автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности стационарных дождевальных систем с гидроимпульсным управлением

Волгоградский сельскохозяйственный институт

Г Г П рп

На правах рукописи

ПЕТРОВ Виктор Георгиевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТАЦИОНАРНЫХ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ СИСТЕМ С ГИДРОИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

05.20.03— Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

05.20.01 — Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 1993

Диссертационная работа выполнена в научно-производственном объединении «Орошение» и в Волгоградском сельскохозяйственном институте.

Научный руководитель — заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации академик РАСХН, доктор технических наук, профессор Листопад Г, Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Рогожкин В. М., кандидат технических наук, доцент Цепляев А. Н.

Ведущая организация — Волгоградский экспериментальный завод оросительной техники (ВЭЗОТ). •

Защита состоится « » о1<'~А 1993 г. в___/(у часов

на заседании специализированной совета К 120.56.02 в Волгоградском сельскохозяйственном институте по адресу: 400041, г. Волгоград, ул. Институтская, 8, ВСХИ.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского сельскохозяйственного

Автореферат разослан « Ь ■•„

.1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, профессор В. И. Ф е д я к и и

I

ОБЩАЯ 7-4?АКТЕИТС?ИКА РАБОТЫ

Актуальность теи;. Пг.дучснле гарантированных уроглев сельскохозяйственных культур в засушливкх районах кекнсляш без • дальнейшего развитая мохзкпз-лровашшх способов поверхностного полива л дондеваняя. К числу перспектавних откосятся автоматизированные стационарные до.т.девзльнпз систем (СДС) с глдротг.-пульснкм управление;.! водораспрадзленяем.

Разработанное для СДС с доздеволкпш аппаратам ДЦ-30 модели я технология аолзвз учитывают большое количество связей я факторов б системе климат - почва - растение. Однако недостаточно Е:п!манпя уделено изучению злг.шия ветра ка структуру доздя а качество полива, проблемам надежной технической реализация оптя-"зльннх алгоритмов управления технологически;.::! процесса:,'.п ка оро-пае;,зх полях, "егд5 тем, отказы технических средств водораспреде-ленвя приводят к рассогласованию упразляетах програг.м, из русский геазма орояения, потере части урозая я повапекпю зксплуатацпох-иых затрат, т.е. к уменызению знходного о^екта. Следовательно, оценивать эффективность стационарных докдевзльнах систем необходимо на множестве состоякпй их фуккцпон'лрованая (работоспособности). Поэтому конструктивное усовершенствованы технических средств, разработка иетодака оценки эЖюктпвкостз СДС с учетом надежности, установление критериев выбора рациональных технологических параметров систем являются актуальными.

Работа является частью исследований по теме 0.СХЛ01.01.04. Н2, проводпвизхся в НПО "Оросите".

Цель исследования: обоснование матодлкл оценка п разработка технологических я технических путей повугекая эффект;:ваоста стационарных догдсвзлъных систем с гпдронмпульснкм управлением.

В соответствие с цельэ поставлены я ресеяя следуйте задачи:

разработка я анализ математической модели эффективности СДС с учетом наденноста; определенна параметров структуры докдя и качества полива догдеЕального аппарата ДЦ-ЗО с учетом ветрового режима Нижнего Поволжья; комплексная оценка надежности СДС и её элементов; технпко-вконокический. анализ эффективности внедрения результатов исследования.

Методы и объекта исследований. Полевке опыты по определению параметров структура дождя и качества полива, определение потерь урокзя, исследование переходных процессов и нзденностд проводились на стационарной дсядевальной системе площадью 6?,5 га, а такке в гидролабораториях.

Комплексность проводимых работ потребовала применения различных видов исследований. Поставленные задачи ре пала сь метода® математической статистики, регрессионного и дпсперсяонного анализа, теория систем, нэдехности, графов, вероятности и др. с использованием специальных програш и ЭВМ.

Научная новизна. Разработана математическая модель п методика оценки эффективности СДС, учитывающее мнокество состояний функционирования система, параметры структуры доядя а качество поли-Еа. Определен экономически обоснованный оптимальный уровень надежности стационарной дождевальной система и её элементов. Установлены графоаналитические зависимости параметров структура догдя и качества полива СДС в условиях Никнего Поволжья.

Новизна исследований и разработок подтверждается такае изобретениями (а.с. I232I8S, I24039I).

Практическая значимость. Разработаны новые технические средства водо распре деления и элементы технологии полива, обеспечивающие более надежную работу СДС и позволяющие, проводить водохозяйственные расчеты и технико-экономическое обоснование при проектировании оросительных систем. Математическая модель дозволяет tío-

лее точно оценить выходной эффект я рассчитать планируемый уро-езЙ в соответствен с возможностям его технического обеспечения (нздезноста).

Получетша показателя надегшостп а разработанный классификатор отказов г.егут служить псходтм материалом для выработки норйтквякс требований т. надг.-постя СДС, позволяют назначать срока реконтко-про^гдактЕтескях работ, уточнять итзтвий состав эксп-лузтапаспзого пзрсоззлз, устанавливать яорьзтзвя запасных мзтерз-алоз т.п.

. Воавта вгаосятсз:

!.:етодпка оценкз о|фоктявноста СДС на ыяояествз состояний её

бу НХЦЗ ОIII! ро ЕЗН П Я |

математическая иодаль оптгьазадап показателей наденшетз СДСа её элементов; ^

результаты когллексных исследований кзделзостя СДС, парамет-'роз структуры долил л качества полива дождевального аппарата ДД-30 з состава стационарной дождевальной састег.'.ы.

А^добадпя я веалтгзацря.работ;;. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрен?,е на заседаниях Ученого Совета и объединенных заседаниях отделов я лабораторий НПО "Орошение" (1981-1988), ежегодных научно-технических кошТе-ренцаях Волгоградского СХИ (1981-1588). В полной объеме диссертация рассмотрена на совместном заседанзи отделов НПО "Орошение" и на научном сеганаре по механизация сельского хозяйства Волгоградского СХИ (1993).

Действующий образец гидравлического затвора экспонировался на Международной выставке в Болгарии (г. Пловдив, 1988) я на выставке достижений Агропромышленного комплекса Волгоградской области (1989-1992).

Результата исследований попользована ГСКБ БЭЗОТа при разра-

ботке техдокументации на оборудование стационарных довдевальных систем.

Разработанная технология полива и практические рекомендации по эксплуатации СДС внедрены в ОБХ "Орошаемое" Волгоградской области а Ершовской опытной станции НПО "Эдита Поволжья" Саратовской области.

Публикации. Основное содеряание диссертационной работы отра-еэно в 13 печатных работах, в числе которых неучно-технический отчет и 2 авторских свидетельства на изобретения.

Стпткт7т>а и объем •работа. Ядссертациокяая работа состоит из введения, пяти гдав, выводов и предложений, сииска литературы, включающего 166 наименований, из них 4 на иностранном языке и 10 прллояэний. Основное содержание изложено Еа 135 страницах мазл-нописного текста, включает 4? рисунков ж 21 таблицу.

сскоачов СОДЕРЕЩШ РАЮТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности теш диссертации, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе рассматриваются тенденции современного развития и перспективы использования стационарных дождевальных систем. Отмечено, что на базе СДС возмогно обеспечить максимальную маханазацгэ к автоматизацию водораопределения, осуществить гибкое регулирование гидротор.\ячоского и пищевого рзкимов почвы в соответствии с биологическими потребностями роста и развития растений, свести к минимуму затраты ручного труда и потеря оросительной воды, что создает реальные предпосылки для создания Технически совершенных оросительных систем.

Исследованию различных технологических и технических аспектов повышения эффективности использования дождевальных систем посвяце-ны работы К.П.Арента, Н.В.ВишиковоЁ, Е.Я.Впнокура, Г.В.Воропаева,

СД.1^сейЕ-заде, Н.С.Ерховз, Р.П.Заднепровского, Г.М.Зетшсовз, А.И.Козлова, И.П.Кру.тялина, Б.М.Лебедева, Г.Е.Листопада, И.Д.Мае-лова, Ц.Е.Мпрцхулавы, М.Ф.Нзтальчука, В.Д.Носенко, Л.М.Рекса, С.С.Савватеева, А.П.Сапункова, А.И.Сергеева, А.М.Еэрко, К.И.Езввы, А.Еуугг-зоп п других.

Анализ литературы и поисковые опыты показали, что, несмотря на свою инерционность, СДС с гидропипулъсяпм управлением успешно внедряются в практику мелиоративного строительства.

В работе приведены агротехнические требования, существующие схемы в системы управления поливом, а тзхза метода оценки СДС, которые осповквтзтея на раолзчхгих крата раях оптимизации. ■ Несмотря на недостаточную надежность, моделирование и выбор оптимального варианта осуществляется, как правило, з традиционной постановке вопроса"Ърз условии нахождения система в состоянии нормального функционирования. Игнорирование ге возможности нахождения СДС в других состояниях, отличных от полностью работоспособного, заметно исканэет оценку её эффективности.

Отсутствие количественных зависимостей по согласовании параметров структуры дождя применяемого аппарата ДЕ-30 с впитывающей способностьи почвы з специфических ветровых условиях Кигнего Поволжья затрудняет выбор и научное обоснование мероприятий по улучшению качества полива и повышению эффективности СДС.

Во второй главе обосновывается выбор показателей надежности стационарной дождевальной системы а её элементов. Для последних ими является общепринятые показателя, регламентируемые ГОСТ 27. 003-83: средняя наработка на отказ, интенсивность отказов а т.д.

Для системы в целом из-за наличия большого количества частичных отказов оценку надежности такими показателями следует считать несколько условной. К тому хе при разных ревлмах функционирования последствия одного а того яа отказа могут быть различными.

Руководствуясь првнципом приоритетности оценки по конечному результату (доходу), наиболее приемлемым показателем эффективности СДС предлоаено считать коэффициент сохранения эффективности, который учитывает как надежность системы на множестве состояний функционирования, так в комплекс ненадекностннх факторов, в частности параметры структуры донги. Построение модели эффективности функционирования СДС проводится слэдуквды образом.

1. Система представляется в виде многоуровневой иерархической сети с ветвящейся структурой в простым подчинением.

2. На основе анализа вариантов возыоаннх реазыов функционирования СДС строится граф изменения состояний работоспособности (рис. I).

Рас. I. Граф состояний СДС (рабочей ветви) в автоматическом режима полива: О - все элементы в связи работоспособны;

1 - то га, кроме распредели тельного трубопровода;

2 - то же, кроме программного устройства; 3 - то

■ ' ' же, кроме ороси-

тельного трубопровода; 4 - то ей, кроме гидроавтоматического затвора; 5 - то га, кроме докдевзльного аппарата; 6 - то ей, кроме сбросного клапана; К - то из, кроме элемента п-го ранга; 7 и 8 - технологические состояния переключения исполнительных механизмов ватворз н программного устройства соответственно.

3. Для указанного графа -составляются дзфферелцаальнве урав-екая вида:

л) = AiP.it)-./»л (О;

;1)=ДлРо(0-Яз-з Рз(1);

(ь) = А4ро(ь)-Я.-7р4(1НЯ7-4р7(ь); (I)

(О- ЯеРо(0-Яг-аРб(0;

(О-Д Р7(0 Р*(ьМ5-7 Р5 (!>..Рк ах (I) = Я* Ш'Л Ре (О -Аг-гРа (Ь)*Яг-з Р»(£)+ Я»-«

- я\-«рс й- а^ м*);........

к,

Нормировозное условие: ^

и о 4 '

Уравнение для нулевого состояния опущено из-за громоздкости. Здесь ЯеДк - интенсивности отказов; 1..

интенсивности восстановлений состветствущих элементов СДС; Лм,-..А1-,(1'2Д6,кУ. - интенсивности

переходов из состояний отказов в соответствующие состояния переключений; 5 ЯЛ?-к - интекспвности переходов из состояний переключений в соответствующие состояния отказов; Я? . Л3 - интенсивности переходов из работоспособного состояния в состояние переключения исполнительного элемента и программного устройства соответственно;- интенсивности обратных переходов.

4. В результата решения предложенных уравнений с учетом промежуточных элементов, не входящих непосредственно в рабочутз ветвь, но функционирующих совместно с ней,находится распределение вероятностей пребывания СДС в К возмолзш состояниях, из которых для

к

анализа оставляются наиболее знзчлкне: Рс=1

¿••о

5. Не мно&естБЗ состояний ©ункцзонароватш епродзлакзгсл потери эффективности в стоимостном вырааении, для чзро вычасляйтся затраты дЗ;, в потерн урогая ЛУг. для каждого алзкэйяз СДС пра изменении наделностп. Влияние параметров структура ДОУЩЗ УЧЭ-тнвается коэффициентом урога£нссти Кар. , вычисляемым по аковорз-ментальнш данным по методике Ф.И.Колесника. Затрата а потери урожая определяются следуюазм образом:

д ч- = С • {ГЯос (Я¿+>0 "1* Л сГч-Л1 -М-ъ .

= Ц-^"- -Ка?. -С1-5(иг)3-Л1 -Л-Ь

Ли

(3)

где 5о1 - первоначальная удельная стойкость i -го глеызнта, -зк

руб./гз; Си - удельные эксплуатацлоЕнка издержки, завасяшае от надегностз, осредненнае по вздзгл отказов для с-то элемента, руб./гз; а - показатель степей, характер и зугщш ьффактяЕ-кость влоггния средств в погашение надежности; Лог,Л1 - ан-текспвностг отказов I -х элементов для системы с сэеостЕутазы а позкзеннь'м уровне!,! нацзгностц соответственно, Ч -

интенсивности гх восстзновлаяай соответственно, Ч'2; t вреь«, ч; Ц -реализационная из на 'продукции, руб./т; (Г1--доля плоцадя, обсязгзБаекая отказавпзи влекентоа; Но - уронай« ность при оптимальных условиях по водному фактору, т/га; 3(о])~ средняя велпчвна степени оптпмзльноств урогая по'воде.

6. На шогхстве состояний функционирования определяется ко-зфйзцяент сохранения з£фектнвностя, 8, налогов ограничения, оптп-кзззруется показатели надежности:

К«* -- к. Р1 (1 (4) .

(.-о ^ /

Ограничения: I. О =5 Ксэф«5 1; 2. ¿у. су0-Зо » зли

Зс<У1

?, Задача решается на ЭЕ?Л по специально разработанной прог-рзыме.

Б_ третьем глард представлены средства, метода и математический аппарат исследований. Дана характеристика условиям проведения полевкх опытов по годам исследован:;!:, описано устройство и техническая характеристика СДС в ОПХ "Орошаемое"' и се- составных частей.

Основными элементам долдевзльной слстекн Срис- 2) является: магистральный I, распределительный 4 и орогаталькнй 5 трубопровода, докдс-валыше аппараты 6, на которых смонтированы гидроавтоматов ские затворы V, гадролыпульсные' программные устройства 8, командная 3 я аварийная 2 задвивки, сбросные клапаны а другое вспомогательное оборудование. Управление поливом осуществляется с диспетчерского пульта 9 с помощью программных устройств 8 и гидрозатворов 7^чередованием импульсов номинального и поганенного давлений в сети трубопроводов.

Определение качественных характеристик применяемого аппарата ДД-30 проводилось согласно ОСТ 70.II.1-74 при давлении на выходе струи аз сопла 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 !Ша и скоростях ветра 0... Ю м/с. Диаметр сопел 26, 30 и 34 мм.

Эффективность агромелиоративных приемов подготовки почвы и способов полива для увеличения впитыващей способности изучалось по следующим вариантам:

разовое внесение поливной нор:,а (600 м3/га) при работе одного аппарата без перекрытия позиций;

разовое внесение поливной нормы при работе с перекрытием; дробное внесение поливной нормы (200+200+200) м3/га; предполивное щелеваняе посевов;

дробное внесение поливной нормы в сочетании с предлолавшгм щелеваниэм.

Моделирование отказов для определения потзрь. урожая в завп-

5 Щ-ВЗ—3 6,7

1,' |,

9--¿3

Рке.2. Схема стационарной довдеетльной систеян с аппаратурой водораспрчдвления по вишенной над ежи ом я г а - обцая схема СДС; б, в - технические средства повышенной надежности

| симости от срока их наступления и длительности восстановления работоспособности СДС проводилось на культуре .ячмень Харьковский 67 с подпокровной люцерной. Имитировались отказы в следующие фазы развития растений: а) посев-начало трубкования; б) трубкозз-ние-начало колошения; в) колспсние-нэлиз; г) молочная спелость-полная спелость; Таким обрззсм, на ксздом варианте но протяжении поливного сезона происходил только один отказ, но в разные фазы. Пять последующих вариантов моделировала отказ и задернку полива в критическую фазу колошение-налив на 3, 5, 7 и 9 дней соответственно .

Биологический анализ из снопов проводился по методике Госу-.дарственного сортоиспытания, сопутствующие наблюдения и обработка рззультатов - по методике Б.А.Доспехова а М.М.Горянского.

Исследование надежности проводилось комплексными методами, включающими сбор данных в производственных условиях и рехиме стендовых испытаний. Испытания проводились по плану Л^Т . Под наблюдение с 1980 г. были взяты 132 аппарата ДД-30 с гядрозатво-рама ЗЗАВ-74.000, 21 км поливных а распределительных трубопроводов, 5 гидроимпульеннх устройств конструкции ВНИИОЗ, а такке ванту зы, сбросные клапаны и другое оборудование. Наработка учитывалась в часах а циклах переключения храпового механизма гидрозатвора. Сбор информации о работе исследуемых объектов осуществлялся при помоста куриалов учета наработок и отказов согласно действу?> ' щей нормативной документации. При выявлении законов распределения отказов использовались вероятностные бумаги нормального, экспоненциального и других распределений. Подсчет численных значений показателей надежности для элементов СДС производился до известным формулам. Для системы в целом коэффициенты готовности Иге и сохранения эффективности Ксэз? получены расчетно-эксперпмонтальным методом.

Натурные исследования переходных процессов в трубопроводах при создания гидроуяраззлянзего вмлульса проводилась на гидрантах 1' I в четвертой зоне, 1 13 в Л-18 а седьмой зоне стационарной док-деБальной системы (рас. 2). Запись гядрошомзчвскиз: переходных процессов осуществлялась о воиощь» комплекта"соответствующей текзоаппаратуры.

В четвертой ггаве приведены результаты экспериментальных исследований. Уточнены дальность полета струи и характер распределения интенсивности дояля по радиусу орошаемого круга с учетом влияния турбпнки.

Установлено, что среднекубический диаметр капель дондя аппарата ДД-30 при наименьшем рабочем давлении 0,5 КПа для сопел 26, 30 и 34 км несколько превышает агротехнические требования и составляет 1,58; 1,67; 1,79 мм соответственно. На расстояния 40...50 м от гидранта среднекубический диаметр увеличивается до 2...2,5 мм. Вместе с тем 85...90$ всего количества капель имеют диаметр менее 2 ил. Однако на капля данного размера дробится не более 65^ объела всей поливной воды. Для сопла 34 км показатели еще хуге - 48$, причем около 1555 поливной воды выпадает каплями 3 км а больше, что недопустимо по агротехническим требованиям на стационарные дохдевзльные система.

С увеличением скорости ветра площадь полива сужается и при- , намает форму, близкую кашшсу. Для различных скоростей ветра определены параметры уравнений эллипсов.

Установлено, что смещение центра эллипса не зависит ни от давления в сети, ни от диаметра сопла. Геометрический центр площади полива одного аппарата без перекрытия смещается по направлению ветра от гидранта на величину С , пропорциональную скорости ветра:

. С=й.6ИУ

Значительное влияние на коэффициент суяания орошаемой пло-дада оказывает ветэр скоростью до 6,0 м/с (рис. 3, а).

С целъи упрощения расчетоз построена номограмма (рас. 3, б), позволявшая олрэдэлять площадь полива в зависшлостл от дзэлэяля за выхода из сопла аппарата и скорости ветра.

Вртер оказывает злиякне п на характер распределения зода по орошаемой площади. С возрастанием его скорости от 1,0 до 5,5 м/с отклонение среднего слоя догдя от среднего по всей площади полива в направлении ветра я против вэтра увеличивается с 4 до 41%, т.э, более чем з 10 раз. В соответствия с этим если при скорости ветра до 1,0 м/о средняя интенсивность доздя не превышает 0,2 мцЛвга с отклонением ¿ 0,02 m/iam, то с увеличением зетра до 6,2. м/с колебания от средней зеличикн составляют i 0,24 гда/мля, а максимальная средняя интенсивность достигает 0,62 мм/мин.

Истинная интенсивность доздя на 70$ площади полива не превышает 6...8, затек резко возрастает до 10.-.12 при безветренноЗ погоде и до 20 ым/мин'при скорости ветра 5...6 м/с. Доздем высокой интенсивности орошается 30% всей площади захвата. Размер капель в этоЗ зоне равен 2,3...3,2 ш.

Upa поливе аппаратом ДД-30 со сменными соплаш 26, 30 я 34 ми нельзя достигнуть регламентируемого стандартами коэффициента эффективного полива КЭф = 0,7. при любой схеме расстановки и скорости ветра.

Наиболее выгодной является треугольная схема расстановки аппаратов с расстояниями шзду нжи i-a и трубопроводами Le , опр9-двляемнми по следующим формулам:

La = 1,73 • R • (1 - 6,17 • 10 V + 3,05 • 10 V*) ; (6) Ls = 1,5 • Р.- ( L -6,17 •'10"aV+ 3,05 • 10'3V ) ,

о 1.0

п

Во,9

-0,6 о

н 0,7 к '

|0,6 л

& о, 5

^ с " V 4

д л а . Л

а \ е > с а 1

е о Чз /

----£__) К = 3,049-Ю"1!/- .........Г . . 1 + 1.0

0 2 4.6 8 10

Скорость ветра V, к/с

а)

0 2 4 6 8 10 12 Скорость ветра V , м/с

<0

До полива

После полива

I (О

5Г ^

С

с ' £ •о

0 0,2

0Л

С,б

о

0,2

0,4

0,6 О 0,2

0,4 С.6

V* г

'И ь. .2

1 /

ОТ

1)

I \ № .3

Л

У

/ V

/(К

/ 1)

И с

ч Ч V

8 12 16 .20 10 14 18 22 26 Влатаость почвы, $

Рис.3, а - влияние скорости ветра на коэффициент сужения орошаемой площади при диаметре сопла: I) о - 26 ; 2) ° - 30; 3)д- 34 мм ;

б - номограмма для расчета площади полива без перекрытия аппарата ДД-30 ;

в - динамика влажности почвы: £- при первом, Д- втором, Щ- третьем, поливах нормой 600 м3/га:

Г - нецелеванный участок при одноразовом поливе; 2 - проще-леванным участок; 3 - дробноо внесение поливной нормы (200+ 200 + 200 м3/га)

в)

где V - скорость ватра, m/g ; Я. - радиус ползвэ, н.

Прерывистое доздеввнав дает увеличение глубина промэтлганяя на 0,10...О,12 м по сравнения с одноразовым поливом (рис. 3„з). Однако до 30,1 оросительной воды идет на стон.

Щелезанве нэ глубину 0,35 и с расстоянием иеаду целями 1,4 г. позволяет провести первый полэз нормой 6G0 м3/га без образования стока. G каадым последующим поливом эффективность пюлей снижавт-оя, Зсли при первом поливе глубина дрокзчяЕЗния достигает 0,3 м, то при четвертом л пятом поливах она снижается до 0,5,..0,55 м, прячем величина стока достигает ICO и3/га.

Применение дробного полива в сочетании с щелевэнпем позволяет избежать образования стока.

Настройка газрозатворов на очередность включения лропзводит-зя по специально разработанной программе, исклкяакстй одзозремзн-308 пли последовательное включянне смелнах аппаратов, приводящее s интенсивному стоку.

По экспериментальным данным для реальной СДС з ОПХ "Орошаемое" рассчитан коэффициент урожайности Икр. = 0,65. С увеличением зхоростя ветра козффдцгзгпг К«».умэнылается, -а с увеличением даз-хения возрастает. При переходе к рекомендуемой схеме расстановки аппаратов Lq= 70 гл, La = 60 м коэффициент урожайности достигает, зе личина 0,74.

Эффективность СДС загасит не только от качественных характеристик дождя, но я от надеяноста функционирования оборудования и шпаратуры системы. В работа приводятся данные о количестве, ха~ >актере и яричянйх отказов элементов стационарной дождевальной ;истены. Определены параметра распределения, точечные и янтерваль-:ые ^оценки показателей надежности оборудования в условиях произ-юдстзенной эксплуатации и стендовых испытаний. Функция некоторых указателей надежности представлены нэ рис. 4. Численные значения

Аа).10-3 ч-1 Р (Юг/С^ГСТ3, ч-1; лаыо-рч-1

з, б, в - вероятность безотказной работы Р (Ъ), плотность распределения интенсивность отказов (Ь) соответственно для программного устройства и), оросительного трубопровода (2) в гидроавтоматамс-кого затвора 13); г - Р(Ь), ^ и) и Л и) для дондевального аппарата(4!

экзззтелей надеяности СДС находятся в следуждзх пределах: 0,00024 ,.0,007 ч"- - для интансивностей отказов, 0,Сб..»0,63 ч~ - для

зтенсявностей восстановления, 0,981...О,998 - для коэффициентов

зтоеностз, 0,973...0,997 - для коэфрацяеитой тэхмческого зсполь-

званзя. Куглулятивннй процент отказов яллястрврован диаграммами

эрето. В результате анализа отказов элементов СДС выявлено, что

коло 90/Í всех отказов составалат чзстачяка а немногим более

- полные отказн. Это объясняется те«, что на системе однозре-

знно работают несколько доядевальных аппаратов с затворен;; и

ра выходе из строя одного зли даге нескольких система продолжает

^акционировать, но с аойзззнноп эффективностью. -Около 75,"3 отка-

зз является параметрическими, 25? - функцисЕадьнкхт,. Доли постз-

зкнше а внезапных отказов примерно равны 50%. Результаты качест-

зиного анализа представлены на рис. 5 в виде схег,ш Мспкзез (де-

зво отказов).

Разработан классификатор отказов элементов СДС, з котором казана группы слояноста, способа з метода восстановления, затра-а на устранение последствий отказов и т.п.

Рассчитаны удельные поэлементные я суммарные затраты по за-аантам состояний система для автоматического режима функционере-■ зкзя п при работа с оператором.

Опыт производственной эксплуатации показал, что на безотказ-ость гадрозатвосов оказывает заметное влияние характер переходных роцзееоз з трубопроводе, возникающих при создании гидроуправляиках .«пульсов. Аналззом осциллограмм установлено, что кривее спада хз-эктерпзуются плавным уменьшением давления с небольшой амплитудой частотой колебаний. В момент закрытия запорного органа в масля-ой камере исполнительного механизма наблюдается местное увеличе-ае давления до 0,35 Ша, что не оказывает существенного вредного эздействия на процесс. Кривые подъема характеризуется резким на-

АК^ТУРА И ДСП УСТРОЙСТВА

Закягшивани'е порция сбросного устрой' ствэ

програм.же

устройство см/ я

а

а о са

э

ЗаклиниваипеЧта штока гидро-ОР* задвижки

Разрыв мембраны гидравлического реле

Выдавливание (разрыв) ыанзеты поршня гндро-цялиндр"

ДССТВМЕНЫЙ

Разрыв опошр-го кольца (52)

Рве. 5. Дерево отказов для сдс. . ~

- шифры отказов.

шстаниеы давления со скоростьв 0,15 Ша/с. В момент открытия [робка затвора наблюдается гидравлический удар с величиной давания, в 1,5 и более раз превышающей номинальное рабочее. Перек-шчение пробковых затворов сопровождается кратковременным спадом давления, величина которого при синхронном переклвчения 2...3 ¡атворов достигала 0,35 МПа, что достаточно для отслеживания 'ложной" команды я приводит к сбою программы полива. Отрвцатель-гам моментом является реагирование затвора на колебания давления 5 сети, что приводит к ускоренному взносу чулочных мембран а снижению надежности. Применение предложенного нами гидроавтоматичес-шго затвора позволяло снизить амплитуду колебаний до 0,2 Ша в камера счетного п практически исключить в камере исполнительного ¿аханлзмов данного устройства. Кривые изменения давления для этого затвора имеют более пологую форму.

На примере ячменя Харьковский 67 рассчитаны потери продуктивности в зависимости от уровня надэзноста СДС. При этом учитывались вид отказавшего элемента, режим функционирования, характер последствий и др. фактора. Получена уравнения связи урожая с числом дней задержки полива по причине отказов в.критический период казни растений. Установлено, что наибольшие потери уролая, достигающие 34...35% от контроля, происходят в случае отказа я пропуска полива в фазу трубкования. Наименьшее снижение урожая (5...7%) отмечено при отказе в фазу мелочной-полной спелости. Экспериментальные данные показывают, что в этом ге варианте растения наиболее экономно расходуют воду. В засушливые годы коэффициенты водо-потребления по всем вариантам достигают очень высоких значений (770...1200 м3/т), что подтверждает большие потеря от отказов при большем дефиците водного баланса.

Полученные результаты структурного анализа биологического урожая по вариантам опыта могут использоваться в моделях управле-

2С

пял продукционными процессами роста и развития растений.

Реализация на компьютере IBM PC/AT 236 програжн максимизации коэффициента сохранения эффективности, учитывающей затрать1 и потери урокзя от ненадекности, дала еле пущие оптимальные значения интенсивностей отказов элементов:

-опт опт ппт -«¡пт

Ах = 0,00039; Я2 - 0,00031; Я5 = 0,00335; Я/, = 0,00129; ¿f = 0,00341; = 0,00046; Д'"* = О,COCI; = 0,0001 ч"1 -для распределительного трубопровода, программного устройства, оросительного трубопровода, гидроавтоматйческого затвора, дождевзльнс го аппарата и сбросного клапана соответственно. В этом случае Не: г- = 0,9916.

Анализ полученных гавяс-т/.остей удельного дохода от пнтекспв-ностей отказов элементов СДС позволяет сделать вывод, что повышать надежность система следует за счет повышения надежности программного устройства, гидроззтворз и сбросного клапана, так как по остальным элементам оптимальные значения уже.достигнуты. При этой повышение надекности за счет сбросного клапана наименее еыгодеш.

Установлено, что при работе с оператором кадекностъ СДС несколько выше, чем в автоматическом решше с esctkom отработкой

Па па «

программы полива С Кс»ч>.«pact. = 0,951; Кгг факт. = 0,737 и Ксэф.ч>а>лг а

0,916; Кгс <рлкт. = 0,735 соответственно). Однако с учетом тенденций развития дождевания приоритетным направлением является совершенствование технических средств автоматизации водораспреде-ления и повышение надекности автоматического управления поливом.

В пятой главе излагаются новые технические решения по совер-сенствованяю стационарной дождевальной системы, мероприятия по повышению надежности, экономическая эффективность внедрения результатов исследования, в том числе ожидаемый аффект от оптимизации показателей надежности СДС.

Гвдроимпульсное программное устройство по а.с. I232I86 (рис.

2,6) позволяет повисать надежность функционирования, снизить на 10...1% непроизводительные потери оросительной воды, расширять диапазон временных интервалов полива. Предложены варианты его пополнения.

Применение гидравлического затвора по а.с. 1240391 (рис. 2, в) повышает надежность работы устройства за счет исклшеная возвратно-поступательных двигений мембран при колебаниях напора в сета.

Для оценки эффективности повыпения надежности технических средств и автоматики и определения уровней аадеяноста элементов, соответствующих "п -процентной" потере дохода, построены соответствующие графика (рас. 6).

и с эф.!

0,95

0,50

0,85

0,80

Гу

1 N \ /

—N N \ \-4 --6 — Ч

дД2

0,0075

0,015

Лч-1

Ряс. 6. Зависимость относительной эффективности СДС от надежности

её элементов при изменении интенсивности отказов: I - распределительного трубопровода; 2 - программного устройства; 3 - оросительного трубопровода; 4 - гидрозатвора; 5 - дождевального аппарата; 6 - сбросного клапана

Экономическая эффективность внедрения результатов исследования отражена в выводах.

ОСНОВНЫЕ ЕЫВОЕН

1. Бнедренае современных стационарных доедэвзльеых систем (СДС) сдерживается из-за повышенных капитальна; затрат, недостаточного качества полива и нэдеяпостп технических средств ьодорзс-пределекия я управления. С-актпческие хоэффпцзентц сохранен:;.« эффективности составляют 0,951 и 0,916 для полуавтоматического (с оператором) в автоматического резшкзфунйцйонг.ровзкзя соответственно .

2. Предложена оценка СДС в виде коэффициента сохранения эффективности, который дополнительно учитывает шогкство состояний функционирования (работоспособности) и качественные характеристики довдя посредство.м коэффициента урскаГяостЕ. Фактическое значение коэффициента урожайности для реальной догсцевалькой системы составляет 0,65, а с учетом предложенной схемы расстановки аппаратов возрастает до 0,74.

3. Разработана и решена на ЭВМ математическая модель эффективности, с помощью которой оптимизируется показатели надеглюстп элементов системы и оценивается комплексный показатель эффективности для система в целом. Максимальное значение этого коэффициента составляет 0,9916.

4. Разработан классификатор отказов, определены виды и параметра законов распределений потоков отказов и восстановлений, точечные оценки и доверительные границы показателей надеккостя. Полученные фактические значения Ентэисивностей отказов для элементов СДС находятся в пределах 0,00024...0,007 ч"1, интенсивностей восстановлений - 0,06...0,63 ч-1, коэффициентов готовности - 0,981,.. 0,938. При указанных достаточно высоких значениях показателей на-декности элементов коэффициент готовности всей системы в целом достигает величина всего 0,735.

5. Экспериментально установлено, что синхронное включение

■х-трех х^дрозатворов вызывает скачок давления величиной до ¡5 ¿Яа, что приводит к появлении логной команда» сбою программ шва а снижает эффективность функционирования: доэдевальной сис-.а. Для устранения указанного недостатка разработан белее созер-1нк3 затвор (а.с. 1240331).

6. На примере шрацпвания ячменя установлена зависимость уро-1 от ненаде.м1остя элементов СДС; отказ я пропуск полива по это! ичике в период трубкозания приводит к наиболее существенным по-рям урокая, достигающим 34.-. .35? от контроля.

7. Разработаны новые элементы технологии и техники полива; едлоген эффективный способ более точной выдачи поливной нормы с «лощьи гидроимпульсного программного устройства (а.с. 1232136), (зволлпций снизить потери оросительной воды на 10. ..15?.

8. Определены графоаналитические зависимости параметров груктуры дождя и качества полива, которые приняты к использовано ГСХБ ВЭБСТ при проектировании технических средств и обсрудс-знля для стационарных доадевальннх систем.

■9. Экономическая эффективность от внодрекия составляет: элз-знтов технологии! полива СДС - 55,8, гидравлического затвора -1,6, гидроимпульсного устройства - 47,4 руб./га (в ценах 1591 ода). Расчетный эффект от оптимизация показателей- падэзпостл лзментоз СДС равен 30,8 руб./га.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Структура до-.кдя и хсачество полива стационарных довдеааль-шх систем // Регдг-н орошения с.-х. культур в Низшем Поволжье. -¡олгоград, 1981. - С. 121-125 (з соавторстве).

2. Глдроавтоматаческпе средства телеуправления на стационар-ю.1 системе докдевания // Там же. - С. 125-131 (з соавторстве),

3. Эксплуатационная надежность гадроавтоматических затворов

х дондевальным аппаратам ДД-30 //Докл. ВАСХН/1Д. - 1283. - 1Ь II. -

/-! Л

Г1 Г2Г' *"<

V* , í —о О .

4. О дсьаг.ении качества работы автоматизированного управления стационарны:.-.;! дождевальными системами /Тез. докл. к науч. конф. молодых ученых. - Волгоград, 1983'. - С. I3I-I33.

5. Надежность затворов гидроимпульс.ного действия /УТез. докл. к науч. конф. молодых ученых. - Волгоград, 1985. - С. 134-135.

6. Гвдроимпульсное программное устройство /'Матер, конф. молодых ученых. - Волгоград, 1986. - С. 129-131.

7. А.с. I232I86 СССР, ЫНЛ4, А 01 & 25/15, 1986. Г;;дропмпульс-ное программное устройство (его варианты) (в соавторстве).

8. А.с. I24039I СССР, Í.KI'I4, А 01 G- 25/02, 25/00, 1986. Гидравлический затвор для дождевального аппарата (в соавторстве).

Э. Качество полива и иадсхность докдевальных аппаратов аД-ЗО //Тез. докл. республ. конф. - Волгоград, 1988. - С. 193-195.

10. Способы оптимизации водного рекима на стационарной дождевальной системе у/Оптимизация условий формирования урокаев на орошаемых землях. - Волгоград, 1988. - С. 172-176.

11. Хпдравлзчен затвор:Проспект. - Пловдив, 1988. - 2 с. (на болг. языке).

12. Разработать технологию полива стационарной дождевальной системой, оснащенной аппаратами ДД-30, усовершенствовать конструкция элементов прьгра'лаюго и дистанционного управлений с целью повышения надежности их работы: Заключ. отчет / ВКШСЗ. - JE ГР 8I092I76, инв. .V' 028.80056990. - Волгоград, 1988. - 91 с.

13. Надежность функционирования докдеволышх устройств и урожайность /'Совершенствование технологических процессов и комплексов маЕкн в орошаемом земледелия. - Волгоград, 1920. - С. 36-42.