В. Тракторные дождевальные агрегаты и машины — МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ В ЛЕСНОМ И ЛЕСОПАРКОВОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Используемые названия:

• двухконсольный дождевальный агрегат;
• ДДА-100МА;
• двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100МА;
• агрегат ДДА-100МА;
• мобильный двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100 (ДДА-100М и ДДА-100МА);
• дождевальный агрегат ДДА-100МА;
• дождевальная машина ДДА-100МА;
• короткоструйная дождевальная машина ДДА- 100МА, ДМ-ДДА-100МА и другие.

Базовой моделью семейства двухконсольных дождевальных машин с тракторной опорой-движителем поливающих позиционно и в движении с забором воды из открытого грунтового оросительного канала является двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100 и ДДА-100М, первые конструктивные решения которого были предложены и реализованы в 1939-1940 годах отечественным инженером М.С. Яншиным.

Определение. Дождевальная двухконсольная машина ДДА-100МА («дождевальный двухконсольный агрегат – ДДА-100МА») – короткоструйная, фронтально перемещающаяся по поливному участку и поливающая в движении дождевальная машина, дождевальный («поливной») агрегат которой выполнен в виде двукрылой ферменной конструкции, навешиваемой на трактор (как самоходную перемещающуюся опору, и насосно-силовую, и движительную энергетическую установку) с двух его боковых сторон, питающуюся поливной водой из открытых грунтовых канальных оросителей и распределяющая оросительную воду в виде искусственного дождя, формируемого короткоструйными разноразмерными дождевальными насадками кругового действия, системно расположенными на водоводах дождевальных ферм и концевыми среднеструйными дождевателями (аппаратами).

Условия применения. Дождевальная машина ДДА-100МА предназначена для полива овощных, кормовых, технических и зерновых сельскохозяйственных культур с высотой стеблестоя менее двух метров, ягодников, плодовых питомников, сенокосных и пастбищных сельхозугодий во всех природно-климатических зонах их культивирования, в которых почвенноклиматические и гидрогеологические условия позволяют осуществлять надземный дождевой полив с высокой интенсивностью искусственного дождя самоперемещающимися поливными агрегатами с высокой (весовой) нагрузкой на поверхность их перемещения и на спланированных орошаемых участках (сельхозугодьях), допускающих устройство (малоуклонной – при уклоне менее 0,005) открытой (канальной) водоподающей оросительной сети (грунтовых оросителей, являющимися источником питания этой машины поливной водой) и не имеющих препятствий для прохождения крупных ферменных конструкций с шириной захвата (разворота), составляющей 110 метров.

Дождевальная машина (двухконсольный дождевальный агрегат) может эксплуатироваться при скорости ветра до 6 м/с на сельскохозяйственных угодьях с почвенным покровом толщиной в (0,5÷1,5) м со скоростью напорного впитывания поливной воды в почву, составляющей (10÷30) см/ч за первый час стояния слоя воды и глубиной грунтовых вод, превышающей 1,5 м.

Конструкция. Дождевальная двухконсольная машина ДДА-100МА состоит из двух базовых элементов – дождевального (поливного) агрегата и обеспечивающего его функционирование движителя – трактора, а также из комплекса вспомогательного оборудования, средств контроля и управления. Общий вид дождевальной машины при поливе приведен на рисунке 1.

а)

б)

а) с дождевальной насадкой, обращённой вверх; б) с дождевальной насадкой, обращённой вниз

Рисунок 1. – Общий вид дождевальной машины ДДА-100МА

Движителем, самоходной энергетической установкой и опорой для дождевальных крыльев – консолей дождевальной машины ДДА-100МА является гусеничный трактор мощностью в (75÷100) лошадиных сил с «ходоуменьшителем», позволяющим регулировать скорость перемещения дождевальной машины при поливе в широком диапазоне скоростей.

Трактор (в составе дождевальной машины) является самодвижущейся (самоперемещающейся) центральной опорой поливной части дождевального агрегата, а его двигатель не только обеспечивает перемещение дождевальной машины, но и является источником энергии для работы насосно-силового оборудования дождевального агрегата и других её функциональных (движительной, подъёмно-поворотной, осветительной, гидравлической и электрической) систем. Для размещения и закрепления поливных элементов в тыльной части (с тыльной стороны) трактора предусмотрена физически и функционально связанная с ним платформа (рама) с узлами крепления, соединения, размещения и присоединения функциональных элементов дождевального агрегата.

Дождевальная (агрегатируемая с трактором) часть машины включает:

• обеспечивающую забор воды из оросительного канала насосно-силовую установку;
• навешиваемую на трактор (агрегатируемую с трактором) и закрепляемую на специальной платформе (раме) двукрылую пространственноферменную конструкцию («дождевальную («дождеполивную») ферму»);
• гидроподкормщик;
• соответствующую дождевально-поливную арматуру (дождевальные насадки);
• средства регулирования, управления и (или) контроля.

Насосно-силовое(ая) оборудование (установка) включает:

• соединённый (через вал отбора мощности – редуктор) с тракторным двигателем центробежный насос;
• заливочное устройство;
• гибко соединённую с насосом всасывающую линию, оборудованную поплавковым водозаборным оголовком;
• напорную линию насоса;
• запорно-регулирующие устройства (элементы) и контрольно-измерительную аппаратуру (манометр и «расходомер – водомер»).

Поливная («дождеполивная») часть дождевального агрегата представляет собой навешиваемую и закрепляемую на тракторной платформе двукрылую (двухконсольную) пространственную трубчато-стержневую ферменную конструкцию (ферму), имеющую (в поперечном сечении) форму равнобедренного треугольника с вершиной, обращённой вверх.

Дождевальные (поливные) консоли (крылья) физически закрепляются и функционально соединяются с движителем в узлах крепления тракторной платформы на высоте полутора метров (с возможностью регулирования их положения по высоте и в плане) от поверхности земли и в рабочем положении располагаются перпендикулярно, а в транспортном состоянии – параллельно боковым сторонам трактора. Общая схема дождевального агрегата приведена на рисунке 2.

1 – стойки; 2 – раскосы; 3 – обвязка; 4 – концевая обвязка; 5 – дождевальные насадки; 6 – домкрат; 7 – плавучий поплавковый водозабор (водозаборное устройство); 8 – поворотный круг; 9 – концевая насадка

Рисунок 2. – Схема двухконсольного дождевального агрегата ДДА-100МА (по Шумакову Б.Б.)

Высота расположения нижней (низовой) обвязки поливных крыльев (ферм) над поверхностью земли по мере удаления консоли (крыльев) от тракторной опоры увеличивается от 1,5 до 3,5 метров. Протяжённость (левой и правой) дождеполивных консолей от точки их закрепления до их конца составляет 55 метров. Крылья дождевального агрегата в пределах тракторной опорной платформы (рамы) скреплены «поворотным кругом», посредством которого обеспечивается их «гидравлическое единство» (рисунок 3).

а) общий вид агрегата (разрез); б) схема части агрегата в плане; в) короткоструйная дождевальная насадка с конусным дефлектором; 1 – ферма; 2 – короткоструйная дефлекторная насадка; 3 – всасывающий клапан; 4 – всасывающая линия; 5 – насос; 6 – напорный патрубок; 7 – поворотный круг; 8 – открылок; 9 – дуга-амортизатор; 10 – ороситель

Рисунок 3. – Схема двухконсольного дождевального агрегата ДДА-100МА (по Ерхову Н.С.)

Нижний (несущий) пояс ферменных консолей выполнен из двух раздельных и сходящихся к концу крыльев, металлических труб, являющихся водопроводящими трубопроводами (выполняющих функции напорных водоводов, обеспечивающих подачу поливной воды к дождевателям). Водоводы консолей гидравлически связаны в единую трубопроводную систему посредством водопроводного кольца, устроенного в составе поворотного круга. Поперечные геометрические параметры ферменных консолей и водоводов выполнены уменьшающимися в размерах по мере их удаления от платформы.

Дождевальные (поливные) крылья оборудованы системно расположенными по длине напорных водоводов и одновременно работающими 52-мя короткоструйными (промежуточными) дефлекторными дождевальными насадками с расходом воды qн = 2,3 л/с каждая и 2-мя концевыми среднеструйными насадками с расходом поливной воды по 5 л/с каждая. Промежуточные дефлекторные дождевальные насадки размещены на тупиковых трубчатых водоотводах («открылках»), перпендикулярно отходящих от двух напорных водоводов и выходящих за пределы каркасной части поливной фермы (в левую и правую стороны). Короткоструйные разноразмерные (по диаметру выходных отверстий от 12 до 15 мм) дождеватели (дождевальные насадки) кругового действия размещены по длине консолей с шагом в четыре метра. При этом диаметр сопел дождевателей системно увеличивается по длине дождевальных крыльев, что способствует равномерности выдачи поливных расходов. Дефлекторные насадки закрепляются с возможностью их поворота для подачи поливной воды вверх (vпри безветренной погоде) и для выпуска воды вниз (при ветреной погоде – Vв > 3 м/с). Концевые струйные насадки (работающие по сектору) выполнены с выходным диаметром равным 19,5 мм. Применение разноразмерных дождевателей позволяет обеспечить относительно (приемлемо) равномерное распределение искусственного дождя по длине поливных консолей («дождевальных крыльев» машины).

Дождевальной машине ДДА-100МА соответствуют нижеприведенные технические характеристики и технологические показатели:

• расход поливной воды (расход дождевальной машины qд/ м = 130 л/с;
• напор в водопроводящей системе поливной фермы, создаваемый насосом – 37 метров (0,37 МПа);
• ширина зоны захвата искусственным дождём при поливе (в направлении перпендикулярном направлению перемещения трактора) – bзах = 120 метров;
• длина отлёта струй (капель) искусственного дождя от короткоструйных дождевателей (радиус полива) – (9±0,5) метра, а от торцевых среднеструйных насадок (радиус полива) – (25±1,0) метров;
• длина (протяжённость) зоны захвата дождём в направлении перемещения машины – f зах = 18 метров.

Полив ДМ ДДА-100МА осуществляется в движении (вперёд и назад) с регулируемой скоростью в пределах от 3,50 до 17,17 м/мин при движении вперёд и со скоростью 9,58 м/мин при движении задним ходом, что позволяет регулировать интенсивность искусственного дождя при движении вперёд в пределах от 1,85 мм/мин до 3,02 мм/мин, а при движении назад Iд = 2,36 мм/мин (максимальная интенсивность дождя при позиционном поливе составляет (Iд )поз = 60qд/м F = (60 ·130) (120 ·18) = 3, 61 мм / мин ). При этом обеспечивается достаточно широкий диапазон выдаваемого слоя искусственного дождя за один проход дождевальной машины в пределах от 1,94 до 15,5 миллиметров.

Наличие ходоуменьшителя позволяет регулировать скорость перемещения дождевального(ой) агрегата (машины) на разных уровнях системы механической передачи усилия от двигателя к ходовой части (см. таблицу 1).

Таблица 1. – Данные по скоростям перемещения дождевального агрегата ДДА-100МА при поливе

Конструкция дождевальной машины ДДА-100МА предусматривает:

• регулирование положения поливной фермы в вертикальной плоскости;
• дозированную подачу минеральных удобрений и агрохимических препаратов на сельскохозяйственные угодья с поливной водой;
• перемещение (поворот на 90°) фермы в рабочее и транспортное (транспортируемое) положение (то есть перпендикулярное и вдольосевое по отношению к трактору положение).

Землеустройство орошаемого участка. Организация территории орошаемого севооборота (орошаемого угодья) предусматривает учёт природно-климатических (почвенных, рельефных и др.), агрономических (фенологических, культурооборотных и др.), хозяйственно-экономических и ситуационных условий земельного массива; параметров и технологических режимов работы дождевальной машины ДДА-100МА. При плановом расположении полей (планировке) в севообороте учитывается возможность (условия) для устройства оросительной сети, обеспечивающей орошение сельскохозяйственного угодья в целом, отдельных поливных участков и обслуживающих их (обеспечивающих поливной водой) грунтовых канальных оросителей.

Оросители. Полив дождевальным агрегатом ДДА-100МА осуществляется в движении при фронтальном перемещении (вперёд и назад) дождевальной машины вдоль постоянного или временного канального (открытого) оросителя с забором поливной воды из него (посредством насоса) и подаче её через напорные водоводы поливных консолей (крыльев) к дождевателям (дождевальным аппаратам) и от них в виде микроструй и разноразмерных дождевых капель на поливаемую поверхность сельскохозяйственного угодья. На орошаемом массиве прямолинейные и преимущественно моноуклонные, постоянные или временные оросители под ДДА-100МА нарезаются параллельно друг другу через каждые 120 м, что соответствует расчётной ширине зоны захвата искусственным дождём этой дождевальной машины.

Протяжённость (длина) канальных (грунтовых) оросителей под ДМ ДДА-100МА принимается с учётом размеров поливного участка (поля) от 150 до 1000 метров (в наиболее приемлемом диапазоне от 500 до 1000 метров) при наличии наиболее приемлемых уклонов поверхности земли орошаемых угодий составляющих – iп = (0,0002÷0,002). Ширина канальных оросителей по дну принимается равной (0,4÷0,6) метрам при общей глубине канала составляющей (1,0±0,1) метр, рабочей глубине воды > (0,40÷0,45) метра и заложении откосов от 1:1 до 1:1,5. Вдоль оросителя (с левой по направлению течения воды в нём) устраивается грунтовая («грейдерная») дорога для перемещения по ней трактора, агрегатирующего дождевальный агрегат.

Поливные участки. Организация территории орошаемого участка предусматривает трассировку границ длинных сторон полей вдоль временных оросителей и параллельно им. Край поля (поливного участка) трассируется на расстоянии 60 метров от крайних оросителей орошаемого массива. Ширина полей принимается кратной 120 метрам (без учёта ширины дорог). Лесные полосы по границам орошаемых полей и поливных участков устраиваются с учётом обеспечения беспрепятственного перемещения и (или) разворота крупногабаритного дождевального агрегата. При проектировании оросительных систем и сетей, орошаемых массивов или полей под дождевальную машину ДДА-100МА учитывают: особенности рельефа земельного участка; сезонную производительность агрегата [порядка (100÷150) га орошаемых земель в зависимости от культур, поливных норм и числа поливов] по обеспечению сельхозугодий поливами; геометрические параметры поливного модуля и другие характеристики по конфигурации и размерам поливных участков (полей), обслуживаемых дождевальным двухконсольным агрегатом.

Оросительная сеть под ДДА-100-МА проектируется по модульному принципу. Схема модульного фрагмента оросительной сети, поливных модулей (участков) под одну дождевальную машину приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. – Схема поливного модуля, обслуживаемого одной дождевальной машиной ДДА-100МА

Технология работы. Технология полива дождевальной машиной ДДА- 100МА предусматривает выдачу расчётной поливной нормы при фронтальном поступательно-возвратном (челночном) её перемещении вдоль «питающего» оросителя или его определённого (рабочего) участка – бьефа. Полив начинают с головы оросителя побьефно при одно-, трёх-, пятикратном (в зависимости от величины поливной нормы и скорости перемещения машины) проходе* дождевальной машиной межбьефного пространства (участка).

* Под проходом понимается единичное однонаправленное перемещение дождевальной машины в пределах поливного бьефа в одном направлении (например – только «вперёд» или только «назад») за определённое время (в единицу времени – м/мин, м/час).

Выдача поливной нормы осуществляется как при проходе дождевальной машины вперёд (в направлении течения в оросителе), так и при перемещении (движении) её назад (задним ходом) – по челночной (поступательновозвратной) технологии. Количество рабочих проходов машины по бьефу (в пределах бьефа) зависит от величины поливной нормы, скорости перемещения дождевальной машины вдоль бьефа и интенсивности искусственного дождя. Для избежания холостых проходов рекомендуется принимать нечётное количество (число) проходов (по схеме – 1-й проход вперёд, 2-й проход назад, 3-й проход вперёд и т.д.), чтобы к концу полива на одном бьефе машина подходила к началу следующего бьефа. Количество проходов определяется соответствующим расчётом.

По мере выдачи расчётной поливной нормы в пределах одного бьефа (на одном бьефе) за расчётное количество проходов дождевальная машина перемещается на следующий рабочий участок (бьеф) по направлению течения воды в оросителе. Необходимые глубины (≥ 0,35-0,40 м) воды в оросителе создаются подпором, создаваемом установкой на границе бьефа деревянных или брезентовых водопропускных уровне- и расходорегулирующих щитов-перегородок. Протяжённость рабочих бьефов принимается с учётом уклона дна, питающего машину, оросителя в наиболее приемлемых пределах их длины в диапазоне от 100 до 400 м.

При уклонах дна оросительных каналов (открытых оросителей) iоp ≤ 0,001 протяжённость одновременно поливаемых бьефов (межбьефных участков) принимается равной (200÷400) метрам при соблюдении условия превышения глубины водного потока в них (0,35÷0,40) метра. При уклонах оросителей, превышающих iоp > 0,001, длина поливного бьефа определяется по соотношению , где hоp = (1,0±0,1) м – полная (строительная) глубина оросителя; hmin = (0,40÷0,45) метра – минимальная глубина воды в оросителе, при которой обеспечивается её забор в дождевальную машину; Δh = (0,15÷0,20) метра – минимально допустимое превышение поверхности земли над максимальным уровнем воды в оросителе.

Поливные бьефы формируются переносными или позиционными (деревянными, металлическими или пластмассовыми) щитами-перемычками, устанавливаемыми на границах поливных бьефов. В процессе полива «с головы оросителя» грунтовые оросители заполняются водой побьефно с учётом продолжительности полива на каждом предшествующем поливном бьефе.

По мере прохождения всех поливных бьефов в пределах одного оросителя дождевальная машина перемещается в голову следующего (соседствующего) оросителя и весь технологический процесс полива повторяется.

Возможны и иные технологические схемы работы ДДА-100МА при поливе, когда полив начинают с конца («хвоста») оросителя при перемещении машины к его началу («голове») и когда полив на соседствующих оросителях проводится попеременно (например – с головы на одном и с хвоста на другом или наоборот). Каждая из схем полива имеет свои определённые достоинства и недостатки. В определённых условиях необходимый подпор воды перед водозаборным поплавком может осуществляться закреплённой на платформе передвижной перемычкой (брезентовым и другим фартуком).

В соответствии с рисунком 3.27 для машины ДДА-100МА размер стороны поливного модуля вдоль оросительного трубопровода принимается кратным захвату машины (120 метров), но не менее 500 метров, а размер другой стороны модуля, соответствующим длине оросителя не более 1000 метров. Оросители нарезаются с уклонами (0,0002-0,002) с учётом допускаемой скорости на размыв. Первый и последний оросители располагаются на расстоянии 60 метров от границы поля, а остальные – через 120 метров. С левой стороны в направлении движения вдоль оросителя предусматривается дорога для прохода агрегата. Площадь поливного модуля рекомендуется увязывать с сезонной производительностью дождевальной машины (от 100 до 150 га).

Примеры компоновочных схем расположения поливных участков (модулей) оросительных систем (орошаемых севооборотных участков) под дождевальную машину ДДА-100МА приведены на рисунках 5, 6 и 7.

Рисунок 5. – План двухсевооборотного (повосьмипольного) орошаемого массива и обеспечивающей его оросительной сети для дождевальной машины ДДА-100МА

Рисунок 6. – План трёхсевооборотного (повосьмипольного) орошаемого массива и оросительной сети под дождевальную машину ДДА-100МА

В соответствии с площадью сельхозугодий, обслуживаемой одной дождевальной машиной за поливной сезон ( Sсез , га), на этом орошаемом массиве предусмотрено задействовать шесть дождевальных машин ДДА-100МА. В приведенном на рисунке примере орошаемого массива, в зависимости от топографических условий, реализованы варианты одностороннего и двустороннего командования распределительных каналов. Орошение этого массива обеспечивается девятью дождевальными машинами ДДА-100МА.

Рисунок 7. – План трёхсевооборотного (повосьмипольного) орошаемого массива и оросительной сети под дождевальную машину ДДА-100МА

Технологические параметры. К технологическим параметрам полива дождевальной машиной ДДА-100МА относят:

• 1) выбранную скорость перемещения поливного (дождевального) агрегата вдоль оросителя;
• 2) продолжительность периода непрерывной подачи поливной воды в определённую точку поливаемой поверхности земли при определённой скорости перемещения поливного агрегата;
• 3) среднюю интенсивность искусственного дождя при определённой скорости перемещения дождевальной машины;
• 4) средний слой поливной воды, выдаваемый дождевальным агрегатом («слой дождя») в любой точке зоны полива за период непрерывной подачи поливной воды;
• 5) протяжённость поливного бьефа;
• 6) количество проходов дождевальной машины вдоль бьефа, обеспечивающее выдачу расчётной поливной нормы.

При принятии решений по определению параметров дождевого полива ДДА-100МА определяется средняя интенсивность дождя с использованием зависимости (мм/мин), где

qд/ м = 130 л/с – расход дождевальной машины в л/с; bзах — ширина фронта захвата дождём поливной полосы при фронтальном перемещении агрегата ( bзах = 120 метров); f зах — длина увлажняемой полосы (протяжённость полосы, захватываемой дождём) при стационарном положении агрегата ( f зах = 18,0 метров); fпp — путь, пройденный агрегатом за 1 минуту при определённой скорости ( vпеp , м/мин) его перемещения ( fпp = vпеp · t1мин , в метрах). При предельных значениях регламентной скорости перемещения vдождевальной машины ДДА-100МА «ходом вперёд» равной 17,17 м/мин и пеp = 3,5 м/мин и скорости «ходом назад» равной Vпеp = 9,58 м/мин получаем соответствующие ей значения средней интенсивности искусственного дождя (Iд/ сp )_Vпеp (мм/мин).

При движении вперёд со скоростью vпеp =17,17 м/мин средняя интенсивность дождя составит мм/мин,

а со скоростью  мм/мин.

При движении назад со скоростью Vпеp = 9,58 м/мин – (Iд/ сp )»’ = (60 ·130) / [120 · (18 9,58) ] = 2,36 мм/мин. При других значениях скорости движения дождевальной машины ДДА-100МА соответствующая определённой скорости средняя интенсивностьискусственного дождя может быть определена по соотношению (Iд/ сp )_Vпеp= 65 / (18 Vпеp ) или по рисунку 8.

Рисунок 8. – График изменения интенсивности искусственного дождя в зависимости от скорости перемещения дождевальной машины ДДА-100МА в процессе полива

Приведенные выше величины интенсивности искусственного дождя   сопоставляются с допустимым значением « Iд/доп » при соответствующих значениях « tпол » для реальных условий сельхозугодья. Значения продолжительности полива ( t_пол ) – продолжительности периода непрерывного увлажнения любой точки одновременно поливаемой зоны (продолжительности непрерывной подачи поливной воды в любую точку зоны полива) зависят от скорости перемещения машины и определяются из соотношения tпол = f зах / vпеp (1). При vпеp = 17,17 м/с величина tпол = 18,0 / 17,17 = 1,05 мин, при vпеp = 9,58 м/с – tпол = 1,88 мин, а при vпеp = 3,50 м/с – tпол = 5,14 мин. При соблюдении условия Iд/сp ≤ Iд/доп , при соответствующих определённой скорости движения дождевальной машины по орошаемому участку, определённой интенсивности искусственного дождя и значениях продолжительности полива, определяются остальные параметры технологии дождевого полива ДДА-100МА (слой искусственных осадков).

На последующем этапе определяются величины слоя искусственного дождя, выдаваемого дождевальной машиной за один проход при определённой скорости перемещения (hд/ сp )_Vпеp с использованием соотношения вида:

(2)

где (Iд/ сp )vпеp — средняя интенсивность дождя при определённой скорости перемещения машины в мм/мин;

tв/ п = tпол = f зах / vпеp — продолжительность подачи дождя в любую точку увлажняемой полосы в минутах;

f зах — длина полосы (захвата), захватываемой искусственным дождёvм в направлении перемещения дождевальной машины ( f зах = 18 метров); Vпеp — скорость перемещения машины в м/мин. В соответствии с техническими характеристиками дождевальной машины ДДА-100МА при движении вперёд предусмотрено  два скоростных режима при скорости движения – Vпеp =17,17 м/мин и Vпеp = 3,50 м/мин, а при перемещении и поливе «задним ходом» vпеp = 9,58 м/мин. Соответствующие им значения периодов (продолжительности непрерывного полива) увлажнения любой точки поливной полосы составляют – tв/ п =18 :17,17 = 1,05 мин; tв/ п =18 : 3,50 = 5,14 мин и tв/ п =18 : 9,58 =1,88 мин.

При известных значениях (Iд/ сp )_vпеp и tв/ п высоты слоя искусственного дождя, определённые по зависимости (2), составят:

(hд/сp )_vпеp=17,17 м/мин = 1,85 ·1,05 = 1,94 мм ;

(hд/сp)_vпеp=3,58м/мин = 3,02·5,14 =15,5 мм

и (hд/сp )_vпеp=9,58м/мин = 2,36·1,88 = 4,44 мм.

Значения (hд/сp )vпеp для любых регламентных значений « vпеp » могут быть определены по зависимости вида

(в мм/мин при vпеp → м/мин) или графику по рисунку 9.

Рисунок 9. – График изменения слоя искусственного дождя от скорости движения дождевальной машины ДДА-100МА в процессе полива

По полученным значениям (hд/ сp )vпеp устанавливается необходимое количество проходов дождевальной машины вдоль оросителя (в пределах поливного бьефа), обеспечивающее выдачу расчётной поливной нормы.

При разработке технологической схемы работы дождевальной машины на поливном участке (поливном бьефе) технические и технологические параметры и возможности агрегата по интенсивности искусственного дождя сопоставляются с допустимой скоростью безнапорного впитывания поливной воды в почву без образования луж и стока воды по поверхности орошаемой зоны сельхозугодья. При этом фактическая интенсивность дождя ( Iд/ факт , мм/мин) должна быть меньшей или равной скорости безнапорного впитывания поливной воды в почву ( vвп.б / н , мм/мин), то есть должно соблюдаться («безлужевое» и «бесстоковое») условие – Iд/ факт ≤ vвп.б / н .

При определении и сопоставлении регламентных и допустимых технологических параметров дождевого полива дождевальной машиной фронтального перемещения рекомендуется следовать нижеприведенному алгоритму.

1. Для определённого вида почвенного покрова и регламентных режимов работы агрегата устанавливаются значения: фактической и допустимой интенсивности искусственного дождя; величины выдаваемой и допустимой поливной нормы. При расчёте регламентных характеристик дождевальной машины для каждого скоростного режима её перемещения вдоль оросителя ( Vпеp , м/с) определяется: продолжительность непрерывного полива одной точки зоны увлажнения при определённой скорости движения дождевального агрегата ( tпол , мин); соответствующая скоростному режиму фактическая (технологическая) интенсивность дождя ( Iд/ факт , мм/мин) и фактически «выдаваемая» поливная норма (слой искусственных дождевых осадков) ( Nпол , мм). Для этих же условий по продолжительности непрерывного увлажнения любой точки увлажняемой зоны ( tпол , мин) по зависимостям раздела 1 определяется соответствующая величина скорости безнапорного впи- тvывания поливной воды в почву ( вп.б / н , мм/мин). При этом значение – Vвп.б/н принимается соответствующим допустимой интенсивности искусственного дождя ( Iд/доп , мм/мин). Полученные значения искомых параметров представляются в табличной форме, вид предлагаемой формы таблицы для условий полива песчаных почв (с показателями – W_НВ= 5 % МСП; Vг/ ч = 5 процентов; (Vвп/нап)_tпол =1час = 3,0 мм/мин) приведен ниже в таблице 2).

Таблица 2. – Технологические параметры полива ДДА-100МА

2. По данным таблицы 2 производится сопоставление значений технической (технологической) интенсивности дождя с допустимой. Отметим, что в рассматриваемом случае фитонепокрытого слабоуклонного угодья с естественно сложившимся (невзрыхлённым) почвенным слоем, представленным песчаной почвой (при i ≤ 0,00÷0,01) с начальной влажностью, соответствующей (0,65÷0,70)WНВ (наименьшей влагоёмкости), для всех скоростных режимов регламентная (технологическая) интенсивность искусственного дождя значительно меньше её допустимых значений (скорости безнапорного впитывания поливной воды в почву), что упрощает выбор параметров и разработку технологической схемы перемещения дождевальной машины по поливному участку (бьефу) при «выдаче» определённых норм полива.

Приведенные в таблице 3.6 данные позволяют рассматривать ряд технологических схем, обеспечивающих выдачу дождевальной машиной различных поливных норм. Так:

поливная норма в 15 миллиметров (150 м³/га) может быть обеспечена одним проходом – ходом «вперёд» с регламентной скоростью 3,50 м/с;

поливная норма в 20 мм (точнее – 19,96 мм) обеспечивается проходом дождевальной машиной ходом «вперёд» со скоростью её движения равной 3,50 м/с и ходом «назад» с регламентной скоростью в 9,58 м/с;

поливная норма в 25 мм обеспечивается проходом «вперёд» со скоростью –  Vпеp = 3,50 м/с, последующим проходом «назад» с регламентной скоростью – vпеp = 9,58 м/с, следующим ходом «вперёд» со скоростью 17,17 м/с и завершающим ходом «назад», что позволяет выдать поливную норму в сумме –  Nпол = 15,52 4,44 1,94 4,44 = 26,3 миллиметра (то есть ≈ 250 м³/га); расчётная поливная норма в 35 миллиметров обеспечивается по технологической схеме – ход «вперёд» ход «назад» ход «вперёд» (с выдачей слоя дождя – 15,52 4,44 15,52 = 35,48 мм); расчётная поливная норма в 40 мм выдаётся за четыре прохода дождевальной машины по схеме – ход «вперёд» (при Vпеp = 3,50 м/с) ход «назад» (при Vпеp = 9,58 м/с) ход «вперёд» (при vпеp = 3,50 м/с) ход «назад» (при vпеp = 9,58 м/с), что обеспечивает слой дождя – hд = 15,52 4,44 15,52 4,44 = 39,92 мм.

Аналогично описанному выше определяется количество проходов дождевальной машины и для других значений поливной нормы. Более точные технологические схемы и скоростные режимы могут быть установлены с учётом скоростных режимов работы трактора (см. таблицу 1) при отсутствии ограничений по допустимым значениям интенсивности искусственного дождя и продолжительности дождевого полива песчаных почв дождевальной машиной ДДА-100МА.

Вышеописанная методика приемлема для разработки технологической схемы полива и супесчаных почв. Данные по допустимым значениям интенсивности искусственного дождя для этих почв приведены в таблице 3.

Таблица 3. – Допустимые значения технологических параметров полива дождевальной машиной ДДА-100МА супесчаных почв с показателями WНВ = 12 % МСП; Vг/ч = 15 %; (Vвп/нап)_tпол = 1 час = 1,7 мм/мин

Судя по приведенным в таблице 3.7 данным, для супесчаных почв допустимая интенсивность искусственного дождя, формируемого дождевальной машиной, для всех регламентных скоростных режимов превышает значения фактически создаваемой дождевальным агрегатом ДДА-100МА интенсивности дождя, что позволяет составлять технологические схемы полива по выдаче расчётных поливных норм без учёта ограничений, приведенных в таблице 3.7, по аналогии с вышеописанной методикой для песчаных почв.

Несколько иное соотношение технологической интенсивности искусственного дождя и допустимой скорости безнапорного впитывания поливной воды в почву имеет место при поливе дождевальной машиной ДДА-100МА сельскохозяйственного угодья с суглинистой почвой (таблица 4).

Таблица 4. – Данные по технологическим и допустимым значениям интенсивности искусственного дождя по ДМ ДДА-100МА при поливе безуклонного фитонепокрытого сельхозугодья с естественно сложившимся суглинистым почвенным покровом с нижеследующими почвенными характеристиками: W_НВ= 20 % МСП; Vг/ ч = 50 %; (vвп/нап)_tпол =1 час = 0,85 мм/мин и дополивной влажностью почвы составляющей (0,7÷0,75)W_НВ

Судя по данным таблицы 4, для полива суглинистых почв скорость перемещения дождевальной машины ДДА-100МА Vпеp = 3,50 м/с неприемлема в связи с превышением фактической интенсивности дождя Iд/ факт = 3,02 мм/мин её допустимого значения Iд/ доп = 1,65 мм/мин. Минимально допустимая скорость перемещения дождевальной машины ДДА-100МА при поливе суглинистых почв с характеристиками — WНВ = 20,0 % МСП; Vг/ ч = 50 процентов объёма и (vвп / нап)_tпол =1 час = 0,85 мм/мин составляет 6,9 м/с.

При скорости движения дождевальной машины ДДА-100МА в процессе полива ходом «вперёд» Vпеp = 6,9 м/с (регулируемой и устанавливаемой механизмом коробки передач трактора) продолжительность непрерывной подачи поливной воды в любую точку увлажняемой зоны составляет 2,61 минуты при фактической и допустимой интенсивности дождя Iд/ факт =  Iд/ доп = 2,61 мм/мин. При этом, поливная норма (слой, формируемых искусственным дождём осадков), составляет – Nпол = hoc = 2,61· 2,61 = 6,81 миллиметра (или 68,1 м³/га), что и является «допустимой поливной нормой». Технологическая схема полива ДДА-100МА суглинистых почв по выдаче заданной поливной нормы предусматривает определённое (соответствующей суммарной поливной норме и слою осадков выдаваемых за один проход дождевального агрегата) количество проходов дождевальной машины ходом «вперёд» и ходом «назад» с соответствующей скоростью её движения по поливному участку.

С учётом приведенных выше данных ниже приведены предварительные схемы (без корректировки скорости движения трактора) по предельным скоростным режимам. При выдаче расчётной поливной нормы в 10 миллиметров предусматривается два прохода машины по поливному участку: ходом «вперёд» с регулируемой скоростью Vпеp = 6,9 м/с и ходом «назад» с регламентной скоростью перемещения vпеp = 9,58 м/с. При этом, слой дождевого осадка составит – 6,81 4,42 = 11,23 мм, что несколько превышает расчётную поливную норму – 10 мм. Более точную выдачу поливной нормы можно получить при соответствующем увеличении скорости движения дождевальной машины ходом «вперёд». По аналогии с вышеприведенным производится набор проходов машины для любых расчётных поливных норм. При этом учитывается, что минимальная скорость перемещения дождевального агрегата при поливе глинистых почв с вышеуказанными характеристиками почвенного покрова и угодья не может быть меньше 6,9 м/с.

Технологические показатели полива ДДА-100МА безуклонного фитонепокрытого сельхозугодья с невзрыхлёнными глинистыми почвами (W_НВ= 25,5 % МСП; Vг/ ч = 70 % и vвп / нап = 0,3 мм/мин) приведены в нижеследующей таблице 3.9. Судя по данным таблицы 5, глинистые почвы с характеристиками – W_НВ= 25,5 % МСП; Vг/ ч = 70 % и  (Vвп / нап )_{1 час} = 0,3 мм/мин дождевальной машиной ДДА-100МА поливать без образования луж и без образования стока поливной воды даже при Vпеp = 17,17 м/с не представляется возможным, так как фактическая интенсивность искусственного дождя, создаваемая агрегатом, превышает допустимое значение ( Iд/ факт)_{vпеp =17,17 м/с} =1,85 мм/мин, что превышает значение (Iд/ факт)_{tпол =1,05мин} = 1,385 мм/мин.

Таблица 5. – Технологические параметры полива дождевальной машиной ДДА-100МА глинистых почв

Расчётные значения слоя искусственного дождя корректируются с учё- том возможностей дождевальной машины по регулированию скорости её перемещения по полю (то есть с учётом данных, приведенных в таблице 6).

Таблица 6. – Значения средних слоёв искусственного дождя, формируемые при движении дождевальной машины ДДА-100МА на разных уровнях передачи ходоуменьшителя и коробки переключения (по Шульге Н.К.)

Продолжительность полива всего поливного участка (поливного модуля) определённой протяжённости устанавливается расчётом и зависит от поливной нормы, протяжённости участка (поливаемого «бьефа»), скорости движения поливного агрегата и количества проходов (челночного перемещения) дождевальной машины (в соответствии с принятой технологической схемой) и количества поливных бьефов на одном оросительном канале.

Производительность ДДА-100МА в гектарах политой площади угодья ( Sчас , га) за один час зависит от выдаваемой поливной нормы, количества проходов по участку, скорости движения и длины [протяжённости гона (оросителя или поливного участка)]. Примерные значения площади полива за один час непрерывной работы дождевальной машины для диапазона поливных норм Nпол = (15÷70) мм (без учёта потерь поливной воды на испарение, её расхода на формирование микроклимата) и длине гона Lг = (150÷1000) метров для среднесуглинистых почв сельхозугодья могут быть определены по соотношению

.

Вид вышеприведенной зависимости

проиллюстрирован рисунком 10.

Рисунок 10. – Графическая зависимость функциональной связи Sчас = f (Nпол; Lг) для ДДА-100МА

Сменная (семичасовая) производительность дождевальной машины ДДА-100МА может быть ориентировочно определена по зависимости вида:

где Lг — длина гона (поливного бьефа) в метрах; Nпол — поливная норма брутто (с учётом испарения поливной воды из дождевого облака) в миллиметрах. Более точно часовая и сменная производительность дождевальной машины ДДА-100МА может быть определена по данным технологической схемы её работы, учитывающей размер поливной нормы, скорости перемещения агрегата по поливному участку (бьефу), количество проходов машины по межбьефному пространству и длину гона (протяжённость поливных бьефов). При определении сменной нормы полива учитывают возможные технологические потери рабочего времени, а также потери поливной воды на испарение с дождевого облака соответствующими опытными коэффициентами.

Сезонная производительность дождевальной машины зависит от ряда факторов (режима орошения сельскохозяйственной(ых) культуры (культур), почвенных, фенологических и топографических условий и ограничений.

Сезонная производительность дождевальной машины ДДА-100МА на предварительной стадии расчётов при круглосуточном её использовании (без перемещения на другое поле) может быть определена по зависимости:

где Lг/ сp — средняя по поливному участку длина (протяжённость) гона (бьефа) в метрах (изменяемая в пределах от 100 до 1000 метров); Mг/ м — величина гидромодуля, изменяющегося в диапазоне значений от 0,20 до 1,0 л/с·га.

Достоинства и недостатки. Очевидными достоинствами ДМ ДДА- 100МА являются:

• высокий уровень мобильности и простота конструктивного решения;
• приемлемость её использования в относительно широком спектре природно-климатических и почвенно-фенологических условий сельхозугодья; простота и относительно низкая стоимость её оросительной сети.

Очевидными недостатками дождевальной машины ДДА-100МА являются:

• ограничения применения по рельефным показателям и необходимость проведения планировочных работ, устройства дороги и открытых оросителей;
• низкий уровень возможностей для регулирования параметров полива (скоростью перемещения агрегата) и высокая интенсивность дождя;
• относительно высокие эксплуатационные издержки;
• ниженормативная равномерность распределения дождя по полосе полива ( kнеp ≤ 0,65÷0,70);
• ограничения по использованию дождевальной машины в ветреную погоду (при скорости ветра > 5 м/с);
• относительно высокие значения размеров дождевых капель;
• значительные непродуктивные потери поливной воды на фильтрацию из оросителей и физическое испарение.

Существенным недостатком дождевальных машин типа ДДА-100МА является:

• необходимость устройства временных оросителей. На устройство открытой оросительной сети отчуждается (5÷7) процентов сельскохозяйственных земель;
• потери поливной воды из сети на непродуктивную фильтрацию и испарение составляют не менее (5÷10) процентов от подаваемого объёма;
• часто (через 120 метров) нарезаемые оросители ухудшают условия для проведения механизированных сельскохозяйственных работ;
• оросители и другие каналы оросительной сети нуждаются в постоянном уходе, ремонте, нарезке и (или) засыпке и (или) восстановлении.

Известен ряд модификаций дождевальных машин ДДА-100МА в определённой мере снижающих вышеуказанные недостатки в части качества полива, изменения интенсивности искусственного дождя, регулирования скорости перемещения поливного агрегата и расхода воды (см. рисунок 11).

Рисунок 11. – Варианты усовершенствованных конструкций дождевальной машины ДДА-100МА

Среди улучшенных конструкций базовой модели этого семейства дождевальных машин – «двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100В» (ДДА-100ВХ; ДДА-100ВЧ), технические характеристики которого приведены ниже.

Общий вид дождевального агрегата ДДА-100ВХ приведен на рисунке 12.

Рисунок 12. – Общий вид дождевальной машины ДДА-100ВХ 

Определённые достоинства имеет, разработанный на основе дождевальной машины ДДА-100МА, двухконсольный дождеватель фронтального действия – ДКДФ «Ростовчанка», в которой предусмотрено тросовое закрепление каждой из пяти секций поливной консоли к центральной стойке. Конструктивное решение консолей значительно облегчает фермы и упрощает технологию их перевода в транспортное и рабочее положение; автономные поливные крылья машины легко собираются, заменяются и демонтируются; высота поливных консолей может изменяться в пределах от 0,9 до 2,1 метра; ширина полосы захвата дождём перпендикулярно оросителю и направлению перемещения «дождевателя» составляет 110 м; расход машины – (80÷100) л/с; средняя интенсивность искусственного дождя – (2,12÷6,07) мм/мин при величине слоя дождя за один проход равной (1,50÷6,80) мм (рисунок 13).

Рисунок 13. – Общий вид фрагмента дождевальной машины ДКФ-1П (по Снипич Ю.Ф.)

Конструкция дождевальной машины предусматривает возможность использования дефлекторных насадок конструкции РосНИИПМ и (или) среднеструйных дождевальных аппаратов секторного и (или) кругового действия. ДМ «Ростовчанка» обеспечивает полив при рабочем давлении в дождевальных крыльях 0,4МПа и более при среднем диаметре капель искусственного дождя менее 2,1 миллиметра. При поливной норме равной 300 м³/га производительность этой дождевальной машины составляет (0,8÷0,9) га/ч.

Двухконсольный агрегат ДДА-100Т (двухконсольная дождевальная машина ДДА-100Т) производства ОАО «Херсонские комбайны» (Украина) является усовершенствованным аналогом ДДА-100МА и характеризуется нижеприведенными техническими и технологическими показателями:

• энергетическая установка – трактор Т-150-0,5;
• расход поливной воды (дождевальной машины) – 120 л/с; ширина фронта (захвата) дождём – 120 метров;
• давление в напорной линии насоса – 0,30 МПа;
• рабочая скорость перемещения машины в процессе полива (12,0-17,2) м/мин ходом «вперёд» и 16,8 м/мин – ходом «назад»;
• средний слой дождя за один проход – (3,3÷4,2) миллиметра;
• характер распределения площадей зоны увлажнения со средней поливной нормой – 61 %;
• с недоувлажнённой до поливной нормы площадью – 18 % и избыточно увлажнённой (переувлажнённой) зоной, составляющей – 21 %;
• средний диаметр капель искусственного дождя – 1,1 миллиметра.

По аналогии с двухконсольным дождевальным агрегатом ДДА-100МА дождевальная машина ДДА-100Т осуществляет полив в движении в процессе фронтального перемещения по поливному участку вдоль открытого оросителя, являющегося источником водного питания для дождевального агрегата.

Известны и другие разработки дождевальных агрегатов конструктивно подобных дождевальной машине ДДА-100МА, например, дождевальный агрегат ДМА-200, состоящий из двух последовательно соединённых двухконсольных ферм с шириной захвата равной 245 метрам и длиной захвата искусственным дождём с одной позиции равной 35 метрам. При расходе машины qд/ м = 203 л/с и напорах в начале водовода – 25 метров, а в конце её фермы – 13 метров средняя интенсивность дождя составляет – Iд/ сp = 1,5 мм/мин.

На основе ДДА-100М разработан дождевальный агрегат ДДА-145 с показателями: расход – 145 л/с; давление – 0,35 МПа; ширина захвата – 120 метров; слой дождя за один проход – 5 мм; сезонно обрабатываемая площадь (130÷150) гектаров. В отличие от базовой модели используют размещаемые на трубопроводе «центробежные» насадки с бóльшей производительностью.

Известна конструкция двухконсольного дождевально-поливного агрегата ДДПА-130/140, на котором, кроме дождевателей, предусмотренных на ДДА-100МА, устроено 160 шланговых водовыпусков, расположенных по дождевальным крыльям с шагом в 0,7 метра, закрепляемых посредством штуцеров на нижней стороне водопроводящих труб. Шланговые водовыпуски оборудованы кранами и разбрызгивателями, позволяющими осуществлять дождевание на высоте (30÷70) сантиметров от поверхности земли или подавать воду в поливные борозды с одной позиции или при движении машины.

Известны предложения по устройству подобных ДДА дождевальных машин с бóльшей шириной захвата, основанных на использовании дополнительных (концевых или срединных) поддерживающих фермы колёсных опор. Известно предложение специалистов ФГНУ «Радуга» по модернизации дождевальных агрегатов семейства «ДДА» с заменой используемых дождевальных насадок кругового (полнокругового) действия на усовершенствованные малоинтенсивные секторные насадки (секторного действия).

Для дождевальной машины ДДА-100МА во ВНИИ «Радуга» разработано три схемы расстановки предложенных (конструктивно отработанных) низконапорных, короткоструйных дождевальных насадок: первая схема предусматривает размещение 54 насадок по типовой системе размещения дождеобразователей (для почв со средней водопроницаемостью); для почв с нижесредней водопроницаемостью предложена шахматная (вторая) схема размещения 54 насадок; третья схема предусматривает размещение на дождевальных крыльях 102 короткоструйных насадок (для почв с низкой водопроницаемостью). Соответственно вышеуказанным схемам разработано два комплекта дождевальных устройств (КДУ-54-100 и КДУ-102-100), позволяющих модернизировать дождевальный агрегат ДДА-100МА. При модернизации этой дождевальной машины предлагается предусмотреть изменение её расхода в пределах от 80 до 120 л/с и использовать разработанную систему автоматического управления её перемещением и управления поливом.

По заключению специалистов ФГНУ ВНИИ «Радуга» улучшение качества структуры искусственного дождя, достигаемое применением усовершенствованных секторных дождевальных насадок, позволяет: увеличить равномерность распределения поливной воды на 60 %; снизить интенсивность искусственного дождя на 40 %, а крупность его капель на 30 процентов при уменьшении ударного воздействия капель на почву и растительный покров на 33 процента; повысить достоковую норму полива на 27 процентов.

Улучшение структуры искусственного дождя позволяет получить агромелиоративный и хозяйственно-экономический эффект, выражающийся в:

• снижении, а в определённых условиях и не проявлении коркообразования на поверхности почвы;
• отсутствии вымыва семян при постпосевных поливах и сокращения на (18÷20) процентов сроков их произрастания;
• отсутствии мелкозёмных образований на листовой поверхности растений;
• снижении расхода топлива и поливной воды на 20 процентов и 23 процента соответственно при увеличении выхода товарной продукции корнеплодов на (14÷16) процентов и прибавке урожайности основных овощных культур на 20 процентов.

Широкий спектр разработанных облегчённых и высокоэффективных конструкций дождевателей (дождевальных аппаратов и дождевальных насадок) вкупе с глубокими проработками (РосНИИПМ) рациональных схем их установки на напорных водоводах (дождевальных крыльев) и возможностью изготовления ферменных (ферменно-тросовых) конструкций консолей открывают широкие возможности для дальнейшего совершенствования двухконсольных дождевальных агрегатов типа ДДА-100, работающих в автоматическом режиме или при дистанционном управлении функционированием.

Учитывая известные наработки по подобным консольным широкозахватным дождевальным машинам, представляется целесообразным использование облегчённых конструкций движителя и главной опоры вкупе с применением вспомогательных одноколёсных опор облегчённых конструкций.

Просмотров:652