Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Проблемы и перспективы совершенствования методов, систем контроля, управления и оценки качества полива дождевальными машинами фронтального действия (ДМФД) 11
1.1 Полнота и достоверность оценки качества полива, совершенствование методов и средств контроля его показателей 11
1.2 Проблемы и перспективы совершенствования способов и средств управления ДМФД 23
Глава 2 Теоретические исследования качества управления дождевальной машиной фронтального действия, достоверности контроля и оценки полива 31
2.1 Структурная схема конструкции ДМФД, концептуальная модель управления 31
2.2 Структура и передаточные функции ДМФД 41
2.3 Способы стабилизации длины многоопорной машины заданием форм перемещения и оценка качества их работы 54
2.4 Синтез и разработка обшей структуры, обоснование параметров системы управления (СУ) ДМФД, режима орошения... 62
2.5 Разработка метода, методики расчета и определения динамической составляющей показателей качества выполнения технологического процесса дождевания 70
2.6 Обоснование технических решений электроснабжения ДМФД 88
2.7 Разработка способов повышения достоверности измерений и требований к средствам контроля показателей качества полива 97
Глава 3 Разработка ДМФД, средств контроля, управления и теоретическая оценка качества работы 118
3.1 Разработка физических моделей ДМФД 118
3.2 Управление работой однокрылой ДМФД для внесения подготовленных животноводческих стоков 134
3.3 Разработка ДМФД с централизованным электроснабжением 150
3.4 Разработка информационно- измерительных систем для оценки качества работы ДМФД 170
Глава 4 Экспериментальные исследования достоверности научных положений и оценка качества выполнения технологического процесса (ТП) полива, работы ДМФД 185
4.1 Физическое моделирование движения, оценка достоверности научных положений и качества выполнения ТП 185
4.2 Исследования качества выполнения ТП полива ДМ "Коломенка- 100" с индукционной системой управления 197
4.3 Исследование показателей качества работы ДМФД с централизованным электроснабжением 206
4.4 Исследование влияния точности измерения на показатели оценки качества дождя 211
4.5 Оценка размера и скорости капель дождя 229
Глава 5 Разработка рекомендаций по контролю и управлению дождевальной машиной фронтального действия 240
5.1 Программа и методика исследований, испытаний ДМФД для оценки динамической составляющей показателей качества выполнения ТП дождевания (основные положения) 240
5.2 Методика укладки направляющей для автоматического вождения ДМФД 246
5.3 Методика контроля показателей качества дождя, работы поливной техники 247
5.4 Совершенствование технологии многофункционального орошения и разработка машины с лазерной системой управления 256
Глава 6 Экономическая эффективность научных разработок 266
6.1 Экономическая эффективность работы ФДМ с автоматическим управлением 266
6.2 Экономическая эффективность информационно-измерительных систем оценки качества полива . 285
6.3 Реализация разработанных средств контроля, управления и полива 292
Общие выводы 294
Литература 297
Приложения 319
- Проблемы и перспективы совершенствования способов и средств управления ДМФД
- Способы стабилизации длины многоопорной машины заданием форм перемещения и оценка качества их работы
- Управление работой однокрылой ДМФД для внесения подготовленных животноводческих стоков
- Исследования качества выполнения ТП полива ДМ "Коломенка- 100" с индукционной системой управления
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основным способом механизации и автоматизации орошения является дождевание. В России 2003 году полив дождеванием производился на площади 4,5 млн. га. Около 70% этой площади поливают широкозахватные дождевальные машины. Наиболее высокие показатели качества работы - могут обеспечить дождевальные машины фронтального действия (ДМФД). Сама машина без системы управления не самовыравнивается и при малейших возмущающих воздействиях может самопроизвольно смещаться на орошаемом участке. При этом резко возрастает повреждаемость растений и снижается равномерность дождевания, до 50% может меняться скорость движения машины в заданном направлении и норма полива.
Для устранения этого негативного явления необходимо разрабатывать системы управления, находить их оптимальную структуру, чтобы обеспечить устойчивую динамику движения ДМФД, оптимальные показатели качества полива. Обеспечение лимитируемого режима орошения, создание устойчивых систем управления, теоретическая оценка динамики работы ДМФД требуют разработки метода и методики расчета динамической составляющей показателей качества выполнения технологического процесса (ТП) полива, а экспериментальной оценки -дополнительно программу и методику испытаний.
Из многообразия фронтальных дождевальных машин, кроме ДМФД «Коломенка-100», нет машины, способной работать непрерывно в автоматическом режиме от закрытой сети. Для обеспечения экологической безопасности от загрязнения окружающей среды необходима машина, способная утилизировать животноводческие стоки и обеспечить высокие показатели качества.
Вредное влияние на окружающую среду оказывают продукты сгорания жидкого топлива от дизель-генераторной установки, и для обеспечения экологической безопасности целесообразно переводить ДМФД, особенно широкозахватные, на централизованное электроснабжение.
Для восстановления парка машин в течение 2...3 лет сельскому хозяйству нееобходимо поставить порядка 60 тысяч дождевальной техники, чтобы поливать в полном объеме площади орошаемых земель, причем с существенным увеличением доли фронтальных машин с высоким качеством дождя.
При таких масштабах внедрения ошибка при оценке качества дождя может привести к тому, что дождевальная техника с недопустимыми показателями будет рекомендована к производству. Применяемые в дожде-
вании методы и средства контроля характеристик дождя мало эффективны и не учитывают энергетические характеристики дождя, регистрируемое количество капель недостаточно, обьем дождемера выбирается произвольно, порог чувствительности приборов остается без внимания, в результате чего погрешность при определении показателей качества полива достигает 40%. Разработка более совершенных методов и систем контроля параметров дождя позволила бы определить его характеристики с высокой точностью, повысить производительность труда при исследовании и испытании дождевальной техники.
Целью исследований является разработка методов, систем контроля и управления, оценка работы дождевальных машин фронтального действия, обеспечивающих высокие показатели качества выполнения технологического процесса полива, экономию водных, земельных, энергетических и материальных ресурсов и повышение достоверности получаемой информации.
Для реализации указанной цели необходима разработка:
концептуальной модели управления и передаточных функций машин;
методики расчета и определения динамической составляющей показателей качества выполнения ТП полива, работы ДМФД;
физических моделей и моделирования процесса движения, форм перемещения ДМФД;
- технических решений централизованного электроснабжения
ДМФД и оценка качества их работы;
системы управления ДМФД с внесением животноводческих стоков, оценка качества работы машины;
метода испытаний ДМФД для определения динамических составляющих показателей качества полива;
систем контроля показателей качества выполнения технологического процесса дождевания ДМФД;
методики контроля и расчета показателей качества дождевания, достоверной оценки создаваемого дождя.
Методология исследовании. Теоретические исследования устойчивости движения, разработка концепции, структуры и передаточных функций ДМФД, как объектов управления, синтез систем управления, методики расчета и оценка показателей качества дождевания и достоверной оценки создаваемого дождя осуществлены на основе системного подхода, системотехники, методов теории автоматического регулирования с использованием физико-математического моделирования, математической статистики и теории вероятности.
Экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях выполнены с целью проверки теоретических положений с применением физического моделирования, дождевальных машин, специальной измерительной аппаратуры и приборов.
Разработка машин, систем контроля и управления проводилось по ЕСКД. Экспериментальные исследования динамики движения, показателей качества работы ДМФД, показателей качества дождевания проводились по специально-разработанным методикам, программам, а также в соответствии ОСТ 70.11.1-74 ...ОСТ 10.11.1-2000 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и установки дождевальные. Методы оценки функциональных показателей» с применением созданных измерительно-информационных систем с целью проверки теоретических положений.
Оценка работы систем контроля, обработка экспериментальных данных осуществлена методами математической статистики.
Научная новизна работы заключается в разработке концептуальной модели управления ДМФД и метода расчета динамической составляющей показателей качества производимого технологического процесса дождевания, принципов электроснабжения, технических решений построения систем управления, обеспечивающих устойчивость движения машины и заданный режим орошения, способов повышения достоверности контроля характеристик дождя, в т.ч. энергетических, и информационно-измерительных систем, позволяющих повысить производительность труда, точность измерения, объективность оценки дождевальной техники. Новизна защищена 14 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения, вт. ч. 6 на способы.
Основные защищаемые положения. На защиту выносятся:
концептуальная модель управления и передаточные функции фронтальных дождевальных машин;
метод определения динамической составляющей показателей качества производимого технологического процесса дождевания;
технические решения построения системы управления ДМФД для утилизации животноводческих стоков;
- технические решения централизованного электроснабжения
ДМФД;
методика испытаний для оценки устойчивости движения ДМФД и динамической составляющей показателей качества выполняемого ТП полива;
способы повышения достоверности измерений, требования к средствам контроля, технические решения построения информационно-измерительных систем, методики определения характеристик дождя,
включая энергетические, лужеобразования, времени работы и простоя поливной техники, обеспечивающих малую статистическую погрешность.
Практическая значимость работы. Рекомендуемая методика определения динамической составляющей показателей качества дождевания позволяет на стадии разработки находить оптимальные или приемлемые параметры, уставки регулятора, системы управления, режима орошения, связать воедино с параметрами машины, а предлагаемый метод испытаний оценить качество выполняемого технологического процесса, устойчивость движения машины. Оба метода могут использоваться КБ при создании дождевальных машин, МИС - при проведении госиспытаний, эксплуатационные подразделения - задании требуемых режимов орошения.
Методика прокладки направляющей движения фронтальной машины может использоваться при строительстве оросительных систем.
Созданные машины «Кубань-Э», «Коломенка-100» используются для качественного экологически безопасного орошения сельскохозяйственных культур, утилизации животноводческих стоков, устранения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания жидкого топлива.
Созданные системы контроля и определения показателей качества работы ДМФД автоматизируют и упрощают процесс измерения и обработки получаемой информации, позволяют проводить более качественную оценку дождя, работу дождевальных машин, повышают производительность труда в десятки раз, использовались и могут применяться в НИИ, КБ, МИС на стадии разработки новой и модернизации существующей дождевальной техники, проведении испытаний, в т.ч. Государственных.
Достоверность результатов исследований подтверждена:
необходимым объемом экспериментальных данных, полученных в лабораторных и полевых условиях при исследовании динамики движения ДМФД на физических моделях, экспериментальных и опытных образцах, проведении специальных и государственных испытаний машин, достоверности измерения систем контроля в сравнении с образцовыми приборами;
идентичностью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Личный вклад автора. Состоит в разработке концептуальных и методических основ постановки и выполнения исследований, проведении и анализе экспериментов, оценке качества полива. Автором выполнены:
аналитическая оценка научно-технической литературы и патентных источников по теме исследований;
разработка концептуальной модели управления дождевальными машинами фронтального действия;
разработка метода, методики расчета динамической составляющей показателей качества полива, спецпрограмм и методики испытаний машин по их определению;
- разработка рабочих чертежей, принципиальных и структурных
схем систем с различными способами управления, изготовление двух-
опорной и многоопорной моделей ДМФД, аппаратуры, оценка качества
регулирования;
теоретические и экспериментальные исследования динамики движения, качества выполнения технологического процесса полива при управлении дождевальными машинами фронтального действия «Коломенка- 100», «Кубань-Э»;
разработка принципиальных и структурных схем информационно-измерительных систем, способов контроля размера и скорости падения капель дождя, лужеобразования, времени работы и простоя машин, методик определения характеристик дождя, в т.ч. энергетических, эрозионно-допустимой нормы полива, показателей надежности, участие в изготовлении аппаратуры;
- организация внедрения ДМФД, средств управления и контроля.
Реализация результатов исследований. Полученные передаточные
функции ДМФД, найденная обобщенная структура систем управления, разработанные метод расчета динамической составляющей показателей качества выполнения технологического процесса дождевания и принципы электроснабжения воплощены при создании ДМФД «Коломенка-100», «Кубань-Э», изготовлено или переоборудовано более 42 машин. На их базе созданы оросительные системы в Московской, Ростовской областях, Краснодарском крае и других регионах страны на площади порядка 6 тыс.га.
Разработанные способы повышения достоверности контроля, методики регистрации и определения показателей качества работы ДМФД позволили создать ряд измерительно-информационных систем (ИИС) и средств контроля характеристик дождя (системы «Спектр»), лужеобразования и стока дождевой воды (микроконтроллерный анализатор луж МКЛ-1), времени работы и простоя поливной техники (микроэлектронный цифровой регистратор МЦР, МЦР-1), контроля и управления технологическими процессами (микроэлектронный цифровой контроллер МКЦ, МКЦ-1, микрокомпьютерный контроллер УМ), которые учитыва-
ют всю полноту характеристик дождя, в т.ч. энергетические, контролируют показатели качества с высокой точностью и повышают производительность труда в десятки раз.
Изготовлена партия вышеуказанных систем контроля и приборов (более 120 шт.), которые использовались в ФГНУ ВНИИ «Радуга» (г. Коломна), ВНИИГиМ, ВИСХОМ, МИИСП, МГУ (г. Москва), ВНИИ защиты почв от эрозии (г. Курск), СКВ «Дождь», СевНИИГиМ (г. Санкт-Петербург), Институте оптики атмосферы (г. Томск), Красноярском СХИ (г. Красноярск), ЦНИИМаш (г. Калининград Московской области) и ряде других организаций для разработки, совершенствования и поиска оптимальной конструкции различных дождевальных аппаратов, насадок и оценки качества их работы (аппараты Роса-1М,2М,ЗМ, ЗС, ДД-30, аппараты ДМ «Фрегат», дефлекторные насадки ДМ «Кубань» секторного и кругового действия, аппарат «Сила-30», аппараты ВНИИГиМ, импульсный аппарат МГМИ, насадки с ложкообразным дефлектором и т.д.) и установки их на машинах «Фрегат», «Кубань», «Коломенка-100», ДКШ «Волжанка», «Бригантина», шлейф ЭДА-400 и другой дождевальной технике. Микроэлектронные приборы внедрены в Московской, Ростовской областях, Алтайском крае, Крыму и других регионах. Результаты диссертации вошли в СНиП и РД на машину «Коломенка-100», проекты оросительных систем с ДМФД «Кубань-Э», «Коломенка-100».
Апробация работы. Основные результаты исследований по диссертации докладывались и обсуждались на Международном Российско-Египетском семинаре (Египет, г. Каир, 2004), Международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие и энерго-эффективные технологии и техника в орошаемом земледелии» (ФГНУ ВНИИ «Радуга», г. Коломна, 2003г.), Международной конференции «Экологические проблемы мелиорации» (ВНИИГиМ, г. Москва, 2002 г.), 3-ей Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергоснабжение в сельском хозяйстве» (ВИЭСХ, г. Москва, 2003 г.), Международной научно-практической конференции «Земледельческая механика в растениеводстве» (ВИМ г. Москва, 2001 г.), Всесоюзной научной конференции по вопросам обеспечения сельского хозяйства измерительными и регулирующими приборами, устройствами и лабораторным оборудованием, развитие метрологии в сельском хозяйстве («Агроприбор», г. Москва, 1975 г.), Всесоюзном совещании по проблеме 0.52.01., Управление комплексом факторов жизни растений на мелиорируемых землях (ВНИИГиМ, ВНПО «Союзводавтоматика». Фрунзе, 1977 г.), Всесоюзном семинаре «Опыт электрификации сельского хозяйства на основе ускорения научно-технического прогресса» (ВИЭСХ, г. Тернополь, 1987 г.), на на-
учных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МИИСП им. Горячкина, (г. Москва 1975, 1977, 1978, 1981 гг.), семинаре «Процессы в иерархических информационных структурах» (Москва-Коломна, ВЗПИ, 1986 г.) и ряде других.
Результаты работы, системы, приборы многократно демонстрировались на ВДНХ СССР, ВВЦ и были удостоены 8 медалями и 2 дипломами, в т.ч. на 2-ой Международной выставке-ярмарке «Инновация 99. Технологии живых систем. Технологии и наукоемкая продукция» (ВВЦ, 1999 г.), Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (ВВЦ, 2002, 2003г.).
Публикация. По материалам диссертации опубликованы 64 печатные работы в центральных научных и научно-практических журналах, сборниках научных трудов, в том числе монография «Методы, системы управления, контроля и оценки качества работы фронтальных машин», получено 14 авторских свидетельств и патентов, из них 6 на способы.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 318 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, общих выводов. В работе содержится ИЗ рисунков, 20 таблиц и 6 приложений. Список литературы насчитывает 286 наименований, в том числе 51 на иностранных языках.
Проблемы и перспективы совершенствования способов и средств управления ДМФД
На данном этапе промышленностью выпускаются фронтальные дождевальные агрегаты и машины типа ДЦА-ЮОМА, ДДА-ЮОВХ, ДДА-100ВМ, Дф-120 "Днепр". При доработке они способны работать в автоматическом режиме и поддерживать заданное направление движения относительно базовой линии, обеспечить высокое качество дождя [216]. Позднее были созданы машины нового поколения - широкозахватные многоопорные фронтальные машины с автоматическими системами управления вождением по направляющей, это машины "Кубань-М", "Кубань-Л", "Таврия", "Кубань-ЛШ", "Мини Кубань-ФШ", "Ладога", "Мини Фрегат-ФПГ, "Каравелла", производства России, Украины и зарубежных фирм "Zimmatic", "Valley Rainger" (США), "Di Palma Irrigation" (Франция) и другие [110,168, 169, 181, 184]. Можно подобрать дождевальные аппараты, насадки, оптимизировать их расстановку и создать вдоль машины дождевой пояс с идеальной равномерностью распределения интенсивности дождя, слоя осадков. Однако из-за того, что фронтальная машина не является самовыравнивающим объектом, постоянно будет отклоняться в сторону от заданного направления и совершать колебательные движения. Из-за колебания и осевого смещения резко повысится повреждаемость, а точнее заминае-мость растений, существенно снизится равномерность полива. При этом скорость машины в направлении движения может снизиться, а фактическая норма полива, по сравнению с задаваемой, увеличиться в 2 раза. Все зависит от опыта водителя-оператора машины (ДЦА-100МА, ФДМ "Днепр") или качества работы применяемой системы автоматического управления (ФДМ "Кубань", "Таврия").
На одном участке поля качество полива будет отвечать агротехническим требованиям, а на других существенно отличаться как по направлению движения, так и вдоль машины. Необходимо знать как статическую составляющую показателей качества полива, характеризующую работу дождевальных аппаратов, насадок, качество их расстановки, так и динамическую, характеризующую качество работы системы управления машины, ее способность обеспечить лимитируемые агроэкологиче-ские характеристики.
Если статическим показателям качества полива уделяется много внимания, то динамическим значительно меньше. Без знания передаточной функции машины, ее математического описания, как объекта управления, дающую взаимосвязь между входной и выходной величинами, нельзя создать устойчивую систему управления, которая обеспечила бы высокие показатели качества полива, нельзя определить их динамическую составляющую. При определении передаточной функции нет единого подхода к выбору ее структуры входной, особенно, выходной величинам. При создании системы автоматического управления перемещением машины в заданном направлении главным, основополагающим динамическим элементом ее является регулятор, который, в конечном счете, определяет качество работы, качество выполнения технологического процесса дождевания. Поиск типа регулятора, как динамического звена, допустимых его параметров с учетом передаточной функции машины, координаты, места его крепления - одна из главных задач синтеза системы управления и оптимизации технологического процесса дождевания.
Прежде чем создать любую технику, производится расчет ее параметров и оценка работы. Без разработки методики расчета и определения динамической составляющей показателей нельзя в полной мере оценить качество работы машины и ее системы управления, которая учитывала бы режим орошения и конструктивные параметры машины.
Для стабилизации длины многоопорных дождевальных машин и приемлемых показателей качества полива, в состав системы управления, вводят систему синхронизации движения промежуточных тележек с таким законом регулирования, чтобы обеспечить заданную фронтальную форму перемещения.
Экспериментальные исследования, опыт, проводимые испытания дают объективную оценку теоретическим изысканиям, полученным зависимостям, расчетным параметрам, оценить итог создания дождевальных машин. Основным документом, где отражена методика испытаний дождевальных машин, является ОСТ 10.11.1-2000 [156], в которой нет методики определения устойчивости движения дождевальной машины (ДМ) и определения динамической составляющей показателей качества работы.
Исследования, направленные на разработку динамической модели движения и оценку качества работы фронтальных многоопорных дождевальных машин, проводились в нашей стране и за рубежом. Это работы Афанасьева В.М., Гринь Ю.И., Губер КЗ., Егорова А.В., Зарицкого B.C., Курилова Ю.А., Левина AT., Лисунова В.И., Настенко Н.Н., Пензина М.П., Полетаева В.Д., Рек са Л.М., Федорова Р.Л., Юлдаше-ва З.Ш., James L., Мс. Neill Е,, Ron Larsen и ряд других [5, 6, 7, 29, 34, 45, 65, 66, 68, 69,72,73,75,83,96,111,120,133,140,141, 163, 164, 179, 180,218]. Анализ научно-технических источников показывает, что в качестве входного сигнала машины, как объекта управления, одни предлагают выбрать угол поворота датчика или угол его рассогласования, другие отклонения, третьи отклонения и угол отклонения, т.е. промежуточные параметры самого регулятора. Отсюда нельзя распространить расчеты параметров на другие системы управления, так как вид передаточных функций машин будет отличаться друг от друга. В качестве выходного контролируемого сигнала предлагаются выбрать угол поворота машины (сохранение фронтальности ее движения), другие угол направления движения машины (выдерживание курса так, чтобы при движении с начала орошаемого участка она пришла в конец поля, намеченную точку), хотя все авторы, в конечном счете, пытаются свести расчет и вычислить величину бокового смещения, которое определяет повреждаемость растений. При воздействии возмущающих воздействий (рельефа, влажности почвы и сцепления колес с почвой, кривизны направляющей) в первом случае машина, хотя и будет двигаться фронтально, но постоянно будет смещаться в сторону от заданного направления, уходя с участка и повреждая растения. Во втором случае машина может смещаться в сторону по кривой, хотя, в конечном счете, придет в заданное местоположение на конце поля, отчего показатели качества работы значительно могут ухудшаться с каждым проходом машины, особенно в середине поля.
Способы стабилизации длины многоопорной машины заданием форм перемещения и оценка качества их работы
Двухопорные фронтальные дождевальные машины имеют сравнительно малую ширину захвата (до 100...120 м). С целью увеличения ширины захвата дождем создают многоопорные дождевальные машины фронтального действия (МДМФД). Такие машины обладают шестью степенями свободы (перемещение и вращение вдоль координатных осей), и только одна из них (перемещение вдоль участка) явля ется основной, рабочей. Все остальные возникают в процессе работы под влиянием дестабилизирующих факторов и являются паразитными. Машина в ходе работы может хаотично перемещаться и отклоняться на поле, при этом заминая почву и повреждая сельскохозяйственные культуры. Для устранения этого явления, особенно при многократных возвратно-поступательных движениях от начала гона до конца и обратно, необходимо, чтобы каждая тележка двигалась по одной, первоначальной колее. Этого можно достичь в том случае, если конструкция, длина и форма машины будут стабильными, а осуществить с помощью щ систем синхронизации движения опорных тележек и системы стабилизации движения машины в заданном направлении с минимальным осевым отклонением. Система синхронизации должна сохранять форму МДМФД на протяжении всего гона и не менять расстояния между опорными тележками и общую ширину захвата. В данном случае стабилизацию формы перемещения предлагаем характеризовать установившимися стрелой общего выбега (отставания) тележек машины Нф, расстоянием между крайними опорными тележками V и сокращением расстояния между ними AL. Причем это сокращение можно найти по зависимости где L- максимальное расстояние между крайними тележками, когда все тележки находятся на одной линии. Динамический процесс стабилизации характеризуется пройденным расстоянием (длиной пути) Sc и временем tH от запуска или реверса машины до набора формы.
При сохранении формы во время движения машины будет более высокий коэффициент земельного использования и низкая повреждаемость растений. При этом упрощается описание математической модели машины как объекта управления, расчет и синтез системы регулирования движения машины в заданном направлении, анализ и простота понимания физической сущности происходящих процессов. При всем многообразии конструктивных решений предлагаемых систем синхронизации движения опорных тележек можно выделить линейную, выпуклую, вогнутую и комбинированную форму фронтального перемещения многоопорной дождевальной машины [5, 6, 83, 96, 111, 133,140, 141, 164].
Многоопорную дождевальную машину с линейной фронтальной формой движения можно представить как двух опорную. У такой машины не меняется (в пределах ошибки регулирования) расстояние между опорными тележками, в том числе крайними (дХ = 0), почти не будет стрелы выбега тележек (Нф = 0), практически может отсутствовать время, путь стабилизации формы при начальном движении или реверсе. Однако осуществить стабилизацию линейной формы машины затруднительно и экономически не целесообразно из-за конструктивной сложности системы и машины в целом. При этом будет снижаться скорость движения МДМФД, возрастать норма полива из-за возмущающих воздействий, частота включений, снизится надежность работы машины. Данную систему синхронизации можно применять, когда будет использоваться аналоговые системы стабилизации, а опорные тележки снабжены электроприводами постоянного тока или аналоговыми гидроприводами (сервоприводами) или будет использоваться жесткая конструкция машины с ведущими крайними и ведомыми промежуточными тележками.
Большинство фронтальных дождевальных машин имеют системы синхронизации опорных тележек с заданием выпуклой формы перемещения по орошаемому участку (ФДМ «Кубань», «Zimmatic», «Valley Rainger», «Nuble Linear» и др.) [Ill, 159,168,169,196,218].
Суть данного способа синхронизации заключается в том, что задается скорость крайних тележек, которая меньше скорости промежуточных. Уменьшение скорости крайних опорных тележек можно осуществить изменением передаточного числа редуктора или регулированием постоянного напряжения, относительным временем включения q или расходом подачи воды О , когда применяются приводы тележек с двигателями постоянного, переменного напряжения или гидромеханические соответственно.
Управление работой однокрылой ДМФД для внесения подготовленных животноводческих стоков
Широкозахватная дождевальная машина фронтального действия с водозабором от гидрантов закрытой оросительной сети для орошения подготовленными животноводческими стоками и водой ДМФД "Коломенка-100" предназначена для орошения кормовых технических и высокостебельных культур, многолетних трав, лугов и пастбищ, в разработке которой (система управления) непосредственное участие принимал автор в качестве научного руководителя и ответственного исполнителя. При использовании машины не требуется специальной планировки поля.
Дождевальная машина "Коломенка-100" (рис. 3.12, 3.13) представляет собой движущийся фронтально водопроводящий трубопровод, выполненный в виде отдельных пространственных ферм, шарнирно связанных между собой и опирающихся на 10 опорных тележек с электроприводом, при помощи которых осуществляется перемещение по орошаемому участку. Концевые участки водопроводящего трубопровода выполнены в виде консолей.
На фермах находятся дождевальные аппараты типа "сегнерово колесо", которые, вращаясь, разбрызгивают поливную жидкость.. Между собой фермы соединены при помощи шаровых соединений. Шаровые соединения обеспечивают трубопроводу машины гибкость в вертикальной и горизонтальной плоскости для обеспечения работы системы синхронизации фронтального движения.
Подача в машину поливной жидкости в движении осуществляется при помощи шарнирного трубопровода, представляющего собой двухзвенный шарнирный механизм, отдельные секции которого выполнены в виде напряженных пространственных ферм и связанных между собой при помощи шаровых соединений. Одним концом двухзвенный шарнирный трубопровод соединяется посредством шарового соединения с трубопроводом машины, другим опирается на энергетическое устройство. Энергетическое устройство представляет собой самоходную дизель-генераторную установку, в конструкции которой имеется задвижка с электроприводом и подсоединительный телескопический трубопровод, при помощи которого реализуется подача жидкости к машине от гидранта закрытой оросительной сети. Подключение машины к гидранту оросительной сети и отключение от него проводится оператором вручную.
Полив водой совместно с животноводческими стоками требует периодической промывки машины. Для этого на ее конце установлена электрозадвижка (концевая задвижка), которая периодически открывается и закрывается. Длина машины между крайними опорными тележками составляет 405м, максимальная транспортная скорость машины vT = 2,35 м/мин.
Для обеспечения устойчивого движения машины вдоль гидрантов проложен направляющий кабеля на глубине 0,7 м индукционной системы управления (СУ). Расстояние между гидрантами равно 108 м, применялся закрытый оросительный трубопровод РТЯ-220, расход воды составлял 100 л/с.
Технология полива заключается в следующем. После подключения машины к гидранту оператор запускает дизель-генераторную установку, устанавливает необходимый режим ее работы и осуществляет подачу электроэнергии на машину. Затем проводит контроль готовности и осуществляет подачу поливной жидкости в трубопровод машины. Для этого оператор открывает задвижку с электроприводом и производит пуск машины. После выполнения указанных операций оператор в течение 5...10 минут наблюдает за процессом полива и затем переезжает к другим машинам. Движение и полив осуществляется машиной в автоматическом режиме. По окончании прохода машина автоматически останавливается и прекращается полив путем автоматического закрытия задвижки с электроприводом. После отключения от гидранта оператор перемещает энергетическое устройство к следующему гидранту.
Управление движением при этом осуществляется с помощью дистанционного пульта. После подключения телескопического трубопровода к гидранту сети оператор осуществляет пуск машины и производится автоматический полив на новой позиции.
Заданная норма полива обеспечивается регулированием скорости движения машины. Эта скорость может быть задана в пределах 0,1...2,35 м/мин. Машина поливает поля шириной 450м за счет использования дополнительных консолей с обеих сторон машины и длиной до 20м.
Для более широкого использования машины, выдачи слоя осадков от 10 до 80 мм, необходимо регулировать скорость машины в пределах 0,0017...0,0383 м/с. Регулирование средней скорости машины для выдачи заданных норм полива в широких пределах, когда на опорных тележках установлены асинхронные двигатели, можно осуществлять старт-стопным способом, как самым простым, экономически выгодным и легко выполнимым. Можно применять 2 способа управления: когда меняется только время движения машины tu (все модификации ФДМ "Кубань") при неизменном периоде Т подачи сигналов {широтно-импульсное управление) или когда при неизменном времени движения машины меняется пауза стояния машины на позиции tn {время- импульсное управление).
Второй вариант управления обеспечивает более равномерный полив из-за того, что время движения с микропозиции на микропозицию и расстояние между ними не меняется при выдаче любых норм полива. Это позволяет произвести оптимальную расстановку дождевальных насадок, чтобы была максимальная равномерность полива. Поэтому для управления движением машины целесообразно применять старт-стопный способ с постоянным временем движения машины tu и переменным временем стояния на позиции tn .
Исследования качества выполнения ТП полива ДМ "Коломенка- 100" с индукционной системой управления
Исследования проводились по спецпрограмме в составе Госиспытаний машины «Коломенка -100». Цель - исследование работоспособности разработанной системы управления, определение параметров движения машины при управляющих и возмущающих воздействиях с различными уставками регулятора и достоверности теоретически полученных зависимостей. Задачи - экспериментальное определение траектории движения машины, показателей качества работы системы управления, достоверности теоретически полученных зависимостей; - исследование влияния кривизны направляющего кабеля на показатели качества работы системы управления машины и разработка основных требований к его прокладке; - исследование показателей качества работы машины с разработанной системой синхронизации. Место проведения - Московская область, Подольский район, Вороново, орошаемый участок совхоза «60 лет Союза ССР» (рис. 4.9), культура - многолетние травы. 1) Исследование динамики перемещения ДМФД по орошаемому участку и качества выполнения ТП полива Краткая методика. На орошаемом участке кабелеукладчиком был проложен изолированный провод (кабель) на глубине 0,7 м, который служил в качестве направляющей машины «Коломенка 100». По нему от штатного генератора машины был пропущен переменный ток порядка 100 шА. С помощью теодолита ТБ - 3 была пробита прямая линия от начала прокладки кабеля до его конца. На этой линии через каждые 5 м были поставлены вешки (колышки). Вертикальность установки вешки контролировали по отвесу. К нижней балке рамы, в центре рядом с креплением индукционных датчиков машины, закрепили один конец планки. Торец второго конца этой планки расположили между индукционными датчиками контроля положения машины (направляющего провода) строго по центру. На этом конце планки закрепили вертикальный указатель.
В начале участка машину подвели к направляющему проводу под углом 1 ...2. Контроль угла начальной установки машины (линии между крайними тележками и нормалью, перпендикулярной к направляющей) осуществляли теодолитом ТБ - 3 с точностью ОД мин. Запускали машину при определенном режиме работы (с поливом и без полива, с внесением подготовленных животноводческих стоков и без них) и определенных уставках регулятора (q, qK,WpH 1 WpH 2; Wpil 3). При подходе машины к очередной вешке, производили замеры расстояния (отклонения) между вешкой и указателем (рис. 4.10). Замеры заносили в журнал. Отклонения машины замеряли на участке пути длиной 100.. ,300 м. Из-за сложности маневрирования начальная установка машины (по смещению) не всегда совпадала с первой вешкой. Расстояние от первой вешки до первой тележки машины (датчика контроля отклонения) вдоль направляющего кабеля колебалось в пределах 1...5 м, замерялось рулеткой с точностью до 0,01 м. Также уточнялось расстояние от места перехода машины (датчика) направляющей до ближайшей вешки замером той же рулеткой. Момент и место перехода контролировали по пересечению курса прямой линии (натянутой нити) между ближайшими вешками и установкой дополнительной вешки, а также по табло центрального пульта управления (ЦПУ). Замеры вносились в журнал и учитывались при обработке первичных материалов. Среднюю скорость машины определяли по определенному пройденному пути и времени прохождения этого расстояния машиной, которые контролировались рулеткой с точностью 0,005 м и часами с секундной стрелкой. Результаты исследований и анализ Замеры отклонения машины с различными регуляторами (WpH 1; WpH 2; WpH 3) и первоначальными углами ее установки (ф=2;(р=1) показаны на рис.4.11, значения средней скорости на контрольных участках - в таблице 4.3.
