на преодоление пути со скоростью . Поэтому определим время , которое необходимо для впитывания дождя с фактической интенсивностью i_ф и водопроницаемостью почвогрунтов К:

,(24)

где i_ф - фактическая интенсивность дождя, мм/мин; К - водопроницаемость почвогрунтов, мм/мин; t - время, необходимое дождевальной машине на преодоление расстояния, равное ширине захвата дождем в направлении движения, мин.:

,(25)

где b - ширина захвата дождем в направлении движения, м; V - скорость движения дождевальной машины, м/мин.

Если фактическая интенсивность дождя равна водопроницаемости почв, то время впитывания воды в почву будет равно времени, необходимому дождевальной машине на преодоление расстояния, равного ширине захвата дождем в направлении движения.

Следовательно, зависимость (23) примет вид:

, м,(26)

где L_min - минимальная длина бьефа, м; Т_min - минимальное время, необходимое для впитывания оросительной воды, мин; V - скорость движения дождевальной машины, м/мин.

После подстановки всех составляющих формула (26) примет вид:

, м,(27)

Или

, м.(28)

По полученной зависимости был произведен расчет длин бьефов для дождевальной машины ДКФ-1П для почв с различной водопроницаемостью, результаты которого графически представлены на рисунке 3.



Рис. 3. График зависимости минимальной эрозионно-безопасной длины бьефа от водопроницаемости почв для дождевальной машины ДКФ-1П

В третьей главе: «Программа и методика экспериментальных исследований» приводится общая программа исследований, методика лабораторных и полевых исследований, описание лабораторной установки.

Лабораторно-полевые исследования включали: определение зависимостей для нахождения расходно-напорных характеристик и исследование качественных показателей дождя дефлекторной насадки секторного действия, разработанной в ФГНУ «РосНИИПМ».

В программу полевых исследований входили: исследования влияния поливной нормы на величину эрозионно-безопасной длины бьефа; определение показателей качества выполнения технологического процесса ДКФ-1П и ДДА-100МА и сбор хронометражных данных их работы.

При проведении исследований использовались основные требования, положения и методики, изложенные в СТО АИСТ 11.1-2004 и РД 10.11.1-89.

В четвертой главе: «Результаты и анализ экспериментальных данных» изложены результаты проведенных в соответствии с разработанной программой лабораторно-полевых исследований и дан их анализ.

На дождевальной машине ДКФ-1П использованы дефлекторные насадки секторного действия трех типоразмеров. В результате исследований данных насадок были получены зависимости для нахождения их расходно-напорных характеристик, графически представленные на рисунке 4:

- для d=13 мм - h = 3·10⁶q² - 9·10^-11q + 2·10^-13;(29)

- для d=13,5 мм - h = 3·10⁶q² - 3·10^-10q + 4·10^-13;(30)

- для d=19 мм - h = 8,5·10⁵q² - 5·10^-11q + 2·10^-13.(31)

Рис. 4. Расходно-напорная характеристика дефлекторных насадок секторного действия

Результаты исследования параметров, характеризующих дождь одиночной дефлекторной насадки секторного действия с диаметром сопла 13 мм, разработанной в ФГНУ «РосНИИПМ», представлены в таблице 2.

Таблица 2 Результаты исследования дождя дефлекторной насадки секторного действия

Напор, м	Скорость ветра, м/с	Параметры, характеризующие насадку и качество дождя
		q0,л/с	qf, л/с	µ	f, м2	f0,5с, м2	rн, м	rк, м	rш, м	сср, мм/мин	сmax 5%, мм/ мин	сmax, мм/мин	dк, мм
15	0,80	1,70	1,33	0,908	117,5	57,3	0,9	9,3	14,2	0,144	0,56	0,62	0,89
25	1,15	2,70	1,91	0,939	126,4	72,3	1	10,4	15,4	0,281	0,84	1,07	0,61
34	1,30	3,20	2,37	0,946	158,0	86,9	1,1	11,8	16	0,314	0,94	1,16	0,47

Анализируя полученные данные показателей дождя исследуемой насадки, можно сделать следующие выводы: при увеличении напора идет увеличение площади полива с одновременным уменьшением диаметра капель; качество дождя на исследуемых режимах работы данной насадки соответствует агротехническим требованиям; дождевальные машины, работающие в движении фронтально, целесообразно оснащать дефлекторными насадками секторного действия, применение которых обеспечивает по сравнению со среднеструйными улучшение качества и агротехнической ценности дождя и повышение надежности их работы.

Исследование эрозионно-безопасной длины бьефа проводились в полевых условиях. Определялось среднее время впитывания слоя осадков после n-го прохода дождевальной машины ДКФ-1П на различных длинах бьефов (таблица 3).

Таблица 3 Опытные значения времени впитывания слоя осадков после n-го прохода дождевальной машины ДКФ-1П на различных длинах бьефов

Длина бьефа, м	, мин.	Время, необходимое для впитывания слоя воды hср=4,7 мм после n-го прохода ДКФ-1П, мин.
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
25	2,5	1,1	2,5	4,3	-	-	-	-	-	-	-	-	-
50	4,5	1,1	2,2	4,0	5,0	5,6	-	-	-	-	-	-	-	-	-
75	7,0	1,1	2,1	3,8	4,8	5,5	6,2	6,3	6,6	6,8	7,0	7,1	7,2	-	-
100	9,0	1,1	2,0	3,4	4,6	5,4	6,0	6,2	6,4	6,6	6,8	6,9	7,0	7,0	7,1
125	11,5	1,1	1,9	2,9	3,9	4,9	5,8	6,0	6,2	6,3	6,4	6,5	6,7	6,8	6,9
150	13,5	1,1	1,8	2,3	3,2	4,6	5,6	5,8	6,0	6,2	6,3	6,4	6,6	6,7	6,8

Полив продолжался до тех пор, пока не начиналось перемещение оросительной воды и частиц почвы внутри орошаемого участка. Допускалось образование лужиц на поверхности поля, которые впитывались между проходами машины. Анализ полученных опытных данных позволяет построить кривую зависимости эрозионно-безопасной длины бьефа от поливной нормы, которая представлена на рисунке 5. Аппроксимация данной кривой с помощью ПЭВМ позволила получить зависимость, которая описывает данную кривую с величиной достоверности R²=0,99:

,(32)

где L - минимальная эрозионно-безопасная длина бьефа, м;

m - поливная норма, м³/га.

Рис. 5. Зависимость эрозионно-безопасной длины бьефа для ДКФ-1П от поливной нормы

Полевые исследования показателей качества выполнения технологического процесса дождевальной машиной ДКФ-1П проводились по методике АИСТ СТО 11.1-2004 . Для сравнительного анализа были проведены аналогичные исследования дождевальной машины ДДА-100МА (таблица 4).

Таблица 4 Показатели качества выполнения технологического процесса дождевальными машинами ДКФ-1П и ДДА-100МА

Показатель	Значение показателя
	ДКФ-1П	ДДА-100МА
	ход вперед	ход назад	позиционная работа	ход вперед	ход назад	позиционная работа
Скорость движения, км/ч: - вперед - назад	0,7 -	- 0,6	- -	1,02 -	- 0,6	- -
Расход воды по дождемерам, л/с	91,82	91,88	93,16	84,524	84,14	85,77
Ширина захвата, м	126	126	124	123	123	119
Средняя интенсивность дождя, мм/мин	2,40	2,45	3,18	2,35	2,64	3,19
Средний слой осадков за один проход, мм	4,13	5,10	-	3,45	4,83	-
Коэффициент: - эффективного полива - избыточного полива - недостаточного полива	0,714 0,130 0,156	0,706 0,166 0,128	0,380 0,31 0,31	0,626 0,167 0,207	0,605 0,160 0,235	0,231 0,325 0,444
Диаметр капли дождя, мм: - начало крыла - середина крыла - конец крыла	0,57 0,58 0,59	0,40 0,72 1,46

Анализ результатов исследования позволяет сделать следующие выводы: расход воды по дождемерам дождевальной машиной ДКФ-1П составил 93,16 л/с; в сравнении с ДДА-100МА - 85,77 л/с; средняя интенсивность дождя у ДКФ-1П составляет 3,18 мм/мин, что немного меньше, чем у ДДА-100МА - 3,19 мм/мин; средний слой осадков за один проход при одинаковой рабочей скорости в среднем у ДКФ-1П составляет 5,10 мм, а у ДДА-100МА - 4,83 мм; коэффициент эффективного полива у ДДА-100МА ниже, чем у ДКФ-1П и составляет 0,615 и 0,710 соответственно вследствие более выгодной расстановки на исследуемой машине дождевальных насадок; по диаметру дождя ДКФ-1П отвечает агротехническим требованиям, предъявляемым для полива аналогичными машинами; ширина захвата ДКФ-1П составляет в среднем 126 м, что говорит о ее применимости на оросительных системах под ДДА-100МА, обеспечивая необходимую ширину захвата.

Установление технико-эксплуатационных показателей дождевальной машины ДКФ-1П и дождевальной машины-аналога ДДА-100МА велось как непосредственно при натурных исследованиях, так и при помощи камеральной обработки данных хронометражных наблюдений по ГОСТ 24055, ГОСТ 24057 и РД 10.11.1 (таблица 5).

Таблица 5 Технико-эксплуатационные показатели дождевальных машин

показатель	Значение показателя
	ДКФ-1П	ДДА-100МА
1	2	3
Ширина захвата, м	126	123
Производительность за 1 ч., га: - основного времени - сменного времени - эксплуатационного времени	1,12 0,806 0,801	1,03 0,718 0,709
Эксплуатационно-технологические коэффициенты: - надежности технологического процесса - использования сменного времени - использования эксплуатационного времени	0,979 0,720 0,715	0,940 0,697 0,688
Количество обслуживающего персонала	Тракторист, поливальщик	Тракторист, поливальщик

В пятой главе «Экономическая оценка использования дождевальной машины фронтального действия ДКФ-1П» определены: годовой экономический эффект от использования дождевателя консольного фронтального ДКФ-1П по сравнению с дождевальной машиной-аналогом ДДА-100МА. Результаты расчетов отражены в выводах.

Общие выводы

1. Проведенные исследования показали, что дождевальная машина ДДА-100МА не соответствует современным требованиям к технике и технологиям орошения. Для проведения эффективного полива необходимо совершенствовать качественные и технико-эксплуатационные показатели технологического процесса.

2. В результате уточнения методики, предназначенной для установления оптимальных диаметров трубопровода с уменьшающимся сечением труб при равномерно распределенном по длине и транзитном расходе, были определены диаметры секций водопроводящего трубопровода крыла ДКФ-1П, которые составили: 133, 133, 127, 127, 121, 121, 114, 114, 108, 104, 95 мм соответственно 1, 2, 3 и т.д. секции. Для установки на ДКФ-1П выбрана дефлекторная насадка секторного действия конструкции ФГНУ «РосНИИПМ». Расстановка насадок по крылу машины была произведена через одинаковые расстояния с равным расходом, что достигается применением насадок с различными диаметрами сопла. Диаметры сопел насадок составили: 1-6 секции крыла ДКФ-1П - 13 мм; 7-11 секции - 13,5 мм; концевая насадка - 19 мм. В результате теоретического обоснования установлено, что эрозионно-безопасная скорость движения ДКФ-1П при поливе составляет: вперед 0,7 км/ч с расчетным слоем осадков за проход 4,3 мм, назад - 0,6 км/ч и 5,0 мм. Выведена зависимость для расчета эрозионно-безопасной длины бьефа от водопроницаемости почв для ДКФ-1П. Расчетная эрозионно-безопасная длина бьефа для условий проведения исследований составила 73 метра.

3. Полевыми исследованиями установлено, что величина эрозионно-безопасной длины бьефа зависит от поливной нормы. На основании анализа полевых исследований получена зависимость эрозионно-безопасной длины бьефа при поливе ДКФ-1П от поливной нормы. Анализ полученных показателей качества выполнения технологического процесса показал следующее: расход воды по дождемерам дождевальной машиной ДКФ-1П больше, чем ДДА-100МА на 8,6 %, что достигнуто подбором оптимальных диметров секций консоли ДКФ-1П; за счет использования дефлекторной насадки секторного действия конструкции ФГНУ «РосНИИПМ» средний диаметр капель на 32,6 % меньше у ДКФ-1П; за счет более рациональной расстановки подбора диаметров дождевальных насадок по длине поливного крыла коэффициент эффективного полива на 16,2 % выше у ДКФ-1П; ширина захвата разработанной машины составляет 125 м, что свидетельствует о применимости ДКФ-1П на поливной сети под ДДА-100МА.

4. Анализ производственных исследований технико-эксплуатационных показателей позволяет сделать следующие выводы: производительность за час основного времени больше у ДКФ-1П, чем у ДДА-100МА, что достигается большим расходом; коэффициент надежности технологического процесса больше у ДКФ-1П вследствие меньшего количества отказов и меньшего времени на их устранение; за счет меньшего количества отказов и уменьшения времени на подготовку дождевальной машины к работе и переездам, коэффициенты использования сменного времени и эксплуатационного времени выше у разработанной дождевальной машины.

5. Годовой приведенный экономический эффект от эксплуатации ДКФ-1П составил 176,17 тыс. руб. при годовой экономии труда при эксплуатации 256,32 чел.-час.

Предложения производству

1. Разработанная дождевальная машина ДКФ-1П рекомендуется к внедрению эксплуатационным организациям с целью повышения эффективности полива.

2. Для уменьшения негативного воздействия дождя на почву и недопущения образования поверхностного стока рекомендуется эксплуатационным организациям производить полив дождевальной машиной ДКФ-1П при движении вперед на первой ступени коробки передач на втором диапазоне ходоуменьшителя, а при движении назад - задний ход коробки передач на втором диапазоне ходоуменьшителя, на которых скорость движения машины составит соответственно 0,7 и 0,6 км/ч., на длине бьефа, которая должна быть больше или равна эрозионно-безопасной длине бьефа, определяемой по полученным зависимостям.

3. Определенные технико-экономические показатели ДКФ-1П рекомендуются эксплуатационным организациям для составления технологических карт полива.

4. Уточненная методика для определения оптимальных диаметров стального трубопровода с переменным сечением рекомендуется конструкторским бюро для проектирования дождевальной техники.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Штанько А.С. Методы и критерии оценки качества искусственного дождя / Слабунов В.В., Штанько А.С., Недорезов П.М. // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. науч. тр. / ФГНУ «РосНИИПМ».- М.: ЦНТИ «Мелиоводинформ». - Вып. № 34, 2002.- С. 180-186.

2 Штанько А.С. Обоснование возможности повышения производительности дождевальной техники / Штанько А.С., Слабунов В.В. // Современные проблемы мелиорации земель, пути и методы их решения: сб. науч. тр. по материалам международных конференций и научных семинаров / ФГНУ «РосНИИПМ».- Новочеркасск: ООО «Геликон», 2003.- С. 164-169.

3 Штанько А.С. Дождевальная машина ДКДФ-1 «Ростовчанка» / Штанько А.С., Слабунов В.В. // Современные проблемы мелиорации земель, пути и методы их решения: сб. науч. тр. по материалам международных конференций и научных семинаров / ФГНУ «РосНИИПМ».- Новочеркасск: ООО «Геликон», 2003. - С. 175-179.

4 Штанько А.С. Факторы, влияющие на работоспособность поливной техники / Штанько А.С., Слабунов В.В. // Современные проблемы мелиорации земель, пути и методы их решения: сб. науч. тр. по материалам международных конференций и научных семинаров / ФГНУ «РосНИИПМ».- Новочеркасск: ООО «Геликон», 2003. - С. 183-189.

5 Штанько А.С. Обоснование параметров технологии проведения поливов ДМ ДКДФ-1М / Штанько А.С. // Мелиорация и водное хозяйство. 2007. -№4. С 41-42.

6 Пат. РФ №2223637С2, МПК⁷ А 01 G 25/09, 25/00, 25/02. Фронтальная длинноствольная дождевальная установка (варианты) / В.Н. Щедрин, Ю.Ф. Снипич, Н.П. Бредихин, В.В. Слабунов, А.С. Штанько. Опубл. 20.02.2004. Бюл. №5 // Открытия. Изобретения. - 2004.

7 Пат. РФ №2240683С1, МПК⁷ А 01 G 25/09. Способ перевода фронтально установленной фермы двухконсольного дождевального агрегата из рабочего положения в транспортное и обратно. / В.Н. Щедрин, А.В. Колганов, В.В. Бородычев, А.М. Салдаев, Ю.Ф. Снипич, А.С. Штанько. Опубл. 27.11.2004. Бюл. № 33 // Открытия. Изобретения. - 2004.

8 Пат. РФ №2242116С1, МПК⁷ А 01 G 25/09. Двухконсольный дождевальный агрегат. / В.Н. Щедрин, А.М. Салдаев, Ю.Ф. Снипич, В.В. Слабунов, А.С. Штанько. Опубл. 20.12.2004. Бюл. № 35 // Открытия. Изобретения. - 2004.

9 Пат. РФ №2242117С1, МПК⁷ А 01 G 25/09. Ферма двухконсольного дождевального агрегата. / В.Н. Щедрин, А.М. Салдаев, Ю.Ф. Снипич, В.В. Слабунов, А.С. Штанько. Опубл. 20.12.2004. Бюл. № 35 // Открытия. Изобретения. - 2004.

Размещено на Allbest.ru

...