автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологического процесса и шлангового дождевателя для полива многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе

На правах рукописи

АГЕЙКИН Алексей Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ШЛАНГОВОГО ДОЖДЕВАТЕЛЯ ДЛЯ ПОЛИВА МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ РУЛОННЫХ ГАЗОНОВ НА СЛОЖНОМ РЕЛЬЕФЕ

Специальность 05.20.01 - «Технологии и средства механизации сельского хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

Мичуринск-наукоград РФ - 2013

005537645

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехноло-гическнй университет имени П.А. Костычева» (ФГБОУ ВПО «РГАТУ»),

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, заслуженный

деятель науки РФ Рязанцев Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: Макаров Валентин Алексеевич

доктор технических наук, профессор, Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации агрохимического обслуживания сельского хозяйства», заместитель директора по научной работе

Капустин Василий Петрович

доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет», кафедра «Агроинженерия», профессор

Ведущая организация: Мещерский филиал государственного научного учрежде-

ния «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова.

Защита состоится «22» ноября 2013 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО «МичГАУ»), по адресу 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МичГАУ», с авторефератом - на сайте Министерства образования и науки Российской Федерации: vak.ed.gov.ru и на сайте университета ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет»: www.mgau.ru.

Автореферат разослан «¿0» октября 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные и скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Ланцез В.Ю.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования

Снижение себестоимости производства многолетних трав рулонных газонов и повышение качества продукции актуально и востребовано, как в России, так и за рубежом. При этом эффективным этапом возделывания остается полив дождеванием.

В последние годы в стране наблюдается рост полосовых шланговых дождевателей различных конструкций и производителей. Их доля в структуре парка поливных машин Российской Федерации превышает 5% при площади полива более 100 тысяч гектаров. В перспективе данные машины могут обслуживать до 20% орошаемых земель.

Одним из основных требований по совершенствованию полосовых дождевателей является улучшение качественных характеристик искусственного дождя и достижение более равномерного его распределения по орошаемой площади, особенно на сложном рельефе.

Это актуально при внедрении в указанных условиях новой совершенной технологии создания рулонных газонов, благодаря которой в максимально короткий срок возможно получить на любом озеленяемом объекте качественный, уже через две недели готовый к эксплуатации газон, отвечающий всем необходимым техническим и эстетическим требованиям. Многолетние травы рулонных газонов нашли широкое применение в сельскохозяйственном производстве для устранения развития сорняков поддеревьями в садах, питомниках; для укрепления и защиты от водной эрозии мелиоративных каналов оросительных и осушительных сетей, откосов автомобильных и железных дорог, мостов, эстакад; травяной газон служит покрытием при создании специализированных ландшафтных объектов; для уменьшения пы-леобразования, поглощения шума, регулирования температуры, очищения воздуха, улучшения экологической обстановки.

При дождевании полосовыми дождевателями склонов с газонной травой зачастую наблюдается резкое снижение равномерности распределения дождя и возникновение ирригационной эрозии почвы, как в продольном направлении движения дождевальной тележки (за счет перепада геодезических высот), так и в поперечном, перпендикулярном движению тележки (за счет ее бокового сползания).

Исходя из изложенного, возникает задача исследования влияния на равномерность распределения дождя перепада геодезических высот в продольном и поперечном направлениях и разработки усовершенствованного регулирующего устройства, а для исключения бокового сползания тележки - противосползающих устройств.

Цель работы - повышение эффективности технологического процесса полива полосовым шланговым дождевателем многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе посредством разработки механико-технологических решений по автоматическому регулирова-

нию расходно-напорных характеристик дождевального аппарата тележки и ее противосползающих устройств.

Народно-хозяйственное значение работы заключается в том, что применение при усовершенствовании шлангового дождевателя для условий сложного рельефа регулирующего автоматического устройства расходно-напорных характеристик и противосползающих устройств позволяет снизить образование поверхностных стоков воды и, как следствие, возникновение водно-почвенной эрозии, обеспечить выход большего объема высококачественной товарной продукции и соответственно снижение ее себестоимости.

Объект исследования - процесс работы регуляторов давления дождевальных аппаратов и противосползающих устройств полосового шлангового дождевателя в условиях сложного рельефа на полях с многолетними травами рулонных газонов.

Методика исследований:

Теоретический анализ технологического процесса полива полосовым шланговым дождевателем в условиях сложного рельефа, регулирования расходно-напорных характеристик дождевального аппарата и работы противосползающих устройств полосового шлангового дождевателя проведен на основе математического моделирования.

Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных, лабораторно-полевых и полевых условиях с использованием стандартных и частных методик, с применением метода планирования эксперимента. Обработка экспериментальных данных производилась с помощью современного программного обеспечения.

Научную новизну работы составляют:

- показатели технологического процесса полива полосовым шланговым дождевателем многолетних трав рулонных газонов в условиях сложного рельефа;

- конструктивно-технологические схемы усовершенствованного регулятора давления дождевального аппарата и противосползающих устройств шлангового дождевателя;

- теоретическое обоснование параметров усовершенствованного регулятора давления и противосползающих устройств шлангового дождевателя;

- результаты экспериментальных исследований усовершенствованного шлангового дождевателя в лабораторных, лабораторно-полевых и производственных условиях.

Практическая ценность и реализация результатов исследований:

Значение данной работы заключается в повышении эффективности орошения участков со сложным рельефом полосовым шланговым дождевателем, его эксплуатационной надежности и, как следствие, в снижении себестоимости выращиваемой продукции (многолетних трав рулонных газонов).

Научная новизна технических решений, приведенных в работе, подтверждена патентами Российской Федерации на изобретение № 2381647 и на полезные модели №№74757, 76545, 86765, 90914, 92297, 96316, 99925, 103705, 105123.

Результаты исследований, приведенные в работе, могут быть использованы в сельскохозяйственных предприятиях АПК, применяемых для орошения площадей со сложным рельефом, полосовые шланговые дождеватели.

Реализация результатов работы:

По результатам теоретических и экспериментальных исследований усовершенствован технологический процесс полива шланговым дождевателем в условиях сложного рельефа с разработкой и изготовлением модернизированных образцов усовершенствованного регулятора давления и противосползающих устройств. Проведение лабораторно-полевых исследований, производственных испытаний и внедрение осуществлено в хозяйствах Коломенского района Московской области: совместном российско-голландском предприятии ООО «Квинс Грасс Тарф» и ЗАО «Сергиевское».

Апробация работы:

Основные результаты исследований доложены, рассмотрены и одобрены на научных конференциях ФГОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А.Костычева» в 2008...2013гг., ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» в 2008г., ГОУ ВПО «Московский государственный областной социально-гуманитарный институт» в 2007..,2013гг., ФГНУ ВНПО «Радуга» в 2008г., ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» в 2012г., на Всероссийской выставке «Золотая осень -2012»

На защиту выносятся:

- усовершенствованный технологический процесс полива шланговым дождевателем многолетних трав рулонных газонов с использованием модернизированного регулирующего устройства дождевального аппарата дождевальной тележки и противосползающих устройств ее ходовых систем;

- закономерности регулирования расходно-напорных характеристик дождевального аппарата тележки шлангового дождевателя и поперечной устойчивости ее ходовых систем на сложном рельефе;

- параметры и режимы работы усовершенствованного регулятора давления и противосползающих устройств тележки шлангового дождевателя;

- результаты -экспериментальных исследований усовершенствованного технологического процесса полива шланговым дождевателем многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе и экономические показатели его работы.

Публикации по теме диссертации:

Основные положения диссертации опубликованы в 35 работах, из которых 15 публикаций - в изданиях, рекомендованных ВАК, включая 5 статей, 1 патент РФ на изобретение № 2381647 и 9 патентов РФ на полезные модели №№74757, 76545, 86765, 90914, 92297, 96316, 99925, 103705, 105123.

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, приложений и списка использованной литературы, который включает 110 наименований. Работа изложена на 168 страницах, из которых основной текст содержит 139 страниц машинописного текста, в том числе 78 рисунков и 21 таблицу, включая приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследований, народно-хозяйственное значение работы и изложены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования» дается характеристика орошаемых площадей по рельефу, приводится краткий обзор технических средств орошения для участков со сложным рельефом, определяются технологические особенности их полива полосовыми шланговыми дождевателеми и пути их совершенствования.

Исследованием процесса полива полосовыми шланговыми дождевателеми, в том числе на сложном рельефе, занимались Винникова Н.В., Гаврилица А.А, Гаджапьска Н., Гринь Ю.И., Гусейн-заде С.Х., Кремнев Ю.А., Каштанов В.В., Лебедев Б.М., Митргохин А.А., Ря-занцев А.И., Параев А.Г., Поспелов Ю.А., Сандигурский Д.Н., Сидоренко A.M., Шумаков Б.Б. и др.

В целом, в работах отмечается неудовлетворительная работа полосовых шланговых дождевателей в условиях пересеченного рельефа по качеству полива и устойчивости движения. При этом в отмеченных исследованиях отсутствуют предложения по техническим решениям и рекомендации по улучшению качественных показателей полива шланговым дождевателем в усложненных рельефных условиях.

Использование серийного исполнения полосового шлангового дождевателя при предварительной его настройке на необходимый напор на ровном рельефе, компенсирующей в определенной степени перепад геодезических высот, не позволяет обеспечить требуемые показатели равномерности полива па рельефе с отрицательными уклонами.

Проведен анализ существующих конструктивно-технологических схем регулирующих устройств, применяемых в различных гидросистемах, и противосползающих технических решений, используемых в машинах для горного земледелия.

На основании анализа состояния вопроса и выполненных исследований сформулированы цель и задачи исследования. Для достижения намеченной цели необходима постановка и решение следующих задач:

1. Обосновать показатели технологического процесса полива многолетних трав рулонных газонов полосовым шланговым дождевателем на сложном рельефе.

2. Разработать конструктивно-компоновочные схемы и теоретически обосновать параметры усовершенствованного регулятора расходно-напорных характеристик дождевального аппарата и противосползающих устройств ходовых систем полосового шлангового дождевателя с проведением исследований в лабораторных условиях.

3. Провести лабораторно-полевые исследования и хозяйственные испытания полосового шлангового дождевателя с усовершенствованным регулятором давления дождевального аппарата тележки и противосползающими устройствами ее ходовых систем при поливе многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе.

4. Осуществить внедрение и выявить экономическую эффективность усовершенствованного технологического процесса и шлангового дождевателя для полива многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе.

Во втором разделе «Теоретические исследования работы полосового шлангового дождевателя с усовершенствованной дождевальной тележкой при поливе площадей со сложным рельефом» обосновано совершенствование технологического процесса и шлангового дождевателя для орошения в усложненных рельефных условиях.

Величина поливной нормы при работе дождевателя определяется по зависимости: m = Qt/F, (2.1)

где Q - расход воды машиной, м3/с; t - время полива, с; F - орошаемая площадь, м2.

При переводе ш в средний слой осадков h (мм) имеем

h=1000Qt/F, (2.2)

откуда h/t=6104 Q/F=pCp., где рср - средняя интенсивность дождя, мм/мин.

Одним из основных показателей качества полива является равномерность распределения слоя осадков по орошаемой площади, характеризуемая коэффициентом эффективного полива, который по агротехническим требованиям должен составлять не менее 0,70. При этом эффективно политой площадью считается площадь, орошаемая со средпеэффективной интенсивностью дождя в пределах 0,75-1,25 от среднего её значения.

Выражение для т можно записать в следующем виде:

т = -:-, (¿.з)

^

где ц - коэффициент расхода; со - площадь сопла дождевального аппарата, м2; ¡> - ускорение свободного падения, м/с2; Н - напор перед соплом дождевального аппарата, м; ±АН -величина превышения или снижения напора перед дождевальным аппаратом на склоне, м, ДН =Ьм, Ь - расстояние от точки забора воды до дождевальной тележки, м; ¡~ уклон орошаемой поверхности.

Выравнивание слоя осадков, как отмечалось, на участке с положительным уклоном возможно посредством увеличения на соответствующую величину давления на входе в полиэтиленовый шланг при его положении на нулевом уклоне. При положении дождевальной тележки на отрицательном уклоне устранение превышения напора (±ДН) может быть обеспечено оснащением шлангового дождевателя регулирующим устройством.

Изменение коэффициента эффективного полива от величины отрицательного уклона орошаемой полосы, определяющего значение его расхода перед дождевальным аппаратом, и, в конечном счете, равномерность распределения слоя осадков, представлена на графической зависимости (рисунок 2.1) с использованием эмпирического выражения:

К3ф.п. = 0,782 -0,01041л, (2.4)

где: Ь — длина размотанного шланга, м; 1 — продольный уклон.

Как видно из рисунка 2.1, при орошении шланговым дождевателем участков с уклоном до 0,10 коэффициент эффективного полива Кэф.„.при полностью размотанном шланге (Ь= 350 м) снижается с 0,78 до 0,42. При подтягивании полиэтиленового шланга равномерность полива улучшается. В среднем при уменьшении длины орошаемой полосы К,ф„. составляет 0,60, против требуемых 0.70.

Ухудшение равномерности полива шланговым дождевателем на сложном рельефе определяется в ряде случаев также и наличием поперечного уклона (до 0,08...0,10), вызывающего сползание дождевальной тележки на величину до 10 м и более относительно направления ее движения при подтягивании шлангом. Это обусловлено перекрытием дождем уже ранее политой другим дождевателем соседней полосы слева (по ходу движения) и соответственно - недополив полосы справа. Наряду со снижением равномерности

0,010,030.050.070,09

Величина продольного уклона орошаемой полосы дождееате, i

Длина размотанного шланга

1 -L=100 м;

2 - L=200 м;

3 - L=350

1 - без учета продольного уклона;

2-е учетом продольного уклона 1про1 = 0,1 и среднем значении длины растянутого шланга (150 м);

3-е учетом продольного уклона irl№, = 0,10 и полностью растянутом шланге (350 м)

Рисунок 2.1- Зависимость коэффициента Рисунок 2.2- Изменение коэффициента эффективного полива дождевателя от эффективности полива от величины продольного уклона орошаемой сползания дождевальной

поверхности тележки дождевателя

дождевания, в зоне переполива значительно повышается возможность, из-за увеличенного слоя осадков, возникновения поверхностного стока воды и, как следствие, водной эрозии почвы. Для теоретической оценки величины снижения равномерности полива дождеванием при сползании дождевальной тележки на поперечном склоне ориентировочно считаем, что площади недополива и переполива (каждая в отдельности) определяются прямоугольным треугольником, когда в начальной стадии полива полосы тележка несколько сползает, а затем достигает максимального значения. Посредством подтягивания за шланг дождевальная тележка перемещается к барабану дождевателя. Тогда фактический коэффициент эффективности полива Кэф.. на участке с поперечным уклоном будет иметь значение:

Кэф = Кэф п. — Кс.п., (2.5)

где Ken - коэффициент снижения эффективности полива.

Так, значение коэффициента эффективного полива равное 0,80, соответствующее безуклонному направлению движения тележки, снижается до агротехнически недопустимой величины (0,67 и ниже) при ее сползании свыше 8 м. С учетом же значения продольного уклона (i = 0,10) и при максимальной длине орошаемой полосы (350 м) - до 0,40 и менее, а при ее уменьшении - в среднем до 0,45...0,50 (рисунок 2.2).

Исходя из вышеизложенного, для обеспечения качественного и экологически безопасного полива шланговым дождевателем в условиях сложного рельефа, характеризуемого продольными и поперечными уклонами орошаемой полосы, необходимо оснащение дождевальной тележки соответственно усовершенствованным автоматическим регулятором давления (для устранения превышения напора от перепада геодезических высот) и устройствами для предотвращения бокового сползания ее ходовых систем.

Для регулирования расходно-напорных характеристик предложен для исследования усовершенствованный регулятор непрямого действия. Усовершенствование регулирующего устройства заключается в увеличении его проходного сечения в целях обеспечения пропуска требуемого для дождевателя расхода воды, равного 18 л/с, против 12,5, присущего серийной модификации (при давлении на выходе из регулятора около 0,45 МПа) (рисунок 2.3).

Оценка параметров регулятора давления при его усовершенствовании производилась исходя из следующих предпосылок. Аналитическое выражение зависимости для перепада давления (Др) и для расхода через щель клапана с острой кромкой седла имеет вид:

»-Ш

где ц — коэффициент расхода; g и у — ускорение свободного падения м/с2 и удельный вес жидкости Н/м3; Др = pi -рг — перепад давления на клапане Па; f,— эффективная площадь сечения проходной щели (окна) клапана м2.

В это уравнение входит как переменная площадь проходного сечения, зависящая от высоты подъема клапана, так и переменный коэффициент расхода ц. Однако при турбулентном течении жидкости, которое является преобладающим для рассматриваемого случая, можно принять с достаточной точностью ц = const.

Высота подъема затвора клапана определяется по формуле:

A=—S_|-i-. (2.7)

2

Задавая расход ((2=18 л/с), находим высоту поднятия клапана при давлении на входе в регулятор (р=0,55-0,85 МПа) и выходе из регулятора (р=0,45 МПа) и получим требуемый рабочий ход клапана в пределах Ь=6-11 мм (см. рисунок 2.3). Определено, что обеспечение требуемого расхода воды регулятором (18 л/с) осуществляется посредством увеличения площади его проходного сечения с 706 мм2 до 2640 мм2.

Сила, действующая на клапан в верхнем положении, может быть определена по формуле:

Р = Ра -л{(12 -Ы/2)/4 + рвьалх!2/4, (2.8)

где: рВЫх=р»х - Др, - диаметр камеры регулирования м; ^ -диаметр штока м.

Р2

и.

Ч!

а - расчетная схема; б - конструктивно-компоновочная схема

1 - корпус; 2 - клапан; 3 - чувствительный элемент; 4 - выходной патрубок; 5 - выходные кромки; 6 - кольцевой зазор; 7 - конический клапан 8 - цилиндрическая вставка; 9 - входной патрубок; 10 - шток; И - входное боковое проточное окно; 12 - манометр; 13 - крышка; 14 — втулка. Рисунок 2.3- Усовершенствованный регулятор давления

Для исследования точности регулирования запишем уравнения движения чувствительного элемента регулятора:

-р +(р

р )• 5 -к-х-ах-г а шт

тр

(2.9)

где р„, р.ых - давление на входе и выходе из регулятора Па; ра - атмосферное давление Па; к-жесткость пружины Н/м; х-поджатие пружины м; тш - масса штока кг; а - коэффициент сопротивления кг/с; Ь'7р - сила трения штока Н.

Для решения уравнения (2.9) использовались численные методы. Расчет показал, что точность регулирования модернизированным регулятором составила ± 4.5 % по сравнению с ±10% для серийного регулятора. Это объясняется тем, что площадь проходного сечения усовершенствованного регулятора имеет большее значение (2640 мм2), а соответственно возвращающая сила имеет большее значение по сравнению с серийным регулятором (706 мм2, рисунок 2.3 б) при одинаковой силе трения в поршне регулятора. Экспериментальные исследования регулятора, проведенные в Центре стандартизации и метрологии (г. Коломна Московской области), подтвердили теоретические результаты, приведенные ниже в автореферате.

Для оценки характеристик сползания тележки дождевателя по наклонной поверхности (рисунок 2.4) приведена схема сил, действующих на нее. Сползание прекращается тогда, когда равнодействующая сил, направленных на сползание, уравновешивается проекцией силы трения на поперечное направление.

С учетом сил, действующих на тележку при ее сползании, выразим уравнение движения тележки в боковом направлении:

Р£ =/>,««/? + т^Бта -(mgcosa +Рг5т/3)-<рсц (2.10)

где Рг - реактивная сила струи, Н; р - угол вылета струи, град; апол - угол поперечного уклона участка, град, фц - коэффициент трения (бокового сцепления) тележки о почву; g -ускорение свободного падения, м/с2.

Для того чтобы тележка пришла в движение в боковом направлении необходимо, чтобы правая часть уравнения (2.10) была положительной. При этом произойдет сползание тележки с прямолинейной траектории. Сползание прекратится тогда, когда сила трения будет такой величины, чтобы компенсировать силу сползания.

1, 2, 3 - расход воды дождевальным аппаратом соответственно 14, 16, 18 л/с Рисунок 2.4- Схема сил, действующих Рисунок 2.5- Зависимость величины сползания на тележку дождевателя на поперечном тележки дождевателя от коэффициента склоне использования ее сцепления с почвой (фИсп=9сЦ- О

Зависимость величины сползания от коэффициента трения с почвой представлена на рисунке 2.5. Как видно, при коэффициентах использования сцепления с почвой (ф„сп) равного 0,4 и менее и расходах воды, равных 18... 14 л/с, сползание тележки может достигать 10 и более метров при поперечных уклонах участка полива ¡=0,05-0,10 (3,1°-6,3°).

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что для предотвращения бокового сползания тележки дождевателя в практически встречающихся почвенно-рельефных условиях при орошении рулонных газонов необходимо увеличивать коэффициент сцепления ее ходовых систем с почвой и уменьшить расходную характеристику дождевального аппарата.

Сползание тележки дождевателя на склоновых участках определяется тем, что, во-первых, пневматические шины тележки имеют недостаточное боковое сцепление вследствие малой боковой поверхности части шин, погруженной в почву, и, во-вторых, величинами ре-

активной силы струи дождевального аппарата, поперечного уклона орошаемой поверхности, видом ее агрофона, установленным режимом полива.

Для обеспечения максимального бокового сцепления пневматических колес тележки с почвой предлагается их оснащение противосползающими устройствами, представляющими собой трубчатые реборды (рисунок 2.6), которые устанавливаются в диаметральной плоскости шины с ее внешней стороны. Конструктивная компоновка реборд противосползающих устройств и их параметры выбирались из условий минимального нарушения поверхности трав рулонных газонов и гарантированного предотвращения сползания дождевальной тележки дождевателя на поперечном уклоне.

Рисунок 2.6- Схема к определению параметров реборды колеса тележки дождевателя на поперечном склоне

Исходя из уравнения сползания и геометрических параметров реборды, значение напряжения смятия (я»]) в почве в поперечном направлении (при условии полного заглубления реборды и отсутствия проскальзывания) определяется по формуле:

Величины напряжения смятия (цСмг) почвы в нормальном направлении и ширины реборды (Ь) могут быть определены по выражениям 2.12, 2.13:

Рг (соэ Р~<рс ^¡п P)+mg■(cosa-<pc ^¡па)

(2.11)

Рг этp+mg■cosa

Pr■sinp+mg■cosa

(2.13)

Исходя из допустимой глубины погружения реборды (Ь=15...20 мм) в почву, допускаемых напряжений цс„1 = 0,015...0,02 МПа и qcм2 = 0,5 ... 0,6 МПа ширина реборды принимается равной 0,035 м.

В третьем разделе «Программа и методика исследований» представлены результаты исследования полосового шлангового дождевателя, описана конструкция лабораторного стенда, приведены рациональные параметры указанного регулятора давления и противоспол-зающих устройств, даны описание, план участка и программа лабораторно-полевых исследований работы усовершенствованного полосового шлангового дождевателя в сложных поч-венно-рельефных условиях, представлена методика планирования эксперимента, а также приведены приборы и оборудование, применяемое при лабораторных и лабораторно-полевых исследованиях.

Для проверки расчетных параметров и показателей эксплуатационной надежности регулятора давления дождевальных аппаратов проводились опыты на лабораторном стенде марки УРОКС 150М (рисунок 3.1 а) по регулированию давления в подводящей магистрали от 0,5 МПа до максимального 1,0 МПа с одновременным измерением указанного параметра за регулятором.

При лабораторно-полевых исследованиях серийного и усовершенствованного полосового шлангового дождевателя на участке со сложным рельефом проводилась комплексная оценка качества дождя (определялся расход дождевального аппарата, интенсивность, дальность полета и диаметр капли дождя, равномерность распределения по орошаемой площади), а также оценка показателя качества полива от почвенных характеристик газона многолетних трав и его сцепные свойства на выровненной и склоновой поверхностях.

При агротехнической и эксплуатационно-технологической оценке работы дождевателя на сложном рельефе определялись коэффициент эффективного полива и величина поверхностного стока, а также показатели его эксплуатационной надежности.

Математическая обработка результатов исследований заключалась в вероятностно- статистической оценке достоверности полученных данных наблюдений и опытов, а также аппроксимации данных расчетов и экспериментов. Для проверки результатов теоретических исследований регулятора давления дождевального аппарата и противосползающих устройств, влияния поперечного уклона и коэффициента трения на значение сползания тележки дождевателя по орошаемой площади, а также влияния изменения сползания тележки и напора перед регулятором давления на коэффициент эффективного полива были составлены рабочие матрицы планирования экспериментов.

1 - оборотная емкость (бак с водой); 4 - регулятор расхода; 1 - реборда с опорными башмаками; 2

6 - измерительный участок с испытуемым регулятором; - пневматическое колесо;

9 - регулятор расхода (шаровая задвижка); 12 - манометр 1,6 МПа; 3 - дождевальная тележка;

13 - насос; 14 - клиновая задвижка; 16 - шкаф электропитания 4 - полиэтиленовый шланг

Рисунок 3.1- Общий вид лабораторного стенда Рисунок 3.3- Пневматическое

для исследования регулятора давления колесо с противосползающим

устройством

При выполнении работы компьютерная обработка полученных данных проводилась при помощи программ для ПЭВМ: Statistika, Mathcad, Mathematica v 5.0, Excel.

В четвертом разделе «Результаты исследований» представлены результаты лабораторных исследований регулятора давления дождевального аппарата и противосползающих устройств полосового шлангового дождевателя, на основании которых были выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на пропускную способность и точность поддержания регулятором и противосползающими устройствами требуемых характеристик дождевателя.

Результаты испытаний регулятора давления показали, что усовершенствованный образец обеспечивает расчетный пропуск расхода воды в пределах 17,6... 18,4 л/с, при давлении на входе 0,45...0,85 МПа, а на выходе 0,43...0,47 МПа (рисунок 4.1). При этом точность регулирования усовершенствованного регулятора составляет +4,5%, против + 10% для серийного.

1 - регулятор давления;

2 - манометр;

3 - рама дождевальной тележки

Рисунок 3.2- Регулятор на стояке дождевальной тележки

18 17 16 15 14 13 12 11

0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 Давление на входе, МП а

^ - серийный;

^ - модернизированный регулятор Рисунок 4.1. Расходно-напорные характеристики Рисунок 4.2. Зависимость расхода усовершенствованного и серийного воды от величины напора и площади

регуляторов давления непрямого действия проходного сечения

Математическая обработка результатов эксперимента выявила, чгго зависимость расхода от величины напора воды и площади проходного сечения представлена на рисунке 4.2 и определяется регрессионным выражением:

0 = 14,3+1790-03, (4.1)

где СО - площадь проходного сечения, м2.

Из выражения (4.1) следует, что расход, проходящий через регулятор, не зависит от напора на входе, и это подтверждает эффективность регулятора давления (то есть давление на выходе из регулятора близко к постоянному значению).

Как показали исследования, коэффициент бокового сцепления для тележки на серийных колесах при поливной норме 100 м3/га составляет около 0,50, а при т = 400 м3/га - около 0,35 (см. рисунок 4.3). При оснащении этой тележки противосползающими устройствами коэффициент бокового сцепления при увеличении норм полива от 100 до 400 м3/га изменяется в среднем от 0,70 до 0,50, что на 40. . 42% больше соответствующих величин коэффициента для серийного исполнения ходовых систем.

На рисунке 4.4 представлена зависимость сползания тележки от коэффициента сцепления и поперечного наклона участка. Регрессионная зависимость величины сползания тележки от уклона орошаемого участка и его сцепных свойств имеет вид:

Б = -533,8 (фсц - \ -0,31) -7251,0-(фсц -1 -0,31)2. (4.2)

1 - серийное исполнение тележки;

2 - тележка с противосползающими устройствами

Рисунок 4.3- Зависимость коэффициента Рисунок 4.4- Зависимость сползания тележки

бокового сцепления колес тележки (Ксц) от уклона участка и коэффициента от величины поливной нормы сцепления

Анализ зависимости показывает, что сползание тележки исключается при коэффициенте сцепления фсц>0,40.

Лабораторно-полевые исследования шлангового дождевателя проводились на орошаемом участке Коломенского района Московской области совместного российско-голландского предприятия ООО «Квинс Грасс Тарф» при возделывании многолетних трав рулонных газонов.

Проведенные исследования показали, что оснащение шлангового дождевателя усовершенствованным регулятором давления обеспечило на всей длине орошаемой полосы с отрицательным продольным уклоном ¡=0,08.. .0,10 постоянное значение расхода воды (слоя осадков) дождевальным аппаратом, равное 18 ±0,4 л/с. При работе дождевателя без регулятора давления при полностью вытянутом шланге (в начале полосы) расход составляет около 24 л/с, а затем по мере передвижения дождевальной тележки расход уменьшается и в конце полосы он становиться равным искомому значению 18 л/с. Это обуславливается изменением (за счет перепада геодезических высот) давления в среднем от 0,80 МПа в начале полосы до 0,50МПа - в конце.

Отмеченное подтверждается постоянством по всей площади орошения величины среднего слоя осадков, равному 30 мм, против его изменения от 30 до 38 мм при поливе без регулирующего устройства (рисунок 4.5). При этом равномерность распределения дождя шланговым дождевателем с регулятором давления, характеризуемая коэффициентом эффективного полива (Кэф.п), составляла по всему орошаемому участку в среднем около 0,80 против его изменения без регулирования давления от 0,42 в начале полива до 0,80 - в конце или при среднем значении Кэф.п (при длине растянутого шланга Ь = 150 м), равном 0,60.

1 - без регулятора давления; 2-е регулятором давления

Рисунок 4.5-Распределение слоя осадков(л).„.и ) Рисунок 4.6-Изменение коэффициента по длине орошаемой полосы (¿>л,) с продольным эффективного полива (кэф) по длине уклоном / „р0д = 0,10 орошаемой полосы (Ь,м) (размотанной

частью шланга) при продольном уклоне

'пред = 0,10

При сползании дождевальной тележки дождевателя на участке с поперечным уклоном ; поп = 0,10 до 10 и более метров наблюдалось на такую же величину увеличенное перекрытие дождем соседней ранее политой другой машиной полосы и недополив смежной с противоположной стороны. В месте переполива (увеличенного перекрытия), слой осадков от дождевателя с регулятором давления достигал 60 мм, а в зоне недополива не превышал 0...2 мм. Это сказалось на уменьшении коэффициента эффективности полива Кэф.„ с 0,80 до 0,67, (рисунок 4.7) или на 16,3%. Оснащение дождевальной тележки противосползающи-ми устройствами предотвращает при поливной норме т = 300 м3/га ее сползание в поперечном направлении, что в совокупности с регулятором давления обеспечивает при поливе в условиях сложного рельефа равномерность распределения дождя в пределах агротехнических требований (Кэф.п составлял не менее 0,75...0,80).

На рисунке 4.8 представлена зависимость коэффициента полива от величин сползания тележки и напора на его входе, регрессионный вид которой, следующий:

Кэф.п=0,47+0,008-Н-0,009-5-5,38 Н210"5, (4.3)

Анализ регрессионного выражения (4.3) показывает, что при использовании регулятора давления дождевального аппарата тележки и противосползающих устройств ее ходовых систем, величина коэффициента эффективного полива на склоновом участке (¡=0,08. ..0,10) находится в пределах агротехнических требований (Кэф.„ > 0,7).

За период проведенных исследований чистое время работы шлангового дождевателя составило 390 часов. Расчет эксплуатационно-технологических показателей

О ЕО Ш| 150 Ш .5'-

1 - при отрицательном поперечном уклоне;

2 - при нулевом поперечном уклоне

Рисунок 4.7-, Распределение слоя осадков Рисунок 4.8- Зависимость коэффициента (И, мм) по ширине захвата при трех его полива от величин сползания тележки и смежных проходах( В,л/) и поперечном напора на ее входе уклоне участка / поп = 0,10

производился методом контрольных смен при фактической поливной норме т=300 м3/га. За исходные для расчета данные принята систематизированная информация, полученная в результате обработки хронокарт наблюдений за работой шлангового дождевателя и нормативно-справочных материалов для эксплуатационно-технологической оценки сельскохозяйственной техники. За период проведенных исследований нарушений технологического процесса работы дождевателя не наблюдалось, а затраты времени на устранение технических отказов минимальны (0,5 часа на 390 часов наработки).

В целом, полученные эксплуатационно-технологические показатели усовершенствованного дождевателя имеют высокие величины, что объясняется рациональным режимом технологического процесса его работы, надежностью элементов конструкции, в том числе регулирующей и противосползающих устройств, а также простота их технического обслуживания.

В пятом разделе «Внедрение и экономическая эффективность усовершенствованного технологического процесса и шлангового дождевателя «Ирримек 8Т-5» при поливе многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе приведены результаты внедрения и расчет экономической эффективности от применения предложенного технологического процесса орошения склоновых земель полосовыми шланговым дождевателем.

Усовершенствованные регуляторы давления дождевальных аппаратов и противоспол-зающие устройства шлангового дождевателя «Ирримек» внедрены в ООО «Квинс Грасс Тарф» и ЗАО «Сергиевское» Коломенского района Московской области.

Расчет экономической эффективности показал, что при поливе многолетних трав рулонных газонов усовершенствованным шланговым дождевателем увеличился выход товарной продукции на 15%, а стоимость 1 м2 товарной продукции снизилась на 5,5 руб. (15%).

Годовой экономический эффект от внедрения усовершенствованного технологического процесса работы, регуляторов давления дождевальных аппаратов и противосползающих устройств полосового шлангового дождевателя «Ирримек 5Т-5» за счет повышения качества орошения при снижении себестоимости выращиваемой продукции составил 968 тыс. руб. При этом окупаемость усовершенствованного полосового шлангового дождевателя осуществляется за два месяца его работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлено, что при поливе полосовым шланговым дождевателем в условиях сложного рельефа определяющими показателями равномерного распределения поливной нормы (слоя осадков), его досгоковой поливной нормы являются продольный и поперечный уклоны орошаемой поверхности, вызывающие соответственно из-за перепада геодезических высот возрастание расходно-напорных характеристик машины свыше допустимых величин и боковое сползание дождевальной тележки, определяемое ее сцепными свойствами и реактивной силой струи дождевального аппарата.

2. Определено, что обеспечение требуемого расхода воды регулятором (18±0,4 л/с) осуществляется посредством увеличения площади его проходного сечения с 706 мм2 до 2640 мм2. При этом, как показали лабораторные исследования отклонение выходного давления регулятора при работе на сложном рельефе составляет не более ±4,5% от его номинального значения, против ±10% для регулирующего устройства серийного исполнения.

3. Доказано, что для предотвращения бокового сползания дождевальной тележки дождевателя ее пневматические колеса должны быть оснащены устройствами противосползания, представляющими собой трубчатые реборды, устанавливаемые в диаметральной плоскости шин по их внешнему периметру. При этом определено, что исходя из толщины дернового слоя рулонных газонов, равной 0,025...0,030 м, в целях исключения повреждаемости его травяного покрова и обеспечения гарантированного движения дождевальной тележки дождевателя на склоне глубина внедрения реборд должны быть в пределах 0,015 - 0,020 м при их ширине, равной 0,035 м.

Установлено, что для практически реализуемого режима полива (т = З00м3/га) многолетних трав сползание серийной дождевальной тележки до 10 м и более наблюдается при величине поперечных уклонов ¡и„ =0,05...0,10. С противосползающими устройствами пе-

редних колес дождевальная тележка из-за повышения коэффициента эффективного сцепления с 0,4 до 0,6 работает без бокового смещения.

4. Доказано, что оснащение шлангового дождевателя в полевых условиях усовершенствованным регулятором давления обеспечило по всей длине орошаемой полосы с отрицательным продольным уклоном 0,1 постоянное значение расхода Q = 18 л/с и слоя осадков h = 30,0 мм против соответственно максимальных их значений (в начале полива), без регулирования расходно-напорных характеристик, 24 л/с и 38 мм. При этом отклонение выходного давления регулятора при работе на сложном рельефе составляет не более ±4,5% от номинального давления на выходе из регулятора 0,45 МПа.

Установлено, что равномерность распределения дождя шланговым дождевателем с регулирующим устройством, характеризуемая коэффициентом эффективного полива, составляет по всему орошаемому участку 0,75-0,80 против его среднего значения 0,60 (при длине растянутого шланга L = 150 м) без регулятора давления.

5. Выявлено, что оборудование дождевальной тележки дождевателя противосползаю-щими устройствами исключает ее смещение на участке с поперечным уклоном i = 0,10 и перераспределение дождя в боковом направлении. Это определило сохранение коэффициента эффективного полива с учетом регулирования давления по длине полосы не ниже 0,75-0,80 против 0,67 при сползании до 10 и более метров.

6. Определено, что полученные эксплуатационно-технологические показатели работы усовершенствованного шлангового дождевателя имеют высокие величины, что объясняется рациональным режимом технологического процесса его работы, надежностью элементов конструкции, в том числе регулирующего и противосползающих устройств, а также простотой их установки и технического обслуживания.

Годовой экономический эффект от применения усовершенствованного технологического процесса и модернизированного шлангового дождевателя составил 968 тыс. руб. (в ценах 2010 г).

Результаты исследования отражены в следующих публикациях:

В изданиях, рекомендованных в ВАК РФ:

1. Агейкин, A.B. Барабанно-шланговые дождевальные установки на сложном рельефе / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // Сельский механизатор. - 2008. - № 12. -С. 12.

2. Агейкин, A.B. Регулятор давления для шланговых дождевальных машин / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // Сельский механизатор. - 2010. -№ 1. - С. 6.

3. Агейкин, A.B. Предотвращение бокового сползания шланговых дождевальных установок / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, Ю.Н. Тимошин // Сельский механизатор».-2011.-№ 12.-С. 22.

4: Агейкин, A.B. Совершенствование технологии полива полосовыми шланговыми дождевателями на сложном рельефе / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // Вестник Московского государственного агроинженерного университета. - 2012. - Кг 3. - С. 29-32.

5. Агейкин, A.B. Полосовой полив дождевальным агрегатом в сложных условиях / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, H.H. Егорова, Н.Я. Кириленко // Вестник Саратовского государственного аграрного университета. — 2012. —№ 11.— С. 60-62.

Патентные документы:

6. Пат. 2381647 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я. - № 2008140080; заявл. 10.10.2008; опубл. 20.02.2010, Бюл. № 5. - 3 с.

7. Пат. 74757 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я. - № 2008113302; заявл. 09.04.2008; опубл. 20.07.2008, Бюл. №20.-1 с. .

8. Пат. 76545 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я. - № 2008113303; заявл. 09.04.2008; опубл.

27.09.2008, Бюл. № 27. - 2 с.

9. Пат. 86765 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Регулятор давления [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я., Шереметьев A.B.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я., Шереметьев A.B. -№ 2009118270; заявл,

15.05.2009,; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25. - 2 с

10. Пат. 90914 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Регулятор давления [Текст] / • Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я. - № 2009141954; заявл. 13.11.2009.; опубл. 29.01.2010, Бюл. №2.-2 с.

И. Пат. 92297 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев Л И., Кириленко Н.Я. - № 2009146802; заявл. 16.12.2009; опубл.

20.03.2010, Бюл. №8.-1 с.

12. Пат. 96316 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я. - № 2010119260; заявл. 13.05.2010; опубл. 27.07.2010, Бюл.№ 21. -2 с.

13. Пат. 99925 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я. - № 20I0I34I79; заявл. 16.08.2010; опубл.

10.12.2010, Бюл. №34.-1 с.

14. Пат. 103705 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я. - № 2011100772; заявл. 12.01.2011; опубл.

27.04.2011, Бюл. № 12. - 2 с.

15. Пат. 105123 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я.; заявители и патентообладатели Агейкин A.B., Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я. - № 2011105343; заявл. 14.02.2011; опубл. 10.06.2011, Бюл. № 16. - 1 с.

В сборниках научных трудов и материалах конференций:

16. Агейкин, A.B. Перспективные технологии и средства механизации в сельском хозяйстве // A.B. Агейкин / Материалы международной научно-практической конференции «Государственная власть и крестьянство в XX - начале XXI века». - Коломна: КГПИ, 2007. -С. 594-597.

17. Агейкин, A.B. Направления совершенствования дождевальных установок барабанного типа / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности использования земель сельскохозяйственного назначения». - Пенза: ПГСХА, 2008. - С. 34-36.

18. Агейкин, A.B. К вопросу создания шланговых дождевальных установок барабанного типа на современном уровне / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко / Материалы международной научной конференции «Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации». - Коломна: ВНИИ «Радуга», 2008. - С. 35-37.

19. Агейкин, A.B. Типичные представители шланговых дождевальных установок и перспективы их совершенствования / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // Сборник научных трудов РГАТУ. - Рязань: РГАТУ, 2008. - С. 56-58.

20. Агейкин, A.B. Дождевальная установка / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко / МособлЦНТИ, информ. листок № 015-09, 2009. - 3 с.

21. Агейкин, A.B. Дождевальная установка / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко / МособлЦНТИ, информ. листок № 016-09, 2009. -3 с.

22. Агейкин, A.B. Направления совершенствования шланго-барабанных дождевальных установок / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко / Современные энерго- и ресурсосберегающие технологии и системы сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр. - Рязань: РГАТУ, 2009. - С. 48-50.

23. Агейкин, A.B. Совершенствование шланго-барабанных дождевальных установок для работы на сложном рельефе / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко / Государственная власть и крестьянство в XX — начале XXI века: материалы международной науч -практич. конф. - Коломна: КГПИ, 2009. - С. 650-655.

24. Агейкин, A.B. Регулятор давления / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, A.B. Шереметьев / МособлЦНТИ, информ. листок № 013-10, 2010. - 3 с.

25. Агейкин, A.B. Технологические особенности полива полосовыми шланговыми дождевателями на сложном рельефе / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // Вестник Московского государственного областного социально-гуманитарного института. — Коломна: МГОСГИ, 2011. - С. 23-24.

26. Агейкин, A.B. Особенности полива многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе полосовым шланговым дождевателем и направления его совершенствования / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев // Государственная власть и крестьянство в XX - начале XXI века : материалы международной науч.-практич. конф. - Коломна: МГОСГИ, 2011. - С. 670673.

27. Агейкин, A.B. Дождевальная установка / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // МособлЦНТИ. информ. листок № 008-11, 2011. - 3 с.

28. Агейкин, A.B. Дождевальная установка / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // МособлЦНТИ, информ. листок № 009-11, 2011. -3 с.

29. Агейкин, A.B. Дождевальная установка / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // МособлЦНТИ, информ. листок № 010-11, 2011. -3 с.

39. Агейкин, A.B. Дождевальная установка / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // МособлЦНТИ. информ. листок № 011-11, 2011. - 3 с.

31. Агейкин, A.B. Регулятор давления / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко И МособлЦНТИ, информ. листок № 006-11, 2011. - 3 с.

32. Агейкин, A.B. Полив полосовыми шланговыми дождевателями на сложном рельефе / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // Сборник научных трудов РГАТУ. - Рязань: РГАТУ, 2011.-С. 32-33.

33. Агейкин, A.B. Дождевальная установка / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // МособлЦНТИ, информ. листок № 007-12, 2012. - 3 с.

34. Агейкин, A.B. Дождевальная установка / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // МособлЦНТИ, информ. листок № 008-12, 2012. -3 с.

35. Агейкин, A.B. Шланговый дождеватель на сложном рельефе / A.B. Агейкин, А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко // Перспективные технологии и технические средства в АПК : Материалы международной науч.-практич. конф. - Казань: КГАУ, 2013. -С. 135-137.

Подписано в печать 16.10.2013. Формат 60x84 1/16. Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 909

Отпечатано в копировально-множительном центре ГАОУ ВПО «МГОСГИ»

140410, г. Коломна, ул. Зеленая, 30. Московский государственный областной социально-гуманитарный институт

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФБГОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет им. П. А. Костычева»

На правах рукописи

Агейкин Алексей Викторович

Совершенствование технологического процесса и шлангового дождевателя для полива многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

СО

о

ю

см

см г

Диссертация

На соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, .профессор, ^ ° заслуженный деятель науки РФ

Рязанцев А.И.

Рязань, 2013

АННОТАЦИЯ

Снижение себестоимости производства многолетних трав рулонных газонов и повышение качества продукции, актуально и востребовано, как в России, так и за рубежом, при этом наиболее трудоемким и энергоемким, но эффективным этапом возделывания остается полив дождеванием.

Многолетние травы рулонных газонов нашли широкое применение в сельскохозяйственном производстве для устранения развития сорняков под деревьями в садах, питомниках; для укрепления и защиты от водной эрозии мелиоративных каналов оросительных и осушительных сетей, откосов автомобильных и железных дорог, мостов, эстакад; травяной газон служит покрытием при создании специализированных ландшафтных объектов; для уменьшения пылеобразования, поглощения шума, регулирования температуры, очищения воздуха, улучшения экологической обстановки.

Анализ современных научно-практических проблем позволил выявить и реализовать перспективные направления по совершенствованию технологического процесса полива шланговым дождевателем многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе.

С целью обоснования параметров усовершенствованных ходовых систем и регулирующих устройств полосового шлангового дождевателя проведено математическое моделирование технологического процесса полива. Результаты теоретических исследований подтверждены лабораторно-полевыми испытаниями (расхождение результатов не превышает 4,5%). Проведены исследования и выявлены закономерности регулирования расходно-напорных характеристик дождевального аппарата тележки дождевателя и устойчивости ее ходовых систем на склонах.

В результате исследований разработан усовершенствованный технологический процесс полива многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе, оптимизированы параметры и проведена модернизация шлангового дождевателя установкой на нем модернизированного регулятора

давления и оборудования ходовой системы дождевальной тележки противосползающими устройствами, приведены регрессионные зависимости для расчета параметров дождевателя.

Проведены хозяйственные испытания и технико-экономическая оценка усовершенствованных шланговых дождевателей, которые подтвердили их высокие агротехнологические показатели, по сравнению с серийными аналогами.

На основе технико-экономической оценки даны рекомендации по применению усовершенствованного технологического процесса полива шланговыми дождевателями многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе.

Основные результаты исследований и усовершенствованный технологический процесс механизированного полива используются в специализированных хозяйствах Московской области, при производстве многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе.

Результаты работы защищены патентом Российской Федерации на изобретение и 9 патентами Российской Федерации на полезные модели.

Оглавление

Аннотация................................................................................................................................2

Оглавление..............................................................................................................................4

Список основных обозначений принятых в работе..........................7

Введение....................................................................................................................................9

1. Состояние вопроса. Задачи исследования............................................15

1.1. Характеристика орошаемых площадей......................15

1.2. Технические средства полива на сложным рельеф 21 местности....................................................

1.3. Технологические особенности полива многолетних трав 32 рулонных газонов на сложном рельефе полосовым шланговым дождевателем и направления совершенствования.....................................................

1.4. Технологических решения по усовершенствованию 38 шлангового дождевателя для работы на сложном рельефе.......................................................

Цель работы и задачи исследования.............................. 51

2 Теоретические исследования шлангового дождевателя с 53 усовершенствованной дождевальной тележкой при поливе площадей со сложным рельефом....................................

2.1. Обоснование технологического режима полива шланговым 53 дождевателем площадей со сложным рельефом.................

2.2. Усовершенствование конструкции с обоснованием 61

параметров регулирующего устройства дождевальной тележки шлангового дождевателя..................................

2.3. Характеристика движения дождевальной тележки 71 дождевателя на участках с поперечным уклоном...............

2.4. Разработка конструкции с оптимизацией параметров 79 устройства от бокового сползания дождевальной тележки шлангового дождевателя.............................................

Выводы по разделу........................................................................................................83

3. Программа и методика исследований..........................................................85

3.1. Оценка показателей работы усовершенствованного 85 регулятора шлангового дождевателя.............................

3.2. Оценка показателей работы противосползающих устройств 89 дождевательной тележки дождевателя при боковом ее смещении...............................................................

3.3. Выбор участка для проведения лабораторно-полевых 92 исследоований и производственных испытаний шлангового дождевателя.............................................................

3.4. Оценка агроэксплуатационных показателей работы 95 шлангового дождевателя на сложном рельефе...................

3.5. Математическая обработка результатов исследований................106

3.6. Методика планирования эксперимента........................................................108

3.7. Подготовка оборудования и материалов для проведения 110 исследований..........

4. Результаты исследований шлангового дождевателя с 112 усовершенствованной дождевальной тележкой в условиях сложного рельефа.......................................................

4.1. Исследование усовершенствованного регулятора давления 112 дождевального аппарата шлангового дождевателя в лабораторных условиях..............................................

4.2. Исследование бокового сползания дождевательной тележки 117 дождевателя на склонах...............................................

4.3. Исследование качества полива усовершенствованным 121 шланговым дождевателем на сложном рельефе в

лабораторно-полевых условиях....................................

4.4. Эксплуатационно-технологическая оценка работы 127 усовершенствованного шлангового дождевателя на сложном рельефе в хозяйственных условиях................................

Выводы по разделу...................................................... 130

5. Внедрение и экономическая эффективность 132 усовершенствованного шлангового дождевателя при поливе трав рулонных газонов на сложном рельефе....................

Общие выводы и рекомендации производству.................. 135

Список использованной литературы.............................. 138

Приложения............................................................. 148

A. Патент № 74757 Дождевальная установка..............................149

Б. Патент № 76845 Дождевальная установка............................... 150

B. Патент № 86765Регулятор давления...................................... 151

Г.Патент № 90914 Регулятор давления..........................................152

Д.Патент № 2381647 Дождевальная установка..............................153

Е.Патент №105123 Дождевальная установка..................................154

Ж.Патент № 103705 Дождевальная установка..............................155

З.Патент №105123 Дождевальная установка................................156

И.Патент №99925 Дождевальная установка................................157

К.Патент №96316 Дождевальная установка..................................158

Л.Акт внедрения ООО «Сергиевское»..................................159

М. Акт внедрения ООО «КвинсГрассТарф»....................................160

Н.Акт испытаний модернизированного регулятора давления «RBM» 161 О.Диплом и бронзовая медаль «За разработку экологически безопасных технологий орошения шланговым дождевателем в

условиях сложного рельефа»....................................................... 162

П. Величина слоя осадков с поперечным и продольным уклонами, равными 0,1 ........................................................................... 163

Список основных обозначений принятых в работе

Раздел 1

Кэф.п - коэффициент эффективного полива; Ь - величина слоя осадков; С> - расход воды; I - время полива.

Раздел 2

Б - орошаемая площадь;

Рср - средняя интенсивность дождя;

(Л - коэффициент расхода;

со - площадь сопла дождевального аппарата;

g - ускорение свободного падения;

Н - напор перед соплом дождевального аппарата;

АН - величина повышения или снижения напора перед дождевальным

аппаратом на склоне;

Ь - расстояние от точки забора воды до дождевальной тележки;

1 - угол уклона орошаемой поверхности;

б - величина сползания дождевальной тележки;

В - ширина захвата дождем с перекрытием;

Кн.н.- коэффициент недополива;

Ар - перепад давления на клапане;

- эффективная площадь сечения проходной щели клапана; ¿Ср - средний диаметр сечения щели между затвором и седлом клапана; ё-диаметр отверстия (острых кромок седла) клапан; (11- диаметр эффективного сечения конуса затвора клапана в поднятом положении;

Рвых - давление на выходе из регулятора; к - жесткость пружины; V - скорость тележки;

Рс - величина силы в направлении сползания дождевальной тележки;

ш - масса дождевальной тележки;

Рг - реактивная сила струи;

Р - угол вылет струи, град;

а„ - угол поперечного уклона участка;

фСц - коэффициент бокового сцепления тележки о почву;

171 - скорость изменения массы (расход);

Ус - скорость струи;

Фу - коэффициент профиля скорости;

р - плотность воды;

Р1 - горизонтальная сила тяги;

^-коэффициент трения качения тележки;

цс — статическая нагрузка на шланг;

Яу - динамическая нагрузка на шланг;

Ы - радиус кривизны шланга;

V,,, - скорость воды в шланге;

сош - площадь сечения шланга;

Р1 - линейная плотность шланга с водой;

- коэффициент трения шланга о почву;

у - угол наклона шланга в точке соединения с тележкой; sign(x) - функция возвращает единицу со знаком х; г - радиус колеса; Б] - опорная площадь реборды; Ь - ширина реборды;

1 - длина хорды площадки контакта реборды на глубине ее погружения. Раздел 3

q - допускаемое напряжение сжатия почвы;

- расход дождевателя;

VI - объем воды в мерном баке;

- время наполнения бака;

ёп - средний диаметр пятна по тарировочной кривой;

с1к - средний диаметр капли;

п - количество дождемеров;

УЬ - коэффициент вариации;

А - расстояние между дождемерами;

Рпоз-площадь захвата дождевальным аппаратом;

РЭф -эффективно политая площадь;

РИзб - избыточно политая площадь;

Р„ед -недостаточно политая площадь;

Кэф-коэффициент эффективно полива;

Кизб - коэффициент избыточно полива;

Бцсд - коэффициент недостаточного полива.

Раздел 4

п - предварительное поджатие пружины; Э - регрессионная зависимость; Ь - длинарастянутого шланга.

Раздел-5

Эп — годовой прирост прибыли;

Пн(б) - годовая прибыль по новому и базовому варианту

Цн(б) - цена реализуемой продукции по новому и базовым вариантам;

Ан(б) — годовой объем произведенной продукции по новому и базовому

вариантам;

Сн(б) — себестоимость производства всей продукции по новому и базовому вариантам.

Введение

Продуктивность многолетних трав благодаря орошению повышается в 7-13 раз и коэффициент устойчивости - с 0,32 - 0,27 до 0,92. Снижение себестоимости производства многолетних трав рулонных газонов и повышение качества продукции актуально и востребовано, как в России, так и за рубежом. При этом эффективным этапом возделывания остается полив дождеванием.

Из всего многообразия дождевальной техники, в последние годы в стране наблюдается рост полосовых шланговых дождевателей различных конструкций и производителей. Их доля в структуре парка поливных машин Российской Федерации превышает 5% при площади полива более 100 тысяч гектаров. В перспективе данные машины могут обслужить до 20% орошаемых земель.

Одним из основных требований по совершенствованию полосовых дождевателей является улучшение качественных характеристик искусственного дождя и достижение более равномерного его распределения по орошаемой площади, особенно на сложном рельефе.

Это особенно актуально при внедрении в указанных условиях новой совершенной технологии создания рулонных газонов, благодаря которой в максимально короткий срок возможно получить на любом озеленяемом объекте качественный, уже через две недели готовый эксплуатации газон, отвечающий всем необходимым техническим и эстетическим требованиям. Многолетние травы рулонных газонов нашли широкое применение в сельскохозяйственном производстве для устранения развития сорняков под деревьями в садах, питомниках; для укрепления и защиты от водной эрозии мелиоративных каналов оросительных и осушительных сетей, откосов автомобильных и железных дорог, мостов, эстакад; травяной газон служит покрытием при создании специализированных ландшафтных объектов; для уменьшения пылеобразования, поглощения шума, регулирования температуры, очищения воздуха, улучшения экологической обстановки.

При дождевании полосовыми дождевателями склонов с газонной травой зачастую наблюдается резкое снижение равномерности распределение дождя и возникновение ирригационной эрозии почвы, как в продольном направлении передвижении дождевальной тележки (за счет перепада геодезических высот), так и в поперечном направлении перпендикулярном продольному направлению тележки (за счет ее бокового сползания). При этом, как показывает практика, в условиях сложного рельефа недопустимо образование не только стока воды, но и луж, так как любой излишек воды на склоне является очагом эрозии почв [1], и как следствие, снижением выхода качественной товарной продукции.

Исходя из изложенного, возникает задача разработки и исследования влияния на равномерное распределение дождя перепада геодезических высот в продольном направлении, усовершенствовании технологического процесса полива шланговым дождевателем, а также регулирующего устройства, а для исключения бокового сползания дождевальной тележки в поперечном направлении - противосползающих устройств.

Целью настоящей работы является повышение эффективности и надежности работы полосового шлангового дождевателя на площадях со сложным рельефом, при поливе рулонных газонов, посредством разработки механико-технологических решений по автоматизированному регулированию расходно-напорных характеристик дождевального аппарата и противосползающих устройств его тележки.

Народно-хозяйственное значение работы заключается в том, что разработан и внедрен усовершенствованный технологический процесс полива модернизированным шланговым дождевателем в условиях сложного рельефа, регулирующее автоматизированное устройство расходно-напорных характеристик и противосползающие системы, что позволило снизить образование поверхностных стоков воды и, как следствие, возникновение водно-почвенной эрозии, обеспечить повышение объема выхода

высококачественной товарной продукции многолетних трав рулонных газонов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованный технологический процесс полива шланговым дождевателем многолетних трав рулонных газонов с использованием модернизированного регулирующего устройства дождевального аппарата дождевальной тележки и противосползающих устройств ее ходовых систем.

2. Закономерности регулирования расходно-напорных характеристик дождевального аппарата тележки шлангового дождевателя и поперечной устойчивости ее ходовых систем на сложном рельефе.

3. Параметры и режимы работы усовершенствованного регулятора давления и противосползающих устройств тележки шлангового дождевателя.

4. Результаты экспериментальных исследований усовершенствованного технологического процесса полива шланговым дождевателем многолетних трав рулонных газонов на сложном рельефе и экономические показатели его работы.

Народно-хозяйственное значение работы заключается в том, что применение усовершенствованной технологии полива шланговым дождевателем в условиях сложного рельефа позволило снизить образование поверхностных стоков воды и как следствие, возникновение водно-почвенной эрозии и обеспечение выхода большего объема высококачественной товарной продукции многолетних трав рулонных газонов.

Объект исследования - технологический процесс работы регулятора давления дождевального аппарата и противосползающих устройств полосового шлангового дождевателя в условиях сложного рельефа.

Предмет исследования — теоретические и экспериментальные закономерности технологического процесса п�