Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований 12
1.1. Перспективы развития орошения приусадебных и садово-огородных участков 12
1.1.1. Общие сведения 12
1.1.2. Типы малых хозяйств населения, их специализация и принципы организации 14
1.2. Краткий обзор технологий и средств механизации полива приусадебных и садово-огородных участков 16
1.2.1. Шланговые дождеватели отечественного и зарубежного производства, работающие в движении 20
1.2.2. Шланговые дождеватели отечественного и зарубежного производства, работающие позиционно 27
1.3. Конструктивно-технологические особенности шланговой дождевальной установки ПДУ-1 и направления ее совершенствования 38
1.3.1. Технология работы и технические характеристики ПДУ-1 38
1.4. Краткий анализ дождеобразующих устройств и опорно-ходовых систем шланговых установок позиционного действия 42
1.4.1. Дождеобразующие устройства 42
1.4.2. Опорно-ходовые системы шланговых дождевальных установок, работающих в движении и позиционно 52
Выводы и задачи исследований 59
2. Теоретическое обоснование шланговой дождевальной установки для полива приусадебных и садово-огородных участков 61
2.1. Обоснование технологии полива дождевальной установкой 61
2.1.1. Технологические параметры режима орошения установкой 61
2.1.2. Технологические схемы полива дождевальной установкой . 68
2.2. Изыскание рабочих органов и опорной части для шланговой дождевальной установки позиционного действия 73
2.2.1. Дождеобразующие устройства 73
2.2.2. Опорная часть 89
2.3. Разработка конструктивно-компоновочной схемы и оптимизация параметров шланговой дождевальной установки позиционного действия :.. 92
2.4. Агроэксплуатационная оценка работы дождевальной установки позиционного действия 99
Выводы по разделу 103
3. Программа и методика экспериментальных исследований 105
3.1. Выбор и подготовка участков для проведения исследований 105
3.2. Подготовка дождевальной установки к проведению исследований 110
3.3. Определение показателей работы шланговой дождевальной установки при лабораторных, лабораторно-полевых и хозяйственных исследованиях 113
3.3.1. Определение агротехнических показателей работы дождевальных насадок при лабораторных исследованиях 113
3.3.2. Определение агротехнических показателей работы установки при лабораторно-полевых исследованиях 117
3.3.3. Отработка технологии полива и эксплуатационно-технологическая оценка работы установки в хозяйственных условиях 122
3.4. Математическое обеспечение исследований 125
3.4.1. Методика планирования экспериментов 125
3.4.2. Методика обработки экспериментальных данных 128
4. Результаты исследований 132
4.1. Исследования качественных показателей дождевальных насадок в лабораторных условиях 132
4.2. Исследования показателей работы дождевальной установки в лабораторно-полевых условиях 140
4.2.1. Исследование качественных показателей работы установки 140
4.2.2. Оценка энергетических показателей при исследовании динамических и статических характеристик установки 144
4.3. Отработка технологии полива установкой 147
4.4. Результаты исследований надежности установки 153
Выводы по разделу 156
5. Внедрение и экономическая эффективность усовершенствованной шланговой дождевальной установки позиционного действия 158
Общие выводы 161
Список литературы 165
Приложения 175
- Краткий обзор технологий и средств механизации полива приусадебных и садово-огородных участков
- Технологические параметры режима орошения установкой
- Выбор и подготовка участков для проведения исследований
- Исследование качественных показателей работы установки
Введение к работе
Современное сельское хозяйство Российской Федерации отличается многоукладностью и представлено открытыми и закрытыми акционерными обществами, производственными и потребительскими сельскохозяйственными кооперативами, обществами с ограниченной ответственностью, колхозами, государственными и муниципальными унитарными предприятиями, крестьянскими (фермерскими) хозяйствами, личными подсобными (приусадебными) хозяйствами, крестьянскими подворьями, садоводческими, огородническими товариществами и кооперативами.
В результате реформ в сельском хозяйстве России сложилось сочетание малых, средних и крупных форм сельскохозяйственного производства. Мировая практика также наглядно демонстрирует такую интеграцию.
К 2003 году в секторе малых форм хозяйствования России насчитывается более 40 миллионов собственников и владельцев земельных участков с общей площадью в 27,82 миллионов гектар. Из них 11,95 миллионов гектаров - это земли хозяйств населения, включая личные подсобные хозяйства, коллективные сады и огороды, и 15,87 миллионов гектаров — земли крестьянских хозяйств. Их вклад в общий объём сельскохозяйственного производства страны составил к 2003 году около 60% и имеет тенденцию к возрастанию [1].
Практика показывает, что средние размеры площадей подсобных хозяйств населения составляют около 2,0 гектара» а садово-огородных участков не превышают 0,04...0,25 гектара [2,3]. Кроме того, эти земельные участки характеризуются мелкоконтурностью, неправильной конфигурацией, сложностью рельефа, наличием различных препятствий (мелколесье, дороги, линии электропередач и прочее).
В различных регионах страны, в зависимости от увлажненности территории, от 10% до 50% площадей наделов этих индивидуальных хозяйств требуют различных форм орошения.
Промышленное производство оросительной техники в России до 90-х годов XX века было нацелено на полив больших площадей (до нескольких сот гектаров) и базировалось на выпуске широкозахватных машин фронтального и кругового действия. Это дождевальные машины «Фрегат», «Кубань», «Днепр», ДДА-100МА, ДКШ-64 «Волжанка», «Таврия» и другие, отличительной особенностью которых является большая энергонасыщенность [4,5]. Применение таких машин без учета условий эксплуатации часто являлось причиной засоления, подъёма грунтовых вод и водной эрозии почвы.
Наряду с высокопроизводительными, широкозахватными машинами производились и использовались шланговые дождевальные машины отечественного и зарубежного производства, такие как ДШ-10, ДШ-30, ДДС-30 (Россия), ИДЛ^бОН и ИДЛ-100 (Болгария), «Sigma» PZT - 67, PZT- 75, «Odra» PZ- 7528 (Чехословакия), «Turbomat 90» и «Rotomat 110» (Венгрия) и другие [6]. Они позволяли при низком качестве искусственного дождя орошать значительные по площади участки (до 50 га). Массовое производство широкозахватных и шланговых машин в России в настоящее время практически прекращено.
На сегодня в России отсутствует промышленное производство машин, установок и специализированного оборудования малых форм орошения. И, независимо от природно-хозяйственных условий того или иного региона России, продолжается использование ручного труда или техники традиционного орошения, не приспособленной для полива крестьянских, приусадебных и садово-огородных участков. В этой ситуации механизированный полив участков малых размеров площадью от 0,04 га до 2,0 га затруднен, а использование вышеуказанных машин для их орошения нецелесообразно.
Актуальность проблемы. Развитие многообразных форм ведения сельскохозяйственного производства, в том числе на небольших по площади участках, определяет настоятельную необходимость создания специализированной малогабаритной техники, в том числе дождевальной, для выращивания сельскохозяйственных культур в крестьянских хозяйствах, на селекционных участках, а также в садоводческих товариществах и других ассоциациях, обеспечивающей максимальную производительность труда и получение гарантированного урожая.
Создание и внедрение в указанных условиях мобильных дождевальных средств, в частности разработанной шланговой дождевальной установки позиционного действия, позволяет при одиночной и групповой работе производить экологически безопасный и энергосберегающий полив участков площадью от 0,04 до 2,0 га.
Количество потенциальных потребителей техники малого орошения на сегодня составляет более 40 млн. человек. Они производят в России более половины сельскохозяйственной продукции.
Цель исследований. Целью настоящей работы является повышение эффективности полива приусадебных и садово-огородных участков посредством усовершенствования технологии и конструктивно-технологических параметров малорасходной шланговой дождевальной установки позиционного действия.
Методология исследований. Теоретические исследования и расчеты осуществлялись на основе методов математического анализа, элементов классической механики и математического моделирования. При выполнении экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях применялись методы планирования эксперимента. Показатели качества дождевания производились по специально разработанным методикам, программам, а так же в соответствии с ОСТ 10 11.1-2000 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и установки дождевальные. Методы оценки функциональных показателей». Обработка экспериментальных данных осуществлялась методами математической статистики.
Научная новизна. Усовершенствована технология полива дождеванием приусадебных и садово-огородных участков. Обоснованы конструктивно-технологические параметры и разработана конструкция малорасходной шланговой дождевальной установки позиционного действия. В целях обеспечения установкой экологически безопасных и энергосберегающих технологий полива, оптимизированы параметры её дождеобразующих устройств и ходовой системы. Научная новизна дождевальной установки подтверждена патентами на полезную модель: № 40838 и № 40839.
Основные защищаемые положения. На защиту выносятся:
Усовершенствованная технология полива малых площадей с оптимизацией параметров дождевальной установки.
Конструктивно-компановочная схема усовершенствованной шланговой дождевальной установки.
3. Аналитические зависимости расчетов конструктивно- технологических параметров дождевальной установки.
4. Результаты исследований и испытаний дождевальной установки в лабораторно-полевых и хозяйственных условиях.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Разработанная технология и конструкция шланговой дождевальной установки позиционного действия позволяет: организовать полив на участках площадью от 0,04 до 1,0 га и повысить производительность труда, по сравнению с ручным поливом, в 5...6 раз; осуществлять ресурсосберегающий полив' сельскохозяйственных культур при сокращении физических, временных и материальных затрат пользователей; обеспечивать экологическую безопасность полива дождеванием, учитывая свойства почвы и особенности произрастания культур; повысить урожайность сельскохозяйственных культур за счет более равномерного распределения воды по орошаемой площади.
Разработанная технология полива и дождевальная шланговая установка позиционного действия с расходом до 1,0 л/с нашла широкое применение в хозяйствах практических всех зон орошаемого земледелия. Установки внедрены в организациях: Всероссийский селекционный технологический институт садоводства и питомничества (ВСТИСП), г. Москва; Башкортостан, завод-совхоз "Дмитриевский", Уфимский район; Учебно-опытное хозяйство Рязанской ГСХА "Стенькино", г. Рязань; Московская сельскохозяйственная академия имени К.А. Тимирязева, г. Москва;. ФГУП ЭПХ ВНИИ «Радуга», г. Коломна, Московская область; СибНИИГиМ, г. Красноярск; НИИ сельскохозяйственного использования сточных вод «Прогресс», г. Старая Купавна, Московская область; Волгоградская область, ЗАО «Городищи», Волгоград- скии район; Челябинская область, ЗАО «Наровчатское», Агаповский район; ФГНУ ВНИИ «Радуга», г. Коломна, Московская область.
Достоверность результатов исследований. Достоверность результатов исследований подтверждена: необходимым объёмом эмпирических данных; результатами проведения Государственных испытаний; соответствием теоретических и экспериментальных данных; воспроизводимостью результатов экспериментов; широкой апробацией в условиях эксплуатации.
Личный вклад автора работы. Личный вклад автора состоит в разработке усовершенствованной технологии полива садово-огородных и приусадебных участков с помощью шланговой дождевальной установки позиционного действия с расходом до 1,0 л/с; разработке конструктивно-технологической схемы устройства дождевальной установки и оптимизации её параметров; выводе аналитических зависимостей расчетов конструктивно-технологических параметров дождевальной установки; получении теоретических результатов и результатов испытаний дождевальной установки в ла-бораторно-полевых и хозяйственных условиях; разработке методики проведения расчетов и испытаний; разработке рабочих чертежей и изготовлении установки; организации внедрения.
Апробация работы. Основные результаты исследований по диссертационной работе докладывались и обсуждались на семи научных конференциях, в том числе международных, и одном Всероссийском семинаре: Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Рязанской ГСХА им. профессора П.А.Костычева, Рязань,2003 г.; Всероссийском семинаре специалистов Российской Федерации по технологиям возделывания овощных культур, ИППК, г. Коломна, Московская область, 2002 г.; Международном совещании по прогрессивным технологиям выращивания садовых культур, ВСТИСП, г. Москва, 2002 г; Международной научно-практической конференции "Земледельческая механика в растениеводстве", ВИМ, г. Москва, 2001 г.; Международной научной конференции (Костяковские чтения), г. Москва, ВНИИГиМ, 2002 г.; Международной научно-практической конференции, ВСТИСП, г. Москва, 2003 г.; 4-й Между на- родной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». Энергосберегающие технологии в животноводстве и растениеводстве, ГНУ ВИЭСХ г. Москва, 2004 г.; Международной научно-практической конференции «Научно-практические аспекты современных мелиорации», Мещерский филиал ВНИИГиМ, г. Рязань, п. Солотча, 2004 г.; Международной научно-технической конференции по теме «Ресурсосберегающие и энергоэффективные технологии и техника в орошаемом земледелии». Многоцелевое использование поливной техники. ФГНУ ВНИИ «Радуга», г. Коломна, Московской области, 2003 г.
Результаты работы демонстрировались на различных выставках, в том числе на ВВЦ (г. Москва) и были удостоены двух медалей «Лауреат ВВЦ», одна из которых за участие в разработке, создании и внедрение шланговой дождевальной установки позиционного действия. Среди них: Российская агропромышленная выставка «Золотая осень» 2002, 2003, 2004 гг.; выставка в Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.Тимирязева, 2002 г.? выставка в Российской академии государственной службы при Президенте Российской Федерации, 2002 г., (отчетное собрание РАСХН); выставка сель-, скохозяйственной техники, производимой в Московской области г. Ступино, Московская область, 2003 г..
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, из которых два патента на полезную модель.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 186 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, общих выводов. В работе содержится 76 рисунков, 19 таблиц, 10 приложений и список литературы из 103 источников.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю профессору А.И. Рязанцеву, сотрудникам отдела систем орошения дождеванием ФГНУ ВНИИ «Радуга» ведущему инженеру А.Г. Никитину, старшему научному сотруднику С.Л. Шленову, инженеру O.K. Богаче-вой, а также главному мелиоратору ГУП «ПНО Пойма» Н.И. Корушенкову за оказанную помощь в научных исследованиях и подготовку диссертации к защите.
Краткий обзор технологий и средств механизации полива приусадебных и садово-огородных участков
В различных регионах России большинство сельскохозяйственных культур, выращиваемых на подсобных (приусадебных) и садово-огородных земельных участках, требуют обязательного искусственного полива. Причем большая часть таких индивидуальных наделов имеет размеры не более 2,0 га, а общая площадь их в России составляет около 4 миллионов гектаров [1]. В связи с широким развитием частного сельскохозяйственного сектора, заполнившего нишу, образовавшуюся от сокращения производимой крупнотоварными хозяйствами сельскохозяйственной продукции, остро возникла проблема оснащения его средствами малой механизации, в том числе дождевальной техникой.
Среди способов полива в мире наибольшее распространение получил способ орошения дождеванием. Дождевание осуществляется с помощью дождевальных машин, установок и устройств, различающихся между собой расходом, напором, площадью обслуживания (сезонной нагрузкой), интенсивностью, способом водоподачи, трудоемкостью технологического процесса, конструктивными особенностями.
Известно, что выпускаемые промышленностью в 70-х - 90-х годах 20-го века дождевальные машины отечественного и зарубежного производства, такие как: ДФ-120 «Днепр», ДКШ-64 «Волжанка», ДДА-100МА, «Кубань», «Таврия», «Фрегат» (Россия) , концерна «Sigma» (Чехия), фирм «Irri-france», «Perrot-Regnerbaum», «De Palcha» (Франция), фирмы «Bauer» (Австрия), фирм «Davis Ag Equipment», «Ag Rain» (США) и др., являются сравнительно большерасходными и предназначены для полива больших участков площадью более 50 га. В сложившейся экономической ситуации в России практически не осталось работоспособных машин этого типа. Орошение же участков малых размеров площадью до 2,0 га этими машинами не целесообразно.
Кроме того, индивидуальные хозяйства используют раздробленные наделы земли, мелкие приусадебные участки, зажатые между соседними дворами, бросовые участки с различного рода препятствиями. Поэтому даже полосовые шланговые дождеватели, такие как ДШ-10, ДШ-30, ДДС-ЗО (отечественного производства) или ИДЛ-60Н (Болгария), PZT «Sigma» (Чехия) и др. (зарубежного производства), не всегда могут быть эффективно использованы в этих хозяйственных и рельефных условиях, поскольку затраты на их приобретение и последующую эксплуатацию не окупаются. Указанная поливная техника обладает большой энергоемкостью (давление воды на входе в машину составляет от 0,5 до 1,1 МПа) и низким качеством полива (высокой интенсивностью и большим размером капель искусственного дождя). Для эксплуатации таких установок требуется специальная планировка орошаемых площадей и подготовка рабочих-операторов.
В настоящее время полосовые шланговые дождеватели промышленностью России серийно не выпускаются, а зарубежные образцы шланговых дождевателей на внутренний рынок России поступают в ограниченном количестве и имеют высокую цену. Перспектива централизованной закупки установок этого типа за рубежом для внутренних нужд страны не просматривается. Большинство высокоинтенсивной и высоконапорной дождевальной техники 70-х — 90-х годов 20-го века считается на сегодня несовершенной и не может применяться из соображений экологической безопасности и больших энергетических затрат при поливе сельскохозяйственных культур. Поэтому в сложившейся ситуации, при отсутствии производства новой отечественной дождевальной техники, выбор её для орошения подсобных (приусадебных) и садово-огородных земельных участков ограничен. Существующее ирригационное оборудование для орошения малых площадей не всегда удовлетворяет требованиям сельскохозяйственных производителей по экологической безопасности, сохранению плодородия почв и природных ландшафтов, повышению урожайности, степени механизации труда и стоимости, кроме того, диапазон его применимости невелик. Перед землепользователем встаёт проблема подбора техники для конкретных условий своего участка. Критериями в оценке применимости того или иного вида дождевальной техники для орошения подсобных (приусадебных) и садово-огородных земельных участков, определяющими агротехнические требования к ней, являются: 1. Агробиологические требования: - показатель равномерности распределения воды по полю (коэффициент эффективного полива) КЭф 0,7; - средний диаметр капель, создаваемого искусственного дождя d 1 мм. 2. Экологические требования: - сохранение структуры почвы при дождевании; - отсутствие стоковых явлений при дождевании. 3. Технико-экономические требования: - коэффициент земельного использования (КЗИ), близкий к «1»; - производительность дождевальной установки, характеризующаяся коэффициентом использования сменного времени, Кнссм„р близкий к «1»; - низкая энергоемкость процесса полива при дождевании (низкий напор); - оснащение машин и установок малоинтенсивными и низконапорными дождеобразующими устройствами [11]. В перечне разработок отечественного и зарубежного производства, предназначенных для полива приусадебных и садово-огородных участков, площадью до 2,0 га, наиболее распространены дождеватели шланговые. Их условно можно разделить на два класса - работающие в движении и работающие позиционно. Дождевателями шланговыми, работающими в движении, называют дождеватели полосового типа с подачей воды по гибкому шлангу и имеющие перемещающиеся дождевальные аппараты (насадки), установленные на отдельные салазки (тележку) или непосредственно на корпус дождевателя. Такое расположение рабочих органов и характер перемещения дождеобразую-щих устройств являются отличительной особенностью конструкции и технологии работы дождевателей данного класса [12]. Дождеватели шланговые, работающие позиционно, представляют собой переставные и передвижные дождевальные устройства, состоящие из опоры, стояка с короткоструиными или среднеструйными дождеобразующими устройствами или опорной рамы, стояка с узлом вращения и дождевальных крыльев с насадками. Полив дождевателями такого класса осущест вляется перестановками. После выдачи заданной поливной нормы они перемещаются на следующую позицию путем подтягивания за шланг или переноса вручную [13, 14].
Технологические параметры режима орошения установкой
Анализ работы дождевальных аппаратов и насадок, применяемых на шланговых дождевальных установках позиционного действия показывает, что низконапорные короткоструйные насадки секторного действия по большинству показателей превосходят другие дождеобразующие устройства, в том числе: по энергетическим затратам (использование низкого рабочего напора и наиболее экономичного гидравлического способа образования искусственного дождя) ниже на 50...70%; радиусу действия - больше на 25...75%; размеру капель - меньше на 6...40%; материалоёмкости - меньше в 2...10 раз; равномерности распределения воды по орошаемой площади - выше на 9...50%. Кроме того, дефлекторные насадки секторного действия отличаются рядом достоинств: универсальностью - возможностью использования одновременно в качестве реактивного движителя дождевальных крыльев установок и устройства для образования дождя; малоэнергоёмкостью - использованием низкого рабочего напора воды; могут являться регулятором равномерности распределения дождя по орошаемой площади при работе в группе и повороте относительно своей оси; создают искусственный дождь с малым размером капель (менее 1,0 мм), не. вызывающий стрессового состояния у растений и быстрого заиления почвы; имеют низкую стоимость. Их применение позволяет решить проблему создания высококачественного искусственного дождя шланговых дождевальных установок позиционного действия, в том числе дождевальной установки ПДУ-1. Стабильность показателей работы насадок секторного действия, обусловленная их конструктивным исполнением, позволяет: рассчитать размеры дождевальных крыльев установок и оптимизировать их длину и таким образом снизить показатель материалоёмкости изделий (установок); более рационально использовать технологические возможности установок позиционного действия, учитывая форму и величину площади одновременного орошения насадок.
Технические средства полива садово-огородных и приусадебных участков должны обладать рядом конструктивных особенностей, учитывающих технологические приёмы и специфику выращивания орошаемых на них культур. На конструктивное исполнение установок существенное влияние оказывают различные лимитирующие факторы. К ним относятся: природные условия места расположения земельного участка; виды культур и технология их возделывания; хозяйственно-экономические условия эксплуатации поливной техники.
К природным условиям, влияющим на выбор технических средств орошения и их конструктивно-комлановочные параметры, следует отнести: рельеф орошаемой поверхности, характеризующийся общими и местными уклонами; степень естественной увлажненности территории, на которой располагается данный участок; глубину залегания грунтовых вод; водно-физические свойства почвы и подстилающего её слоя; ветровую нагрузку, существенно влияющую на равномерность распределения искусственного дождя и режимы работы дождевальных установок. К лимитирующим хозяйственно-экономическим факторам при выборе конструкции технического средства орошения относятся: высота надземной части растений, планируемых под орошение дождеванием; размер междурядий посадок; конфигурация орошаемой площади; наличие различных препятствий - лесополос, дорог, подземных и наземных коммуникаций; необходимость в перемещении установок без использования дополнительных технических средств; потребность промачивания почвы на заданную глубину в пределах корнеобитаемого слоя растений; внесение с поливной водой растворимых удобрений и химмелиорантов и многое другое.
Также необходимо учитывать специализацию сельскохозяйственного производства, то есть то, что сельхозпроизводитель планирует выращивать на своём земельном участке. Перечень выращиваемых культур достаточно велик, но в основном - это картофель, овощи и плодово-ягодные культуры, каждая из которых имеет свои технологические особенности выращивания. Однако, при всём разнообразии, общим признаком возделывания культур является упорядоченное расположение растений - наличие рядов, гряд, полос, гребней и междурядий посадок.
Анализ вышеизложенного показывает, что в конструкциях специализированной техники полива садово-огородных и приусадебных участков должен учитываться весь комплекс условий её эксплуатации, как природных, так и хозяйственно-экономических. Особые требования предъявляются к конструкции опорно-ходовых систем дождевальных установок. В мировой практике наиболее распространены следующие виды опорных оснований: штыревая (рисунок 26); треножная (рисунок 27); рамочная (рисунок 28); плоскостная (рисунок 29); колесная (рисунок 30); колесно-лыжная (рисунок 31) и лыжная (рисунок 32).
Наиболее общие требования, предъявляемые к опорно-ходовым системам технических средств малых форм орошения дождеванием, следующие: минимальные энергетические затраты и трудоёмкость (для позиционных установок) при перемещении дождеобразующих устройств; высокая надежность работы; низкие материалоёмкость и стоимость [16].
Выбор и подготовка участков для проведения исследований
Определение показателей работы установки предусматривало подготовку участков для проведения исследований (площадей орошения). Оценка работы дождеобразующих устройств (насадок) установки осуществлялась в лабораторных условиях с использованием испытательных стендов. Необходимые параметры работы насадок 03,0 мм, 04,0 мм и 05,5 мм обеспечивались насосно-силовым оборудованием с диапазоном давлений от 0,1 до 03 МПа и расходом до 3 л/с. Схема расстановки дождемеров по площади орошения с нулевым уклоном предусматривала их расположение по углам квадрата со стороной .0,5 м. Высота расположения насадок на испытательном стенде соответствовала их положению на установке во время полива (рисунок 53). Скорость ветра при лабораторных исследованиях насадок была равна нулю.
Лабораторно-полевые исследования установки проводились при поливе газонов и цветников на выровненном участке. Оценка работы установки проводилась на месте эксплуатации при общем уклоне участка, допускаемом агротехническими требованиями и не превышающем ОД. Высота растений не превышала агротехнический просвет установки. Размер участка подбирался с таким расчетом, чтобы на нем можно было выполнить весь объём работ, предусмотренный-программой исследований. Для определения показателей работы установки с вращающимися крыльями дождемеры расстанавливались вдоль радиуса орошения на всю ширину захвата установки без учета перекрытия соседних позиций. Расстояния между центрами дождемеров по радиусу полива составляло 1,0 м. Дождемеры расставлялись по трем лучам (радиусам), расположенным друг от друга под углом 30 на расстоянии 15 м. Ёмкость дождемеров превышала 0,5 л, а их приёмная площадь равнялась 100 см2 (рисунок 54).
Проведение исследований при отработке технологии полива и эксплуатационно-технологической оценке в хозяйственных условиях осуществлялось на поливе капусты и моркови. Существенным являлся тот факт, что орошаемый участок находился в пределах одного агроландшафта с водозабором, чем обеспечивалась замкнутость водного баланса. Расходные и приходные его составляющие хотя и возрастали за счет орошения, но в целом оставались равными, что исключало использование дополнительных затрат энергии на полив и сброс воды на сопредельные ландшафты. Участок разбивался на равновеликие площадки квадратной формы с помощью мерной ленты. В углах квадрата расставлялись дождемеры. Размер учетной площадки при расчетном1 радиусе орошения установки не менее 8,0 метров составлял 1 м . Количество площадок было кратным площади полива установки с одной позиции.
Исследования опытного образца шланговой дождевальной установки позиционного действия с расходом до 1,0 л/с в хозяйственных условиях (рисунок 55) проводились на территории Государственного унитарного предприятия «Научно-производственное объединение «Пойма» (ГУП «НПО «Пойма») Луховицкого района Московской области, отделение «Маяк», с. Дединово с 10.05.04 г по 15.09.04 г и соответствовали условиям, указанным в таблице 10.
Перечень используемых приборов включал в себя такое их количество, чтобы можно было выполнить весь объём работ, предусмотренный рабочей программой исследований. При подготовке оборудования и приборов обеспечивалась полная надежность и безотказность их действия, а также необходимая точность измерений. Все приборы, которые применялись при исследованиях установки прошли государственную проверку в установленном порядке. Приборы имели действующее клеймо или свидетельство государственной проверки. Для проведения исследований и определения параметров работы шланговой дождевальной установки позиционного действия использовались приборы и оборудование, номенклатура и характеристики которых представлены в Приложении И. При установке приборов и оборудования для измерений учитывалось удобство оперирования и отсчетов, а так же возможность воздействия на приборы окружающей обстановки. При визуальных отсчетах шкалы приборов были хорошо освещены и находились в положении, исключающем параллакс. Дополнительные элементы измерительных приборов и детали размещались на местах, обеспечивающих удобства пользования ими во время измерений. Все приборы устанавливались правильно и устойчиво. Расположение приборов не влияло на исследуемый технологический процесс и конструкцию установки. Перед проведением исследований аппаратура и приборы проходили тарировочную проверку.
Исследование качественных показателей работы установки
Энергетические показатели усовершенствованной установки определялись при установившемся режиме работы и характерной для приусадебных и садово-огородных участков поливной норме 300 м3/га. Потребляемая мощность установки составила 0,092 кВт, что по сравнению с потребляемой мощностью установки ПДУ-1 (0,137 кВт), на 33% меньше.
Затраты энергии подводимого к установке потока распределялись на преодоление гидравлических сопротивлений в дождевальных крыльях, деформацию потока и образование водяного факела насадок, преодоление сил сопротивления в узле вращения установки и силы сопротивления воздуха, действие которой приводило к перфорации образующейся водяной пленки и последующему её распаду на капли искусственного дождя. Определение количественных показателей распределения энергии, подводимого к установке водного потока, программой исследований не предусматривалось.
Для оценки силы реакции вытекающей из насадок воды проводились динамометрические измерения следующим образом. Непосредственно к корпусу насадок 03,0 мм и 04,0 мм присоединялся динамометр с пределом измерения до 5,0 Н. Измерение силы реактивной тяги каждой насадки осуществлялось в направлении перпендикулярном оси дождевального крыла и свободном сливе воды из другой реактивной насадки. Результаты измерений показали, что для насадки 03,0 мм развиваемая сила реактивной тяги при угле вылета водяной пленки относительно горизонта р=15 составила 1,4 Н, а для насадки 04,0 мм, развернутой относительно оси дождевального крыла на угол а 35 с тем же значением р = 15 составила 1,5 Н. Таким образом, измерения показали, с одной стороны, что у обоих насадок реактивные силы имеют близкие значения и они образуют пару сил, обеспечивающую равномерное вращение крыльев, а с другой, что развиваемые реактивные усилия насадок, направленные на преодоление сил сопротивления, достаточны по величине и обеспечивают стабильное вращение крыльев установки, при соотношении плеч указанных сил (радиуса подшипника скольжения пары фторопласт-сталь узла вращения и радиуса вращения насадок относительно их общего центра) составляющем 1 : 150.
Хронометражные наблюдения за поливом позволили установить номинальную частоту вращения крыльев установки равную 0,12 Гц или 7 об/мин. При указанном рабочем давлении на входе в установку частота вращения крыльев постоянна и не оказывает влияние на среднюю интенсивность искусственного дождя установки.
Усилие, необходимое для перемещения установки при подтягивании за шланг по влажной почве междурядий, определялось с помощью пружинного динамометра и составило по осредненным значениям 123,5 Н, что соответствует значению коэффициента трения скольжения равному 0,85. Усилие, необходимое для переноса установки на соседнюю позицию, было равно 140,0 Н, что позволяет.обслуживать установку одному оператору.
Лимитирующим фактором условий применения установки является значение местных уклонов орошаемых земельных участков. Теоретически и экспериментально обоснованным является максимальный местный уклон в 23...25, при горизонтальном расположении крыльев установки. Поскольку величина уклона связана с технологическими особенностями размещения посадок орошаемых культур т. е. с размерами междурядий, то при проведении исследований в хозяйственных условиях проводились опыты по изучению устойчивости установки на опрокидывание во время полива. Исследования подтвердили, что: в стандартных междурядьях размерами от 0,3 м до 0,9 м установка может размещаться с расстоянием между полозьями опорной части 0,7...0,75 м; установка сохраняет устойчивость при местных уклонах до 23, что существенно не влияет на величину агротехнического просвета и не приводит к повреждению посадок; горизонтальное положение крыльев установки достигается за счет поворота платформы в узле крепления стоек полозьев. Однако, сохраняя неизменным расстояние между полозьями, устойчивость установки убывает при поднятии дождевальных крыльев на определенный угол (для полива кустарников и пальметных садов). Это объясняется увеличением высоты расположения центра масс установки. В результате опытов установлена зависимость допустимого местного уклона орошаемого участка от высоты подъема (угла наклона) дождевальных крыльев установки. Графическая интерпретация этой зависимости представлена на рисунке 73 .
Согласно полученным экспериментальным данным усовершенствованная дождевальная установка имеет показатели средней интенсивности дождя icp = 0,185 мм/мин и средний диаметр капель dcp = 0,85 мм. Следовательно, достоковая поливная норма для установки равна 590 м /га. Известно, что чем больше достоковая поливная норма, тем шире диапазон применения дождевальной техники. Это позволяет утверждать, что исследованную установку можно применять для полива без образования поверхностного стока (экологически безопасного полива) ни только на почвах данного типа, но и более тяжелых по механическому составу.
Другой важной технологической задачей является выбор схемы полива участка, обеспечивающей максимально возможную равномерность распределения поливной воды по орошаемой площади при установленной поливной норме. Используемая технологическая схема полива характеризуется рядом показателей. Показателем равномерности распределения дождя является коэффициент эффективного полива КЭф. Его значение непосредственно определяет урожайность орошаемой сельскохозяйственной культуры. Кроме того, технологическая схема полива характеризуется затратами труда на перемещение установки с позиции на позицию, временем стоянки на позиции и другими эксплуатационно-технологическими параметрами. Для выбора оптимальной технологической схемы полива, максимальных и минимальных расстояний между позициями по линии гидрантов 1г и линии трубопроводов 1т, соответствующих ей, использовались три варианта расстановки позиций для полива с учетом перекрытия. Первый вариант предусматривал определение показателей работы установки со схемой расстановки при минимальном расстоянии между позициями 1т =13,4 м, а максимального расстояния между позициями 1г=15,4 м, что соответствовало теоретическим расчётным данным.
