Аналіз конструктивних особливостей сучасних дощувальних машин

Сучасні електрифіковані широкозахватні дощувальні машини поставляють такі відомі у світі фірми: "Valley", "T-L Irrigation Company", "Valmont", "Reinke" (США); "RKD" (Іспанія); "Кубань ЛК" (Росія); "Bauer" (Австрія) - модифікації дощувальних машин "Centarliner" і "Linerstar": "Lindsey" (США) - модифікації дощувальної машини "Zimmatic". Дощувальні машини шлангобарабанного типу поставляють фірми "Bauer" (Австрія), "Irrifrance Optima" (Франція), Beinlich (Німеччина), IRTEC (Італія).

Параметри і основні типи дощувальних машин, які виготовляють за кордоном наведено в таблиці.

 

Параметри і основні типи багатоопорних дощувальних машин

Назва параметра, тип дощувальної машини	Одиниця виміру	Діапазон значення	Тип машини
Витрата води:
- фронтальні, забір з каналу	л/с	31–277	“Linestar”
- фронтальні, забір з гідрантів мережі	л/с	12–88	“Linestar”, “Centerliner”
- кругові, забір з гідранту	л/с	12–88	“Centerstar”
Довжина машини:
- фронтальні, забір з каналу	м	457–1200	“Linestar”
- фронтальні, забір з гідрантів мережі	м	320–480	“Linestar”, “Centerliner”
- кругові, забір з гідранту мережі	м	320–480	“Centerstar”
Довжина прогонів водопровідного трубопроводу	м	33,2–62,5	“Linestar”, “Centerstar”
Діаметр водопровідного трубопроводу	мм	152,4; 168,3; 219,1; 254,0	“Linestar”, “Centerstar”

 

Основні типи і узагальнені оптимальні параметри зарубіжних

дощувальних машин, які використовуються в Україні

Тип машин	Максимал витрата води, л/с	Робочий тиск на гідранті, МПа	Діаметр (d) і довжина гнучкого подавального трубопроводу (l)	Макси-мальна ширина захвату дощем, м	Типи приводу переміщення машини чи консолі	Сезонна площа зрошення, га
Широкозахватні дощувальні машини
Кругової дії типу «Centerstar» при роботі на двох позиціях:					дизель-електричний, дизель-гідравлічний або електричний по підземному кабелю
- забір води з гідрантів трубо-провідної мережі	64 – 98	0,25–0,35	-
Фронтальної дії типу «Linestar»:
- забір води з гідрантів трубо-провідної мережі		0,45	d = 152,4 мм (6") l = 120 м		дизель-електричний, дизель-гідравлічний
- забір води з каналу		0,29^*			дизель-електричний
Комбінованої дії типу «Centerliner»:					дизель-електричний, дизель-гідравлічний
- забір води з гідрантів трубо-провідної мережі		0,30	d = 203,2 мм (8") l = 120 м
Зрошувальні машини барабанного типу:
- з низьконапірними розбризкувачами на консолі AS-50	20,0   22,0	0,50   0,55	ряд типорозмірів: від d = 100 мм, l = 350 м до d = 120 мм, l = 550 м		при зрошенні –турбінний привод, при зміні позицій – трактор класу 1,4-2 т
- з низьконапірними розбризкувачами на консолі AS-32	7,0   13,0	0,60   0,50	ряд типорозмірів: від d = 65 мм, l = 270 м до d = 90 мм, l = 450 м		при зрошенні –турбінний привод, при зміні позицій – трактор класу 1,4 т
^*- значення робочого тиску на виході насосного агрегату

 

Агротехнічні показники зарубіжної дощувальної

техніки, яка використовується в Україні

Назва показника	Одиниця виміру	Дощувальна машина
кругової дії; електрифікована “Centerstar”	фронтальної дії; “Linestar” забір води з закритої мережі	кругової дії; електрифікована “Valley”
Довжина	м	448,7
Площа зрошення	га	63,5	50,4	62,6
Сільськогосподарська культура	-	люцерна після укосу	кукурудза на зерно	соя
Витрата води	л/с	99,8
Робочий тиск на вході	МПа	0,38	0,35	0,30
Розміщення насадок на трубопроводі	-	на опущених униз трубках
Висота падіння крапель	м	1,8	1,5	1,5
Середній діаметр крапель дощу	мм	1,8	1,3	1,4
Шар дощу	мм	39,76	18,3	21,0
Середня швидкість вітру	м/с	1,1	0,5	5,0
Середня інтенсивність дощу	мм/хв	1,08	0,92	0,68
Коефіцієнт ефективного поливу		0,74	0,70	0,58
Коефіцієнт надлишкового поливу		0,12	0,14	0,13
Коефіцієнт недостатнього поливу		0,14	0,16	0,29
Витрати палива дизель-генератором дощувальної машини	л/год	2,72	2,6	1,32
Подача води до машини		електрифікована насосна станція	електрифікована насосна станція	дизельна насосна станція “IVECO”

Швидке поширення багатоопорних широкозахватних дощувальних машин з електроприводом обумовлено високим ступенем автоматизації їхньої роботи, технологічністю й надійністю конструкції.

Аналіз конструктивних особливостей різних типів широкозахватних дощувальних машин показує, що ці машини розділяють за принципом дії - фронтальні, кругові й фронтально-кругові. Також вони діляться на машини, які забирають воду з каналу насосом, що поставляється в комплекті з дощувальною машиною, і працюючі від гідрантів трубопровідної зрошувальної мережі, вода в яку подається під тиском від насосної станції.

До основних переваг найбільш ефективних багатоопорних дощувальних машин, що працюють по колу, відносяться низькі витрати праці на полив (2 - 2,5 чол. годин/га за сезон), економія води до 60 % у порівнянні з поверхневим поливом, зменшення витрат на полив переносними дощувальними установками на 30 %, у тому числі на оплату праці на 70 %. Підвищення врожайності досягається за рахунок високої рівномірності і якості дощу, можливості регулювання поливних норм у широких межах, точне дозування добрив, внесених з поливною водою, якісне зрошення на складному рельєфі й ухилах місцевості до 0,3.

Високий ступінь автоматизації й експлуатаційної надійності дозволяє контролювати роботу великої групи дощувальних машин однією людиною. Існують автоматизовані системи для керування будь-якою кількістю багатоопорних дощувальних машин, що працюють по колу. У США поширені системи, які дистанційно управляють режимом зрошення 30-50 машин на площі 1500 га.

Основним недоліком багатоопорних дощувальних машин, що працюють у русі по колу, - недополив площ по кутах поля (до 16 %). Для усунення цього недоліку існують дощувальні машини кругової дії, які комплектуються додатковою шарнірно приєднаною секцією довжиною 78-82,5 м з ходовим візком, що автоматично управляється по кабелю, прокладеному на глибині 70-80 см по бажаній траєкторії руху (мал. 5.1).

Капітальні витрати на багатоопорну дощувальну машину кругової дії з додатковою секцією для поливу кутів більше на 8-10 %, у порівнянні зі звичайною машиною, але витрати із розрахунку на полив 1 га менше на 17 %.

В умовах енергетичної кризи, росту цін на землю, воду, паливно-мастильні матеріали доцільно більш широке використання багатоопорних дощувальних машин фронтально-кругової дії, які працюють із забором води з відкритих каналів або гідрантів закритої трубопровідної системи. Ці машини працюють автоматично із фронтальним переміщенням уздовж каналу або закритої трубопровідної мережі. Наприкінці робочого проходу машина повертається на 180^o навколо крайньої опори з поливом або без поливу.

Малюнок 5.1 - Полив полів складної конфігурації дощувальними машинами кругової дії з використанням додаткової секції з автоматичним керуванням

 

 

Лінійний режим с внутрішнім холостим поворотом

Лінійний режим с зовнішнім поворотом зі зрошенням

Лінійний режим с зовнішнім поворотом с зрошенням і внутрішнім холостим поворотом

 

 

Малюнок 5.2 - Схеми поливу багатоопорною дощувальною машиною фронтально-кругового переміщення з подачею води від гідрантів мережі по шлангу залежно від режиму руху

 

 

 

 

Малюнок 5.3 - Схеми зрошення при використанні модифікацій широкозахватних багатоопорних дощувальних машин

«Centerliner», CLS, CLЕ, CLX-Multistar

 

Основний недолік цих машин - витрати ручної праці на приєднання й від'єднання шланга, витрати енергії на його волочіння й втрати тиску в шлангу.

Машини фронтальної дії, вода в які подається від гідрантів гнучким шлангом, мають високу економічність при роботі з максимальною витратою води до 80 л/с.

Досвід використання багатоопорних широкозахватних дощувальних машин у США й ін. країнах показує, що кількість працюючих машин кругового переміщення в 1,5 рази більше машин фронтального переміщення, що обумовлено їхнім високим ступенем автоматизації процесу поливу, надійністю й мінімальними витратами праці.

Широкозахватні дощувальні машини всіх відомих фірм конструктивно побудовані по модульному принципі, тому мають багато однакових технічних і технологічних рішень для забезпечення енергоефективності й екологічної безпеки роботи сучасних дощувальних машин. Тому доцільно виділити основні вузли, які є на всіх типах дощувальних машин.

Основні вузли широкозахватних дощувальних машин - центральна опора поворотної системи, водопровідний пояс із труб, енергетичний блок, що забезпечує роботу приводу візків, пульт управління й система синхронізації руху дощувальної машини, шарнірно-сполучна система, система розподілу дощу, що складається з дощувальних насадок і кінцевого дощувального апарата з насосом, що підкачує, або без нього.

Дощувальна машина кругової дії підключається до трубопровідної мережі через нерухливу опору з поворотною системою. Центральна опора поворотної системи забезпечує подачу води в дощувальні насадки й електроенергії для руху візків і керування роботою машини. Центральний стояк складається з оцинкованої кутикової сталі товщиною 9,5 мм (3/8'') і поперечок товщиною 4,8 мм (3/16''), які формують міцну платформу для роботи машини довжиною навіть 500 м. Водопровідний пояс є несучою конструкцією дощувальної машини й складається із прольотів різної довжини, що дозволяє змінювати конструкцію й розміри машини для зрошення полів з різною площею.

Для водопровідного пояса застосовуються труби з оцинкованого металу товщиною 3-4 мм, з алюмінію, нержавіючої сталі й металевих труб із внутрішнім поліетиленовим покриттям. Для водопровідних конструкцій застосовують труби діаметром 141 мм (5''1/2); 168 мм (6''5/8), 203 мм (8''), 219 мм (8''1/2), 254 мм (10''). Труби діаметром 203 мм і 219 мм застосовуються на дощувальних машинах довжиною 550 м і більше; труби діаметром 168 мм - для машин довжиною до 400 м і витратою до 63 л/с; труби діаметром 141 мм - для машин меншої довжини з низькою продуктивністю.

Енергетичний блок, що забезпечує роботу приводу візків дощувальних машин, має в складі дизельний двигун, механічно з'єднаний з електрогенератором або гідронасосом. У першому випадку електрогенератор забезпечує подачу електроенергії напругою 380/220 V для роботи електричних двигунів опорних візків машини. У другому випадку гідравлічний насос із бака об'ємом 100 літрів подає під тиском 8,0-10,0 мПа спеціальну рідину для роботи гідромоторів, установлених на колесах опорних візків.

Переважна більшість фірм виробляють енергетичний блок укомплектований дизель-генератором і тільки фірмою TL Irrigation Company (США) поставляє енергетичний блок з гідравлічним насосом.

Дизельні агрегати для різних модифікацій дощувальних машин мають потужність 5; 7,5; 10; 12; 16 кВт.

Аналіз існуючого виробництва дизельних агрегатів і сучасних вимог до їхнього використання для широкозахватних дощувальних машин показує, що доцільно використовувати закордонні економічні енергетичні блоки для комплектації ними дощувальних машин.

Пульт управління й електронна система синхронізації руху візків дощувальної машини, які можуть забезпечити синхронізацію при комбінованому фронтально-круговому режимі руху, мають додаткові функції для безпеки й захисту машин у позаштатних ситуаціях. Системи фірм США "Valmont" і "Zimmatic" мають високу надійність і точність.

Приводні мотор-редуктори, що виготовляються для переміщення візків, повинні виконуватися у водонепроникній капсулі (клас ізоляції F) і комплектуватися ізольованими електроконтактами.

Редуктори приводу коліс мають надміцні загартовані зубчасті й черв'ячні передачі.

При використанні гідромоторів, як привід коліс може бути встановлена черв'ячна або планетарна передача, повністю закрита й з'єднана з гідромотором, який закріплений на колесі.

При налагодженні виробництва дощувальних машин необхідно особливу увагу приділити вибору оптимального типу приводів коліс візків і провести порівняльний аналіз параметрів потужності, надійності й герметичності електродвигунів, гідромоторів і редукторів, які виробляються в країні та за кордоном.

Закордонні фірми пропонують чотири різні розміри шин, вибір яких здійснюється залежно від типу ґрунту, висоти й густоти насадження рослин. Ширина шини - 264 мм, 284 мм, 368 мм і 429 мм і, відповідно, діаметр шини - 1092 мм, 1448 мм, 1265 мм і 1346 мм. Такі шини, або близькі по розмірах, можуть виготовляти заводи України.

На закордонних дощувальних машинах для розподілу води в основному застосовують короткоструйні розбризкувачі кругової дії, які для підвищення рівномірності зрошення мають регулятор тиску. Регулятори працюють при тиску 0,07 - 0,1 мПа й забезпечують високу рівномірність зрошення. З огляду на це, при налагодженні виробництва дослідної партії дощувальних машин доцільно застосовувати закордонні розбризкувачі, тому що при їхньому виготовленні в Україні досягти необхідних робочих параметрів буде складно.

Таким чином, аналіз основних вузлів широкозахватних дощувальних машин показує, що заводи України можуть повністю виготовляти фермену несучу конструкцію дощувальної машини, водопровідний трубопровід, опорні візки, центральні опори, шарнірно-сполучної системи.

Частково на заводах можливо виготовляти вузли приводів коліс, електроустаткування й окремі сполучні вузли енергетичного блоку й системи синхронізації.

Все вищесказане дає підставу зробити висновок, що на вітчизняних заводах доцільно виготовляти металеві конструкції й вузли дощувальної машини на суму не менш 80% від її повної вартості.

Аналіз і оцінка різних типів дощувальних машин закордонного виробництва проводилася також і по агротехнічних і техніко-економічних показниках.

При агротехнічній оцінці враховувалися показники, які найбільше впливають на структуру ґрунту й величину поливної норми.

Такими показниками є: середня рівномірність і інтенсивність дощу, діаметр крапель дощу, питома потужність дощу, величина шару дощу за один прохід дощувальної машини.

Аналіз проводився за даними досліджень, проведених у польових умовах на зрошувальних системах півдня України при роботі дощувальних машин «Фрегат» з гідроприводом і електроприводом і дощувальними машинами закордонного виробництва "Valley", "Zimmatic" (США); "Centerliner", "Linestar" (Австрія).

Результати агротехнічної оцінки наведені в таблиці 5.1. Як видно з таблиці кращу рівномірність дощу мають дощувальні машини "Zimmatic 434-M" і електроприводна модифікація ДМФЕ "Фрегат", які мають кращу рівномірність розподілу дощу з коефіцієнтом ефективного поливу 0,91 і 0,84, а також середній діаметр крапель дощу 0, 69 і 0,65 мм відповідно.

 

Таблиця 5.1 - Агротехнічна оцінка широкозахватних дощувальних машин

 

Показник	ДМ Фрегат Україна	Zimmatic 434-M, США	Centerliner 168 CLS, Австрія	"Valley", США	Zimmatic 800-M, США	Linestar (Австрія)
Б 463-72	Бнб463-72	ДМФЕ
високо-напірна з гідро-приводом	низько- напірна з гідро-приводом	електрофікована
Тиск на вході в трубопровід машини, МПа	0,56	0,38	0,35	0,30	0,35	0,37	0,20	0,6
Загальні витрати води по машині, л/с
Середнє значення шару дощу, мм	34,8	33,5	13,4	30,5	35,0	34,5	25,6	32,1
Рівномірність поливу: коефіцієнт ефективного поливу	0,67	0,81	0,84	0,91	0,72	0,82	0,84	0,72
Середня інтенсивність дощу, мм/хв.	0,36	0,61	0,83	1,10	1,10	1,10	2,70	0,57
Середній діаметр крапель, мм	1,12	0,93	0,65	0,69	1,20	1,00	1,30	2,5
Споживана потужність дощу, Вт/м^2	0,052	0,077	0,043	0,072	0,18	0,146	0,56	0,27
Примітка. Випробування проводили при швидкості вітру не більше 1,5 м/с

 

Найменшу питому потужність дощу, що діє на відкриту поверхню ґрунту й може приводити до її ущільнення, мають електрифікована машина Фрегат ДМФЕ - 0,043 Вт/м², високонапірна машина Фрегат Б 463-72 - 0,052 Вт/м² і машина Zimmatic 434-М - 0,072 Вт/м².

Гарну структуру дощу (діаметр краплі дощу, інтенсивність дощу) мають дощувальні машини ДМФЕ Фрегат і Zimmatic 434-M.

Оцінка техніко-економічних показників перспективних дощувальних машин закордонного виробництва передбачала визначення питомих витрат енергії (табл. 5.2).

За результатами обробки результатів досліджень дощувальних машин у виробничих умовах установлено, що найменші питомі витрати енергії мають дощувальні машини кругової дії "Valley" з живленням по електрокабелю – 83,6 кВт • год/га й модифікація ДМФЕ «Фрегат» з електроприводом – 85,4 кВт • год/га.

В 2010 році почалося вітчизняне виробництво нової машини фронтальної дії ДМФ «Фрегат», технічні характеристика якої наведена в таблиці.