Широкозахватна низьконапірна дощувальна машина кругової дії

Реферат: Широкозахватна низьконапірна дощувальна машина кругової дії включає центральну нерухому опору з поворотним коліном, водопровідний трубопровід, консоль, дефлекторні короткоструменеві насадки, кінцевий середньоструменевий дощувальний апарат, опорні візки, гідропривід опорних візків, систему тросових розтяжок, системи автоматичного регулювання швидкості руху опорних візків та механічного і гідравлічного захисту від аварійних ситуацій. При цьому на трубопроводі і консолі встановлені U-подібні коліна, до колін приєднують трубки з низьконапірними насадками кругової дії з додатково встановленими регуляторами тиску та тягарцями, і насадка, що містить сопло, кронштейн, відбивач, стартер. Біля опорних візків встановлюються секторні низьконапірні насадки, відвід води від гідроприводу коліс опорних візків здійснюється за допомогою труби, яку розміщують на водопровідному трубопроводі дощувалки та перфорують в кінцевій частині. UA 74781 U (12) UA 74781 U UA 74781 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі сільськогосподарського виробництва, а саме до зрошення, меліорації, та може бути використана на дощувальних машинах кругової дії, які укомплектовано низьконапірними дефлекторними дощувальними насадками кругової дії. На півдні України основними дощувальними машинами залишаються "Фрегати". Недоліки цих дощувальних машин сьогодні добре відомі усім, хто господарює на поливних землях. При роботі дощувальної машини "Фрегат" в умовах інтенсивного вітрового режиму коефіцієнт ефективного поливу знижується до 0,53-0,45. Це пов'язано з великою висотою підйому дощової хмари над поверхнею ґрунту (5-8 м), зношеністю дощувальних апаратів і, в зв'язку з цим, низькою надійністю їхньої роботи, складністю їх налаштування на необхідну витрату води. Висока частота обертання дощувальних апаратів знижує їх надійність, а дощувальні струмені мають слабку стійкість до вітру. Дощувальні машини "Фрегат" мають значні втрати води на випаровування та знесення вітром, які в середньому складають 10-15 %, а в денні години можуть досягати 30 % і більше. Серійні апарати в середині і кінці трубопроводу формують дощ великої крупності крапель (до 3,5 мм), при середній інтенсивності дощу 0,6-0,8 мм/хв. і миттєвої до 3,0 мм/хв., який має велику енергетичну дію на ґрунт і рослини, що не дозволяє видавати оптимальні поливні норми без стоку. З кожним роком зростає ціна на поливну воду, електроенергію. Зношуються, а відтак все гірше працюють "Фрегати". Старіє й сама меліоративна мережа, на ремонт і відновлення її доводиться вкладати суттєві кошти. Зрошення для сільгоспвиробників дійсно стає "золотим", але не в плані ефективності, а у плані витрат. Оптимальний шлях для підвищення ефективності зрошення - переобладнання зрошувального господарства України дощувальними машинами нового покоління, які в даний час все більше знаходять використання і представлені такими машинами закордонного виробництва, як "Reinke", "Bauer", "Valley", "Zimmatic". Однак це надто дорого навіть для великих господарств, не кажучи вже про середні та малі. Дощувальні машини нового покоління належать до низьконапірних, тобто можуть працювати при зниженому тиску води в зрошувальній мережі до 0,4 МПа. Для цього вони комплектуються низьконапірними дощувальними насадками та регуляторами тиску. Відома дощувальна машина кругової дії, яка включає нерухому опору, самохідні візки, напірний трубопровід з короткоструменевими дощувальними насадками, встановленими в середній частині трубопроводу, на початку трубопроводу встановлені дощувальні апарати, а в кінці - додаткові дощувальні апарати, які встановлено з частішою розстановкою. (Патент Российской федерации № 1531926 Многоопорная дождевальная машина кругового действия). Недоліками дощувальної машини є те, що колеса візків, які переміщуються в зоні дощу, часто буксують та роблять на полі широку та глибоку колію, короткоструменеві насадки та дощувальні апарати із-за сопел малого діаметра часто забиваються. На даний час у більшості конструкцій кругових дощувальних машин фірм-виробників різних країн використовується електричний привод. Трифазний струм напругою 380-460 В генерується дизель-генератором, який встановлений на центральному візку дощувальної машини. Відома багатоопірна дощувальна машина кругової або фронтальної дії, яка складається з водопровідного трубопроводу, розміщеного на центральному і проміжних візках, дизельного двигуна і електрогенератора, електроприводів мотор-редукторів коліс візків. На вході водопровідного трубопроводу встановлено регулятор тиску, пульт керування з електромеханічною системою синхронізації руху візків, дощувальні насадки та кінцевий дощувальний апарат. (Патент США US2006283507 Water supply system for a linearly moving sprinkler irrigation system, МПК E03B1/00; ECLA A01G25/09D). Недоліком дощувальної машини є необхідність використання дизельного палива, додаткові витрати дизельного палива при пуску і зупинці дощувальної машини, значна металоємкість та робоча маса машини внаслідок наявності бака палива (600 л) та дизельного двигуна. А також більша небезпека для персоналу, що обслуговує машину, так як присутній фактор електронебезпеки та необхідність використання спецперсоналу - електрика. Відома дощувальна машина кругової дії "Фрегат" ДМУ, яка взята за аналог. (Витяг з протоколу № 1414/0603-03-2011 державних приймальних випробувань технічного засобу для АПК додається). Дощувальна машина "Фрегат" ДМУ призначена для поливу дощуванням зернових, овочевих та технічних культур, багаторічних трав, лугів та пасовиськ, а також інших культур, включаючи високостеблові, та може застосовуватися в усіх ґрунтово-кліматичних зонах, де є необхідність у зрошенні на агрофонах як зі спокійним, так і складним рельєфом. 1 UA 74781 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Живлення дощувальної машини водою здійснюється від гідрантів закритої зрошувальної мережі або від свердловини з подачею води стаціонарними або пересувними насосними станціями. Процес поливу здійснюється в русі в круговому режимі. Дощувальна машина "Фрегат" ДМУ складається з наступних основних складових частин: центральної нерухомої опори з поворотним коліном, водопровідного трубопроводу, на якому розміщено середньоструменеві дощувальні апарати, короткоструменеві секторні насадки і кінцевий далекоструменевий дощувальний апарат, опорних візків з гідроприводом, системи тросових розтяжок, системи автоматичного регулювання швидкості руху опорних візків, механічного та гідравлічного захисту від аварійних ситуацій. Розміщення на водопровідному трубопроводі дощувальних пристроїв наступне: на першому та другому від нерухомої опори прольотах розміщено чотири середньоструменеві дощувальні апарати, від третього до чотирнадцятого - короткоструменеві секторні насадки від дощувальної машини "Кубань-М", далі на останніх двох прольотах та консолі короткоструменеві насадки, що встановлені на відкрилках. Закінчується водопровідний трубопровід далекоструменевим дощувальним апаратом. Середньоструменеві апарати встановлені через кожні десять метрів, короткоструменеві насадки - через два з половиною метри. Дощувальні апарати та секторні насадки розміщені на висоті 2,2 м над поверхнею ґрунту. Машина приєднується до стояку закритої зрошувальної мережі за допомогою фланцевого з'єднання. Переміщення машини відбувається за рахунок тиску води у водопровідному трубопроводі, від якого працює гідропривод коліс, розташований на кожному візку. Автоматична система регулювання швидкості руху візків підтримує положення загальної лінії водопровідного трубопроводу в заданих межах. Механічна та гідравлічна системи захисту автоматично зупиняють машину при виникненні загрози зламу водопровідного трубопроводу. Недоліки дощувальної машини "Фрегат": - при роботі гідроприводу вода скидається в районі коліс самохідних візків, що призводить до перезволоження ґрунту і збільшення глибини колії та пробуксовування коліс; - дощувальні апарати "Фрегата" створюють дрібну краплю, що у залежності від температури повітря та сили вітру призводить до значних втрат вологи за рахунок випаровування та знесення вітром; - висока миттєва інтенсивність дощу ущільнює ґрунт, утворюючи кірку, при цьому, волога, стікаючи по поверхні ґрунту, активно випаровується; - дощувальні апарати не здатні забезпечити однаковий тиск поливної води по всій довжині дощувальної машини: біля гідранта тиск вищий, на кінці машини - нижчий. В результаті одержується нерівномірний полив; - високонапірна зрошувальна мережа з тиском води до 0,7 МПа потребує більших витрат енергії на подачу води до гідрантів в порівнянні з низьконапірною. Задачі корисної моделі: - зменшити перезволоження ґрунту в районі самохідних візків; - зберегти продуктивну вологу в ґрунті за рахунок рівномірного поливу при низькому тиску з постійним розміром крапель - імітація дощу (дощова крапля є ідеальною для поливу); - зменшити витрати води на випаровування та знесення вітром, - зменшити витрати енергії та поливної води за рахунок зменшення тиску в поливній мережі до 0,4 МПа; - зменшити ерозію ґрунтів під час поливу; - забезпечити постійність витрат води через насадки по всій довжині водопровідного поясу машини; - зменшити норми поливу та кількість поливів на полях. За рахунок цього підвищити якість сформованого штучного дощу, збільшити продуктивність поливу за рахунок одночасного включення в роботу декількох низьконапірних дощувальних машин, заощадити поливну воду та енергію для подачі води в зрошувальну мережу, а в кінцевому результаті підвищити врожайність культур. Поставлена задача вирішується тим, що широкозахватна низьконапірна дощувальна машина кругової дії включає центральну нерухому опору (1) з поворотним коліном (2), водопровідний трубопровід (3), консоль (4), на прольотах 1-16 водопроводу (3) розміщено дефлекторні короткоструменеві насадки (5) і кінцевий середньоструменевий дощувальний апарат (6), опорні візки (7), гідропривід опорних візків (8), систему тросових розтяжок (9), системи автоматичного регулювання швидкості руху опорних візків та механічного і гідравлічного захисту від аварійних ситуацій (10), на трубопроводі (3) і консолі (4) встановлюють 2 UA 74781 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 U-подібні коліна (11), до колін приєднують трубки (12) з низьконапірними насадками кругової дії 5 з додатково встановленими регуляторами тиску (13) та грузиками (14), насадку (5), що містить сопло (17), кронштейн (18), відбивач (19), стартер (20) розміщують на висоті 1,6 м від поверхні ґрунту, біля опорних візків (7) встановлюють секторні низьконапірні насадки (15), відвід води від гідроприводу коліс опорних візків здійснюють за допомогою труби (16), яку розміщують на водопровідному трубопроводі (3) та перфорують в кінцевій частині. Низьконапірні насадки розташовують з кроком 5,0 м на 111 прольотах трубопроводу, з кроком 2,5 м на 1216 прольотах та до останньої насадки на консолі, кінцевий дощувальний апарат встановлюють на відстані 3,62 м від останньої насадки. Поставлена задача вирішується також тим, що низьконапірні насадки на прольотах трубопроводу установлюють в такій кількості: на першому прольоті довжиною 20,0 м - 4 шт., на 2; 3; 5; 7; 9; 10 прольотах довжиною по 29,3 м - по 6 шт., на 4; 6; 8 прольотах довжиною по 24,4 м - по 5 шт., на 1116 прольотах довжиною по 29,3 м - по 11 шт., на консолі довжиною 18,1 м - 6 шт., та мають різний діаметр сопла. Конструкція та робота низьконапірної широкозахватної дощувальної машини пояснюється кресленням (Фіг.1). Дощувальна машина працює наступним чином. Вода під тиском близько 0,40 МПа подається через нерухому опору (1) в водопровідний трубопровід (3) та консоль (4), в гідропривід самохідних візків (7), в низьконапірні дефлекторні короткоструменеві насадки (5) i-Wob виробництва компанії Senninger Irrigation, кінцевий середньоструменевий дощувальний апарат (6). Перед кожною насадкою (5) встановлено регулятор тиску (13). Регулятор тиску (13) вирівнює перепади тиску на вході дощувальної насадки (5) до робочого, при якому дощувальна насадка працює незалежно від гідравлічних умов в водопровідному трубопроводі (3), зміни висоти подачі, напору та інше. При нерівностях рельєфу поля, коли виникає злам прольотів дощувальної машини, полив може бути нерівномірним, більше води виллється в місцях зламу та менше на горизонтальні ділянці. Регулятор тиску (13) і в цьому випадку забезпечує необхідний робочий тиск на вході дощувальної насадки. Якщо низьконапірна насадка постійно працює в діапазоні робочих тисків, які забезпечує регулятор тиску, то в цілому це дозволить підвищити надійність та довговічність самої насадки та дощувальної машини в цілому. Секторні насадки (15), які встановлено біля кожного самохідного візка (7), виконують дощування в зворотному по ходу візків напрямку, зменшуючи вологість ґрунту в районі коліс та забезпечуючи рух машини без буксування. Насадка (5) складається з наступних основних складових - сопла (17), кронштейна (18), відбивача (19), стартера (20) (Фіг. 1). Принцип дії дощувальної насадки (5) ротаційної дії i-Wob полягає в наступному - вода, що поступає з водопровідного трубопроводу (3) машини через регулятор тиску (13), проходить через сопло (17) і попадає на відбивач (19). Відбивач (19) являє собою плоску шайбу з радіальними канавками (в кількості 6 або 9 шт.), які розташовані на ній під відповідним кутом. Відбивач (19) розташований ексцентрично до напрямку струменя води, яка, проходячи через сопло (17), відбивається від нього і тим самим приводить його у обертально-коливальний рух. Завдяки цьому руху насадка i-Wob має здатність розсіювати воду у вигляді крапель на порівняно велику відстань (до 16-18 м) при низькому тиску - 0,07-0,14 МПа. Сполучення обертового руху відбивача (19) та геометрії його канавок забезпечує постійний розмір крапель та рівномірність зрошення. Стартер (20) є точкою, навколо якої здійснюється обертання відбивача (19). За допомогою грузика (14), насадка, що розташована на трубці (12), протистоїть гідростатичній підйомній силі вітру. За допомогою змінних сопел (17), якими комплектується насадка i-Wob, дощувальну машину можна налаштовувати на різні норми поливу. Загальний вигляд низьконапірної насадки i-Wob з регулятором тиску приведений на фото (Фіг. 2). Так як запропонована низьконапірна дощувальна машина є машиною кругової дії, то всі точки приєднання дощувальних насадок до водопровідного трубопроводу рухаються з різною лінійною швидкістю. Найбільша лінійна швидкість буде у насадок, встановлених на кінці машини та консолі. Час впливу дощу на ґрунт зменшується з віддаленістю дощувальної насадки від центру обертання машини із-за збільшення її лінійної швидкості. Відповідно до цього повинні збільшуватися витрати води дощувальних апаратів в напрямку від центральної опори до кінця машини. 3 UA 74781 U 5 Щоб забезпечити однакові витрати води по всій довжині машини, необхідно або збільшувати діаметр сопла насадок на кінцях машини, або збільшувати в тому місці кількість насадок. Згідно з корисною моделлю, на кінці низьконапірної дощувальної машини, починаючи з одинадцятого самохідного візка, дощувальні насадки i-Wob встановлено зі зменшеним кроком, ніж на початку та посередині машини (2,5 м проти 5,0 м), тобто на прольоті їх стало більше (11 шт. проти 6 шт.). Це дозволило забезпечити рівномірність поливу. Робота низьконапірної насадки з регулятором тиску показана на фото (Фіг. 3). Розміщення насадок, число їх та діаметр сопел показано в таблиці. Таблиця Номер прольоту 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Консоль Число насадок на прольоті, шт. 4 6 6 5 6 5 6 5 6 6 6 11 11 11 11 11 6 Відстань між насадками, м 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Діаметр сопла насадок, мм 2,38 2,38; 2,78; 3,18 3,57; 3,97; 4,37 4,76; 5,16 5,16; 5,56; 6,35 6,35; 6,75 6,75; 7,14 7,54 7,54; 7,94 7,94; 8,33; 8,73 9,13 6,75; 7,54; 7,94 6,75; 7,94; 8,33 7,14; 8,33; 8,73 7,54; 8,73 7,94; 9,13 7,94 Довжина прольоту, м 20,0 29,3 29,3 24,3 29,3 24,3 29,3 24,3 29,3 29,3 29,3 29,3 29,3 29,3 29,3 29,3 18,1 10 15 20 25 30 35 Рух машини по колу навкруги центрального шарніра відбувається за рахунок тиску води в її водопровідному трубопроводі, гідропривод самохідних візків працює таким же чином, як і у дощувальної машини "Фрегат". Відвід води від гідроприводу (8) опорних візків (7) здійснюється по трубі (16), яка кріпиться на водопровідному трубопроводі (3) дощувальної машини. В кінцевій частині труба перфорована і вода виливається в поле, не зволожуючи ґрунт під колесами. Зниження тиску в зрошувальній мережі (з 0,7 МПа до 0,4 МПа) може призвести до того, що гідропривод самохідних візків буде не в змозі розвивати достатнє зусилля для переміщення дощувальної машини. Тобто машина буде здійснювати полив, але не рухатися. Можливість роботи низьконапірної дощувальної машини у русі забезпечується використанням у гідроприводі самохідних візків гідроциліндра зі збільшеним внутрішнім діаметром (153 мм), який розвиває зусилля до 5,88 кН, достатнє для поливу та переміщення машини в круговому режимі. Системи автоматичного регулювання швидкості руху опорних візків та механічного і гідравлічного захисту від аварійних ситуацій працюють таким же чином як і у дощувальної машини "Фрегат". Якщо під час руху вигин трубопроводу виявиться більшим за допустимий, то за допомогою системи механічного захисту дощувальна машина зупиниться. Машину зупиняють, вимикаючи подачу води або виключаючи двигун насосної станції. Технічний результат: - розташування дощувальних насадок за допомогою гнучких шлангів на відстані 1,6 м над поверхнею ґрунту дозволяє зменшити вплив температури повітря та вітру і зменшити тим самим втрати вологи від впливу цих факторів; - встановлення секторних насадок в районі опорних самохідних візків та відвід води від коліс гідроприводу за допомогою перфорованої труби зменшує перезволоження ґрунту та дозволяє колесам рухатися без буксування і, внаслідок цього, без зменшення швидкості руху всієї машини; - встановлення на кінцях машини та на консолі збільшеного числа насадок з меншим діаметром сопла на кожному прольоті, починаючи з одинадцятого, забезпечує, при низькому 4 UA 74781 U 5 10 15 20 25 30 тиску в зрошувальній мережі, рівномірність поливу по всій довжині машини і як наслідок - високу якість зрошування, мінімальні втрати на випаровування та знесення вітром і збереження структури ґрунту; - зменшення витрат на 25-30 % за рахунок зниження тиску в поливній мережі, збільшення швидкості руху і скорочення часу роботи дощувальної машини (зменшення норми поливу на гектар за рахунок покращення якості поливу). Запропонована корисною моделлю низьконапірна широкозахватна дощувальна машина з використанням базових елементів дощувальної машин "Фрегат" була виготовлена в 2010 р. приватно-орендним підприємством "Україна-Дивне", Херсонської області та випробувана спеціалістами Південно-Української філії УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого. Необхідний тиск на вході в машину, діаметр сопел насадок, кількість насадок на кожному прольоті було визначено розрахунками в залежності від втрат тиску по довжині трубопроводу та виходячи з умови забезпечення рівномірності поливу. Для порівняння результатів якості роботи було одночасно виконано полив посівів сої дощувальною машиною "Фрегат" та низьконапірною широкозахватною дощувальною машиною. Після взяття проб ґрунту було визначено, що ґрунт після "Фрегату" зволожився на глибину 10-15 см, а після низьконапірної машини до 40 см. Тобто, якщо на першому полі основна частина вологи акумулювалася у верхньому шарі ґрунту, то на другому - в шарі, максимально наближеному до кореневої системи рослин. Застосування низьконапірної дощувальної машини з насадками i-Wob "Senninger" та регуляторами тиску дозволило зменшити кількість поливів на полях. Посіви сої, наприклад, поливали 7 разів за поливний сезон, тоді як при роботі "Фрегату" робили це вісім разів. Кожне коло поливу дощувальною машиною обходилось господарству у 7-8 тисяч гривень. За рахунок цього, а також зменшення норми поливу та максимальної швидкості ходу було заощаджено 17 % води, вилитої на поле за поливний сезон. Урожайність на посівах, де використовувалася низьконапірна дощувальна машина, виявилася на 4 центнери вищою, ніж на посівах з традиційним дощуванням. Річна економія від застосування низьконапірної дощувальної машини з насадками i-Wob "Senninger" склала близько 28,5 тис. грн. Загальний дохід від використання цієї машини склав близько 70,5 тис. грн. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 1. Широкозахватна низьконапірна дощувальна машина кругової дії, що включає центральну нерухому опору (1) з поворотним коліном (2), водопровідний трубопровід (3), консоль (4), на прольотах 1-16 водопроводу (3) розміщено дефлекторні короткоструменеві насадки (5) і кінцевий середньоструменевий дощувальний апарат (6), опорні візки (7), гідропривід опорних візків (8), систему тросових розтяжок (9), системи автоматичного регулювання швидкості руху опорних візків та механічного і гідравлічного захисту від аварійних ситуацій (10), яка відрізняється тим, що на трубопроводі (3) і консолі (4) встановлюють U-подібні коліна (11), до колін приєднують трубки (12) з низьконапірними насадками кругової дії (5) з додатково встановленими регуляторами тиску (13) та тягарцями (14), насадку, що містить сопло (17), кронштейн (18), відбивач (19), стартер (20) розміщують на висоті 1,6 м від поверхні ґрунту, біля опорних візків встановлюють секторні низьконапірні насадки (15), відвід води від гідроприводу коліс опорних візків здійснюють за допомогою труби (16), яку розміщують на водопровідному трубопроводі дощувалки та перфорують в кінцевій частині. 2. Широкозахватна низьконапірна дощувальна машина кругової дії за п. 1, яка відрізняється тим, що низьконапірні насадки розташовують з кроком 5,0 м на 111 прольотах трубопроводу, з кроком 2,5 м на 1216 прольотах та до останньої насадки на консолі, кінцевий дощувальний апарат встановлюють на відстані 3,62 м від останньої насадки. 3. Широкозахватна низьконапірна дощувальна машина кругової дії за п. 1, яка відрізняється тим, що низьконапірні насадки на прольотах трубопроводу установлюють в такій кількості: на першому прольоті довжиною 20,0 м - 4 шт., на 2; 3; 5; 7; 9; 10 прольотах довжиною по 29,3 м по 6 шт., на 4; 6; 8 прольотах довжиною по 24,4 м - по 5 шт., на 1116 прольотах довжиною по 29,3 м - по 11 шт., на консолі довжиною 18,1 м - 6 шт., та мають різний діаметр сопла. 5 UA 74781 U 6 UA 74781 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7