Статья: Оптимизация работы дождевальной машины в рамках нескольких орошаемых участков

Оптимизация работы дождевальной машины в рамках нескольких орошаемых участков

М.А. Ляшков

научный сотрудник

Российский научно-исследовательский

институт проблем мелиорации

Целью работы являлась оптимизация работы дождевальной машины в рамках нескольких орошаемых участков с учетом условий транспортирования между позициями. Использована методика Н. П. Бредихина и Т. И. Ильинова при расчете холостых и рабочих перемещений дождевальной машины на разных позициях. Оптимизация работы дождевальной машины за счет использования систем автоматизации, таких как датчик положения машины, датчиков влажности почвы и двигателя, регулирующего скорость движения последней тележки, позволяет увеличивать скорость движения тележек по секторам, исключая остановку машины во время полива, что делает процесс непрерывным и сокращает холостой ход машины. В первом варианте рассмотрена работа машины на двух позициях. При перемещении дождевальной машины между гидрантами со стороны центральной опоры уменьшение холостого хода составит 17,9 %. Во втором варианте представлена работа машины на трех позициях: сокращение холостого хода при перемещении со стороны центральной опоры составит 19,5 %, а со стороны центральной опоры и консольной части 19,3 %. В третьем варианте приведены результаты работы машины на четырех позициях. Со стороны центральной опоры рассчитанный холостой ход сократится на 25,7 %, со стороны центральной опоры и консольной части - на 21,6 %. Результаты исследования позволяют установить оптимальный режим работы дождевальной машины при использовании различных технологических схем, а также еще на стадии проектирования оценить эффективность работы дождевальной машины при различных схемах перемещения с позиции на позицию.

Ключевые слова: дождевальная машина, оптимизация, холостой ход, рабочий ход, технологическая схема, центральная опора, консольная часть.

M.А. Lyashkov

Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems

OPTIMIZATION OF A SPRINKLING MACHINE OPERATION WITHIN A FRAMEWORK OF SEVERAL IRRIGATED PLOTS

The aim of the work was to optimize the sprinkler operation in several irrigated plots taking into account the conditions of transportation between positions. The methods used by N. P. Bredikhin and T. I. Il'inova are used in calculating free and working movements of the sprinkler in different positions. Optimization of the sprinkler operation through the use of automation systems, such as the position sensor of the machine, soil moisture sensors and the engine that regulates the speed of the last carriage, increases the speed of movement of carts across sectors, eliminating the machine stoppage during irrigation, which makes the process continuous and reduces idle action of the car. When moving the sprinkler between the hydrants from the side of the central support the reduction of idling will be 17.9 %. In the second variant, the work of the machine in three positions is presented: reduction of idling when moving from the side of the central support will be 19.5 %, and from the side of the central support and the cantilever it will be 19.3 %. The third version shows the results of the machine in four positions. From the central support, the calculated idling speed will be reduced by 25.7 %, from the central support and the cantilever part - by 21.6 %. The results of the study allow to determine the optimum mode of sprinkler operation when using various technological schemes, as well as at the design stage to evaluate the efficiency of the sprinkler with different schemes of movement from position to position.

Keywords: sprinkler, optimization, idling, operation run, technological scheme, central support, cantilever part.

Введение

Стабильное развитие АПК и обеспечение продовольственной безопасности России опираются на мелиорированные земли. Оросительные системы, являясь основным фактором стабильного сельскохозяйственного производства, должны оставаться на высоком техническом уровне. Снижение уровня технического состояния приведет к деградации различных сфер функционирования АПК в целом [1, 2].

Дождевальные машины (ДМ), как заключительное звено в системе распределения воды от источника на поля, осуществляя полив различных сельскохозяйственных культур, должны динамично развиваться с целью достижения равномерного увлажнения поверхности почвы во избежание перенасыщения ее влагой. Кроме того, с их помощью можно повысить агромелиоративный потенциал поливной воды за счет применения микроудобрений, а также производить протравливание путем опрыскивания сельскохозяйственных культур ядохимикатами. Эффективность использования ДМ повышает и ускоряет окупаемость капиталовложений [3-7].

Орошение дождеванием постоянно совершенствуется, а именно изменяются требования к устройствам и технологиям орошения, в т. ч. способам передвижения ДМ и установок, что позволяет осуществить равномерное распределение оросительной воды на поле при необходимой норме подачи в нужное время [8-10].

Анализ источников (К. В. Губер, Ф. И. Колесник, Ю. Ф. Снипич и др.) [5, 11, 12] показал, что перспективное направление орошения самоходными круговыми машинами позволит достичь высоких показателей урожайности сельскохозяйственных культур при минимальных затратах поливной воды и повысить плодородие земель за счет эффективного распределения ее в пределах орошаемого участка.

Целью исследований является оптимизация работы дождевальной машины в рамках нескольких орошаемых участков с учетом условий транспортирования между позициями.

Материалы и методы

По методике, разработанной Н. П. Бредихиным и Т. И. Ильиновым, буксируемые ДМ применяются, как правило, на одной-двух позициях. Но также они могут использоваться на трех и четырех позициях, если реализовывать различные схемы установки [13].

При работе на одной позиции скорость движения машины и число полных оборотов зависят от принятой нормы полива и их числа. Перерыв между двумя последовательными оборотами зависит от принятой продолжительности межполивного периода. Этот технологический процесс аналитически можно выразить в виде следующих зависимостей:

,

,

где - рабочий путь за оросительный период, м;

- радиус окружности, описываемой последней опорой, м;

- число полных оборотов машины за поливной период;

- продолжительность всех рабочих циклов, ч;

- номер круга;

- количество кругов;

- скорость движения последней тележки на -м круге, м/ч.

При работе машины на двух позициях возможны два случая ее перемещения с позиции на позицию. Рассмотрим каждый в отдельности.

Перемещение машины от первого гидранта ко второму и обратно производится только со стороны центральной опоры.

Совершив один полный рабочий оборот вокруг первого гидранта, машина располагается так, что ее можно за центральную опору транспортировать ко второму гидранту.

После завершения одного полного рабочего оборота вокруг второго гидранта машина занимает такое положение, при котором ее невозможно переместить к первому гидранту за центральную опору. Чтобы выполнить эту операцию, машина должна совершить еще половину рабочего оборота. В дальнейшем необходимость в дополнительной половине оборота будет возникать поочередно то на первой, то на второй позиции. В результате технологический процесс можно выразить в виде следующих зависимостей:

дождевальная машина орошаемый транспортирование

,

,

где - общая протяженность холостых перемещений за оросительный период, м;

- число полных перемещений - циклов машины (каждое полное перемещение включает в себя перемещение с первой позиции на вторую и возвращение на первую позицию);

- общая протяженность рабочих ходов, м.

С другой стороны, учитывая отмеченную выше цикличность перемещений, можно записать, что общая протяженность холостых и рабочих ходов определится как:

,

где - общая протяженность холостых и рабочих ходов, м;

- суммарная протяженность холостых и рабочих ходов после первого цикла перемещений;

- суммарная протяженность холостых перемещений и рабочих ходов последующих циклов.

Перемещение машины от первого гидранта ко второму производится со стороны центральной опоры, а от второго гидранта к первому - со стороны консольной части.

Технологические операции при работе машины по этой схеме выражаются следующими зависимостями:

,

,

.

Для полноты общей картины также рассмотрены особенности работы ДМ на трех и четырех позициях, что может иметь место в районах, характеризующихся достаточной влагообеспеченностью, но в которых периодически отмечаются непродолжительные засухи.

Результаты и обсуждение

Рассмотрим несколько технологических схем работы ДМ на разных позициях. Определим следующие показатели технологических схем:

- площадь поля, на котором производится полив, - 30 га;

- расстояние от центральной опоры до последней тележки 285 м;

- количество поливов за поливной период равно семи, отсюда число полных перемещений (циклов) семь.

Расчетные формулы и примеры решений по всем приведенным технологическим схемам приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Расчетные формулы и примеры решений по технологическим схемам применения ДМ

Определим общую протяженность холостых и рабочих ходов, а также их суммарную протяженность для всех схем по методике Н. П. Бредихина.

1 Работа машины на двух позициях:

а) перемещение ДМ между гидрантами осуществляется только со стороны центральной опоры.

При работе машины на двух позициях, совершив полный рабочий оборот на первой позиции, ее можно переместить на вторую позицию за центральную опору. Совершив полный рабочий оборот вокруг второго гидранта, машина займет такое положение, при котором ее невозможно переместить к первому гидранту за центральную опору. Для этого машина должна совершить еще половину рабочего оборота. Необходимость в дополнительной половине оборота будет возникать поочередно то на первой, то на второй позиции на протяжении всего поливного периода (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема перемещения ДМ за центральную опору при ее работе на двух позициях а, б, в - 1, 2 и 3-й циклы; 1 - исходное положение ДМ; 2 - положение ДМ после завершения рабочих оборотов; 3 - направление перемещения машины; 4 - гидрант закрытой оросительной сети

С учетом оптимизации работы ДМ условно разделим орошаемые участки на четыре равных сектора, в контуре которых выдается определенная поливная норма, регулируемая за счет увеличения скорости движения машины в 2 раза, что позволяет сократить холостой ход на 17,9 %. Динамичное управление ДМ рекомендуется осуществлять с помощью систем автоматизации, а именно датчика положения машины, который устанавливается на опорно-поворотной колонне, датчиков влажности почвы (устанавливаются в каждом секторе орошаемого участка) и двигателя, регулирующего скорость движения последней тележки ДМ, позволяющего регулировать норму полива. Данный подход дает возможность поливать участок непрерывно и обеспечивать равномерность распределения влаги внутри него;

б) перемещение ДМ осуществляется за центральную опору и за консольную часть.

При данной схеме работы машины на первой позиции ДМ делает один рабочий оборот, перемещение ее на вторую позицию осуществляется за центральную опору. Перемещение машины со второй позиции на первую будет производиться за консольную часть, отсюда нет необходимости машине совершать дополнительно половину рабочего оборота, так как машина уже стоит в нужном положении (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема перемещения ДМ за центральную опору и консольную часть при ее работе на двух позициях а, б, в - 1, 2 и 3-й циклы; 1 - исходное положение ДМ; 2 - положение ДМ после завершения рабочих оборотов; 3 - направление перемещения машины; 4 - гидрант закрытой оросительной сети

Определим общую протяженность холостых и рабочих ходов, а также их суммарную протяженность:

Схема перемещения ДМ не требует применения средств автоматизированной оптимизации, которая регулировала бы норму выдачи поливной воды на поле. Машина при данной схеме не требует дополнительного перемещения по полю и по завершении рабочего цикла находится в оптимальном для транспортирования положении.

Схема работы ДМ на двух позициях подходит для участков прямоугольной формы, с учетом условий исследования их размер составит 620 Ч 310 м.

2 Работа машины на трех позициях, расположенных треугольником:

а) перемещение ДМ между гидрантами осуществляется только со стороны центральной опоры.