УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ ГІДРОТЕХНІКИ І МЕЛІОРАЦІЇ

ДЕМ’ЯНЮК ОЛЕКСІЙ СТЕПАНОВИЧ

УДК 631.674.5

РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВИХ СХЕМ І КОНСТРУКЦІЙ

СУМІСНОЇ РОБОТИ МОБІЛЬНИХ І ШИРОКОЗАХВАТНИХ

ДОЩУВАЛЬНИХ МАШИН

06.01.02 – сільськогосподарські меліорації

(технічні науки)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті гідротехніки і меліорації Української

академії аграрних наук (УААН).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

ГРИНЬ Юрій Іванович, Інститут гідротехніки

і меліорації УААН, завідувач відділу зрошувальних систем.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник

МИХАЙЛОВ Юрій Олексійович, Інститут гідротехніки

і меліорації УААН, головний науковий співробітник

відділу водозабезпечення зрошення;

кандидат технічних наук, доцент

КУЦЕНКО Юрій Юхимович,

Національний транспортний університет,

доцент кафедри менеджменту і підприємництва.

Провідна установа : Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне, вул. Соборна, 11.

Захист відбудеться “_8__” червня 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 37.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту гідротехніки і меліорації за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 37.

Автореферат розіслано “__4__” травня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, с.н.с. Топольнік Т.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ефективність використання поширених в Україні широкозахватних дощувальних машин “Фрегат”, “Дніпро”, ДДА-100 МА з кожним роком знижується, що пояснюється закінченням терміну служби і зменшенням їх кількості, відсутністю належного управління й обслуговування насосних станцій і зрошувальних мереж, які розташовані на землях різних власників. Насосні станції через відсутність проектної завантаженості мають неоптимальні режими роботи, внаслідок чого енергоємність поливу і втрати води збільшуються, а надійність трубопровідної мережі зменшується. Це приводить до того, що попит на широкозахватну стаціонарну дощувальну техніку більшістю сільгоспвиробників зменшується, а на недорогу мобільну дощувальну техніку з площею зрошення 5-20 га – збільшується. Тому в існуючих зрошувальних системах доцільно сумісне використання високопродуктивних дощувальних машин із сезонною площею зрошення до 120 га кожна і мобільних дощувальних машин з сезонною площею зрошення до 20 га, яка після закінчення поливу може транспортуватися з поля і зберігатися під наглядом. Це дозволить зменшити капітальні витрати на реконструкцію зрошувальних систем, продовжити термін їх служби, підвищити економічність роботи існуючих насосних станцій, забезпечити зрошувальні системи сучасною мобільною дощувальною технікою, яка має попит у власників землі.

Досвід одночасної роботи широкозахватних стаціонарних дощувальних машин і мобільних дощувальних машин відсутній, тому що за кордоном мобільні дощувальні машини шлангобарбанного типу комплектуються спеціальними дизельними насосними станціями й алюмінієвими трубопроводами. В Україні в 1980-1990 рр. шлангобарабанні установки чеської фірми “Сігма” використовувалися окремо при подачі води як від спеціальних електричних, так і дизельних насосних станцій. Мобільна шлангобарабанна дощувальна техніка, яка виготовляється за кордоном, має велику вартість, а її напірно-витратні характеристики не узгоджуються з аналогічними характеристиками існуючих насосних станцій.

Отже, важливими й актуальними є розробка і дослідження технологій, принципових схем, параметрів і конструкцій мобільних засобів поливу при їх сумісному використанні з широкозахватними дощувальними машинами в існуючих зрошувальних системах.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана за державними науковими програмами Української академії аграрних наук (УААН) та галузевими програмами Держводгоспу України 2001-2004 рр., у 2001-2005 рр. – науково-технічною програмою УААН “Виробництво продукції на меліорованих землях. Розробити ресурсозберігаючі, економічно безпечні технології і технічні засоби поливу для комплексної реконструкції та модернізації зрошувальних систем”, державна реєстрація теми № 0101U004615.

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження: розробка технологій, принципових схем і конструкцій мобільних засобів поливу при їх використанні в існуючих зрошувальних системах з широкозахватними дощувальними машинами.

Для досягнення мети вирішувалися такі завдання:

аналіз існуючого стану зрошення;

розробка принципових схем і технологій сумісного використання широкозахватних і мобільних дощувальних машин;

оптимізація енергетичних і конструктивних параметрів мобільних дощувальних машин;

розробка принципової схеми та конструкції мобільної дощувальної машини і дослідження її агротехнічних показників.

Об’єктом дослідження є технологія і процес подачі та розподілу води у зрошувальних системах з мобільними дощувальними машинами.

Предметом дослідження є принципові схеми розподілу води і параметри мобільних дощувальних машин.

Методи дослідження. Вирішення поставлених задач здійснювалося експериментальними методами у лабораторних і польових умовах з математичною обробкою одержаних результатів, порівнянням теоретичних та експериментальних результатів досліджень.

Випробування в польових та дослідно-виробничих умовах здійснювалися відповідно до галузевого стандарту Держводгоспу України ВНД 33-4.3-01-98 “Машини і установки дощувальні. Програми і методи випробувань і оцінок” і міжнародних стандартів ISO 8224 – 1 : 2001 “Пересувні поливні машини. Частина 1. Методи лабораторних і польових випробувань”, ISO 7749 – 2: 2001 “Устаткування іригаційне. Розбризкувачі. Загальні вимоги та методи випробувань”.

Наукова новизна одержаних результатів:

вперше визначено агротехнічні параметри і умови сумісного використання мобільних дощувальних машин на зрошувальній мережі з широкозахватними дощувальними машинами;

вперше оптимізовано параметри витрат води і втрат напору при використанні мобільних дощувальних машин з допоміжними трубопроводами на існуючих зрошувальних системах;

визначено енергоємність зрошення різних типів дощувальних машин залежно від метереологічних умов;

визначено і проведено порівняння агротехнічних показників різних конструкцій мобільних і широкозахватних машин;

визначено конструктивні параметри і досліджено основні агротехнічні показники ново ї мобільної дощувальної машини.

. Практичне значення одержаних результатів. Розроблено принципові схеми і визначено параметри подачі води від насосної станції існуючих зрошувальних систем до мобільних дощувальних машин.

Розроблено мобільну дощувальну машину із забором води з відкритого каналу.

Результати досліджень агротехнічних показників дощувальних машин і розроблені принципові схеми використання широкозахватних і мобільних дощувальних машин включено в п’ять нормативно-методичних документів, які затверджено Міністерство аграрної політики і Держводгоспом України, рекомендовані для використання і використовуються при розробці нових типів дощувальних машин і реконструкції зрошувальних систем.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, викладені в дисертації, одержані автором особисто на основі проведеного аналізу й узагальнення досвіду роботи відомих технологій і конструкцій зрошувальних систем і дощувальних машин. Експериментальна перевірка наукових положень у лабораторних і польових умовах здійснювалася разом із співробітниками відділу зрошувальних систем Інституту гідротехніки і меліорації УААН і Кам'янко-Дніпровської дослідної станції.

Апробація результатів досліджень. Основні положення й окремі розділи дисертації доповідалися на міжнародній науково-практичній конференції “Еколого-економічні проблеми водогосподарського та будівельного комплексу півдня України” в м. Херсоні (2003 р.), на ХI міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” в м. Глеваха, Київської обл. (2003 р.), на науково-технічній конференції Української академії аграрних наук і Держводгоспу України “Водне господарство: завдання в період реформування економіки і перспективи розвитку” (2003 р.), на науково-технічних радах відділення “Поливна техніка” Інституту гідротехніки і меліорації УААН.

Публікації. Основні результати досліджень опубліковано в п’яти статтях у фахових виданнях та у п’ятьох галузевих нормативно-методичних документах. Розроблена принципова схема зрошувальної мережі і конструкція дощувальної насадки захищені патентами.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 149 сторінках друкованого тексту і містить вступ, п’ять розділів, висновки, список використаних джерел із 83 найменувань. Текст дисертації ілюстровано 38 рисунками та 41 таблицею.

З М І С Т Р О Б О Т И

У вступі наведено стислу характеристику дисертаційної роботи, обґрунтовано її актуальність.

У першому розділі на основі літературних джерел подано огляд і аналіз наукових досліджень, які присвячені обґрунтуванню ефективності й напрямам розвитку зрошення у світі та в Україні.

Порівняння різних способів поливу, які використовуються в США дало, змогу визначити, що найменші витрати енергії на зрошення мають широкозахватні дощувальні машини із забором води з центральної мережі, а найбільші – сезонно-стаціонарні дощувальні системи. Аналіз розвитку зрошення в Європі показав поширеність пересувних далекоструминних шлангобарабанних машин, сезонна площа зрошення яких до 20 га, які мають переваги порівняно з системами мікрозрошення при вирощуванні овочевих і плодоягідних культур.

Визначено, що напрями і тенденції розвитку зрошення в розвинених країнах базуються на таких вимогах: підвищення рівня використання земельних ресурсів шляхом упровадження самохідних фронтальних дощувальних машин; зменшення капітальних вкладень за рахунок багатофункціонального використання зрошувальних систем і дощувальної техніки; при проектуванні й експлуатації зрошувальних систем і розробці нових засобів поливу застосовується системний підхід, уніфіковані модулі, збірні одиниці, комплексна оптимізація поливних модулів.

В Україні зрошувальні системи побудовані для використання переважно широкозахватних дощувальних машин “Фрегат”, “Дніпро”, ДДА-100МА. Значна кількість досліджень, в яких вирішувалися проблеми підвищення ефективності експлуатації зрошувальних систем з цими машинами, проведено в Росії – Носенком В.Ф., Ерховим М.С.,

В Україні – Коваленком П.І., Гуріним В.А., Гринем Ю.І., Михайловим Ю.О., Шевченко О.В.

В останні роки в Україні після реформування сільськогосподарського виробництва площі зрошуваних земель зменшилися і з'явився попит на мобільну дощувальну техніку, сезонна площа зрошення якої до 20 га.

Аналіз напрямків розвитку зрошення в Україні показує, що доцільні збереження і модернізація існуючих зрошувальних систем з широкозахватними дощувальними машинами і обґрунтування параметрів та конструкцій мобільних дощувальних машин з метою їх використання з мінімальними витратами матеріальних і енергетичних ресурсів.

У другому розділі проведено обґрунтування напрямків і методів досліджень. Аналіз напрямків досліджень показав, що перспективною є модернізація існуючих зрошувальних систем з широкозахватними машинами “Фрегат”, “Дніпро”, ДДА-100МА, яка передбачає їх сумісне використання з новими типами мобільних дощувальних машин. Обґрунтована необхідність оптимізації принципових схем і конструкцій мобільних машин і їх випробування у виробничих умовах.

Методи досліджень передбачали використання міжнародних стандартів ISO 8224-1 : 2001, ISO 7749–2 : 2001 та чинних нормативів у галузі. Випробування розробленої дощувальної машини

та її робочих органів (дощувальних насадок, апаратів) проводилися в лабораторних умовах з використанням стенда для вимірювання витрат води і в польових умовах на дослідних ділянках зрошення. Проведено дослідження основних параметрів шлангобарабанних дощувальних машин різних конструкцій. Визначено, що в середньому робочий напір на гідранті зрошувальної мережі повинен бути 80-85 м, а це вимагає підвищення напірності існуючих насосних станцій, що приведе до зниження надійності роботи мережі, яка виконана із стальних і азбестоцементних трубопроводів. Тому використання шлангобарабанних установок на існуючих зрошувальних системах вимагає попереднього обстеження і визначення можливості модернізації мереж і насосних станцій. Проведено дослідження вартості і енергоємності поливу шлангобарабанних установок і визначено їх залежність від витрати води Q та поливної норми m = 300 м3/га (рис. 1).

Встановлено, що оптимальна витрата води шлангобарабанних установок знаходиться в діапазоні від 14 до 22 л/с. При такій витраті води і довжині поля 400 м діаметр поліетиленового трубопроводу повинен бути 110-125 мм, втрати напору по довжині трубопроводу – не більше 40 м.

Використання поліетиленового гнучкого трубопроводу для подачі води до дощувального апарата або до ферми машини і підтягування останніх вимагають високої міцності та довговічності трубопроводу, тому визначено допустимі зусилля при розтягуванні трубопроводів, виконаних з поліетилену низького і високого тисків. Установлено, що при довжині поліетиленового трубопроводу 400 м і діаметрах 90, 110, 125 мм необхідне тягове зусилля відповідно складає 15, 23 і 30 кН.

Аналіз умов експлуатації шлангобарабанних установок показує, що для їх під'єднання до існуючих гідрантів зрошувальної мережі необхідно розробити універсальні перехідні водозабірні вузли і швидкорозбірні трубопроводи.

У третьому розділі проведено дослідження умов сумісного використання широкозахватних і мобільних дощувальних машин. Розглянуто принципові схеми сумісного використання машин “Фрегат” і “Дніпро” з мобільними дощувальними машинами шлангобарабанного типу.

На зрошувальній мережі з машинами “Фрегат” до гідранта приєднується допоміжний трубопровід, вода з якого подається в тимчасові канали-зрошувачі або безпосередньо до мобільних дощувальних машин. При використанні існуючої мережі з низьконапірними машинами “Фрегат” довжиною 280-380 м вода від гідранта подається по допоміжному трубопроводу в тимчасові канали-зрошувачі, забір води з яких буде здійснюватися чотирма мобільними машинами із загальною витратою 30-40 л/с. Довжина каналів визначається з урахуванням розмірів машини “Фрегат” і рельєфу місцевості, а відстань між каналами – шириною смуги дощу мобільної машини. Якщо робочий напір високий (0,7-0,8 МПа) у зрошувальній мережі і працюють високонапірні машини “Фрегат”, використовуються шлангобарабанні дощувальні машини, які забирають воду з допоміжного трубопроводу за допомогою засувок. Відстань між засувками дорівнює ширині смуги дощу мобільної машини. При цьому можуть бути два типи шлангобарабанних машин. Перший тип машини має шлангобарабанний механізм 3, який розміщується біля засувки допоміжного трубопроводу, у другому типі машини шлангобарабанний механізм розміщується на машині і рухається уздовж тимчасового розбірного трубопроводу 8 (рис. 2). Розроблено три варіанти технології одночасної роботи мобільних дощувальних машин щодо зменшення втрат напору в допоміжному трубопроводі.

Переваги технології роботи мобільних дощувальних машин, які працюють із забором води з тимчасового розбірного трубопроводу, порівняно з шлангобарабанними установками такі:

виключаються операції з використанням трактора для змотування з барабана поліетиленового трубопроводу;

менші втрати напору по довжині за рахунок можливості використання розбірного прямого трубопроводу діаметром 150-200 мм.

Переваги технології роботи мобільних дощувальних машин із забором води з тимчасового каналу-зрошувача порівняно з попередніми: є можливість під'єднання до низьконапірної мережі, виключення використання трактора і операцій збирання та розбирання тимчасового трубопроводу і зупинки машини через кожні 150 м.

Визначено втрати напору і енергії при подачі води від насосної станції до мобільних дощувальних машин. Втрати напору в допоміжному трубопроводі визначено за формулою:

,

де - коефіцієнт гідравлічного опору,

– витрата води кожною мобільною машиною;

– довжина трубопроводу від гідранта мережі відповідно до першої і другої мобільної машини.

Рис. 2. Принципова схема використання чотирьох мобільних дощувальних машин на зрошувальній мережі з ДМ “Фрегат”:

1 – ДМ "Фрегат";

2 – пересувна дощувальна ферма;

3 – шлангобарабанний механізм;

4 – допоміжний трубопровід;

5 – засувка;

6 – гідрант зрошувальної мережі;

7 – поліетиленовий рубопровід;

8 – розбірний поліетиленовий рубопровід;

9 – мобільна дощувальна машина.

При сумісній роботі чотирьох мобільних дощувальних машин, загальна витрата яких 72 л/с на існуючій зрошувальній мережі з машинами “Фрегат” довжиною до 380 м оптимальним є використання допоміжного трубопроводу діаметром 125 мм, виконаного із поліетилену (тип Т), при довжині машини “Фрегат” до 460 м – допоміжний трубопровід діаметром 160 мм (тип Т).

У цих випадках максимальні втрати напору від насосної станції до засувок допоміжного трубопроводу відповідно складають 38,2 м і 20,2 м.

При сумісній роботі дощувальних машин “Дніпро” і мобільних дощувальних машин шлангобарабанного типу забір води останніми здійснюється безпосередньо з гідранта зрошувального трубопроводу, діаметр якого 500 мм, внаслідок чого втрати напору незначні. В цьому випадку важливим є забезпечення мінімальних втрат напору в поліетиленовому трубопроводі шлангобарабанної машини.

Якщо враховувати існуючі насосні станції на зрошувальних системах з машинами “Дніпро”, то максимальний напір на гідранті зрошувального трубопроводу не перевищує 65 м. Враховуючи це, втрати по довжині трубопроводу шлангобарабанної машини не повинні перевищувати 40 м при використанні ферми з короткоструминними насадками і 20 м при використанні далекоструминного апарату, робочі напори яких відповідно 25 і 45 м.

При використанні мобільної машини з діаметром трубопроводу 75 мм (тип Т) довжиною 400 м або 500 м максимальна витрата води повинна бути відповідно 7,6 л/с і 6,6 л/с. Така машина повинна розподіляти дощ за допомогою ферми з короткоструминними насадками (табл. 1).

Таблиця 1

Тип машини | Діаметр (мм) і довжина транзитного трубопроводу (м)

75/400 | 75/500 | 90/400 | 90/500 | 110/400 | 110/500 | 125/400 | 125/500

машина з двокон-сольною фермою |

9,5*

7,6 |

8,3*

6,6 |

15*

12,3 |

13,2*

10,8 |

23,5*

19,5 |

20*

17,8 |

30*

26 |

27*

23,5

машина з далеко-

струмин-ним апаратом |

6,3*

5,2 |

5,6*

4,7 |

10,3*

8,4 |

9,2*

7,3 |

16,8*

14 |

14,6*

12,5 |

22,5*

18 |

20*

16,4

* Поліетиленовий трубопровід (тип С)

При використанні машини з діаметром трубопроводу 90 мм (тип Т) довжиною 400 м або 500 м максимальна витрата води буде відповідно 12,3 л/с і 10,8 л/с при використанні ферми з насадками. При використанні далекоструминного апарата втрати напору повинні не перевищувати 20 м і витрати води для трубопроводу 400 м – 8,4 л/с і 500 м – 7,3 л/с (табл. 1).

Менші втрати напору від витрат води в транзитних трубопроводах діаметром 110 і 125 мм, які використовуються в нових модифікаціях мобільних дощувальних машин.

Величина допустимих витрат води і втрат напору при використанні шлангобарабанних машин з трубопроводами різних діаметрів і довжиною 400 м і 500 м наведена в таблиці 1.

При використанні зрошувальної системи з машинами “Дніпро” при їх сумісній роботі з мобільними шлангобарабанними машинами більш перспективним є використання мобільних машин з фермами і короткоструминними насадками, які вимагають меншого робочого напору.

При використанні мобільних дощувальних машин нового типу, де забір води здійснюється по трубопроводу, який розмотується і намотується без навантажень, можна застосовувати поліетиленові трубопроводи типу С, прохідний отвір яких більший, а втрати напору менші, ніж у трубопроводів типу Т. У цьому випадку максимальні допустимі витрати 30 л/с (табл. 1).

У четвертому розділі проведено обґрунтування оптимальної конструкції мобільної дощувальної машини і технології її роботи на основі мінімізації енерговитрат на зрошення.

Розглянуто три варіанти конструкції мобільної дощувальної машини з короткоструминними і середньоструминними апаратами на фермі:

із забором води за допомогою мотопомпи з тимчасового коналу-зрошувача;

з подачею води по транзитному поліетиленовому трубопроводу (тип Т), за який підтягується ферма при зрошенні;

з подачею води по транзитному поліетиленовому трубопроводу (тип С), який розмотується і намотується без додаткових навантажень.

Питомі витрати енергії за сезон для дощувальної машини із забором води з каналу визначалися за формулою:

,

де – потужність подачі води від насосної станції в тимчасовий канал-зрошувач, кВт;

– потужність забору води з каналу на полив, кВт;

– сезонна площа зрошення, га;

– сезонна наробка машини, год.

Для машини із забором води з гідрантів зрошувальної мережі – за формулою:

,

– потужність подачі води від насосної станції до машини, кВт;

– потужність, яка втрачається на подолання втрат напору в трубопроводі машини, кВт.

Визначимо, що найменші витрати потужності на полив має мобільна машина із забором води з тимчасового каналу за допомогою мотопомпи. В цьому випадку питомі витрати електричної енергії на подачу води від насосної станції в канал складають 428 кВт·год/га. Витрата теплової

енергії мотопомпою машини складає 305 кВт•год/га, а загальна витрата питомої енергії при напрацюванні 1000 год. за сезон складає 733 кВт•год/га (табл. 2).

Таблиця 2

Енергетичні параметри мобільних дощувальних машин

різних конструкцій і технології поливу

Варіанти конструкції

і технології роботи мобільних дощувальних машин

Загальні втрати напору на подачу води,

м

Витрати потужності на подачу води, кВт

Питомі витрати енергії за сезон, кВт•год/га

До машини ,

При поливі машиною

,

Всього

Електрич-ної

Теплової

Всього

1

35

7,7

5,5

13,2

428

305

733

2

100

7,2

14,7

21,9

1216

-

1216

3

86

7,2

11,7

18,9

1050

-

1050

Найбільші витрати потужності й енергії при роботі дощувальної машини шлангобарабанного типу. При цьому, якщо використовувати найбільш поширену технологію роботи шлангобарабанної машини з використанням транзитного поліетиленового трубопроводу, за який проводиться буксировка ферми або дощувального апарата, питомі витрати енергії складають 1216 кВт•год/га.

Менші питомі витрати енергії має шлангобарабанна машина з транзитним трубопроводом, за який не проводиться буксировка ферми і який не несе великих навантажень, тому використовується труба типу С. У цьому випадку питомі витрати енергії складають за сезон 1050 кВт•год/га.

Для зменшення витрат енергії і вартості дощувальної машини проведено оптимізацію гідравлічних і конструктивних параметрів водопровідного трубопроводу машини. Нами досліджувалися трубопроводи прямокутного і кругового профілів для двох схем розміщення короткоструминних і середньоструминних апаратів. В результаті досліджень визначено, що більш дешевим і економічним в експлуатації є трубопровід прямокутного профілю, оптимальний еквівалентний діаметр якого 65,4 мм, а сумарна вартість за перший сезон експлуатації – 308,1 грн.

Трубопровід круглого профілю має оптимальний еквівалентний діаметр 73 мм і сумарну вартість 446,2 грн. (рис. 3).

Рис. 3. Залежність вартості трубопроводу і електроенергії на подолання

гідравлічного опору від еквівалентного діаметра трубопроводу:

1 – вартість трубопроводу прямокутного профілю;

2 – вартість трубопроводу круглого профілю;

3 – сумарна вартість трубопроводу прямокутного профілю;

4 – сумарна вартість трубопроводу круглого профілю.

В результаті дослідження агротехнічних показників різних типів дощувальних машин визначено, що при дефіциті вологості повітря до 15% і швидкості вітру 4 м/с мобільні шлангобарабанні машини з далекоструминним апаратом мають втрати води 4-5%, а з короткоструминними насадками на двоконсольному трубопроводі – 2-4%. Для порівняння: дощувальна машина “Дніпро” при таких умовах має 2,1-2,7%, ДДА-100МА – 5,6-8,3%, “Фрегат” високонапірний – 7,3-9,7%.

Дослідження достокових поливних норм широкозахватних і мобільних шлангобарабанних машин показало, що на ділянках поля з ухилом до 1% мобільна машина з далекоструминним апаратом має достокову норму 36 мм, а з короткоструминними насадками – 30 мм, для порівняння: – високонапірна машина “Фрегат” – 42 мм, ДДА-100МА – 18 мм.

Для підвищення рівномірності зрошення при збільшенні швидкості вітру та змінах робочого тиску запропонована нова конструкція дефлекторної дощувальної насадки, яка може бути використана на двоконсольних мобільних дощувальних машинах.

У п’ятому розділі наведена принципова схема розробленої дощувальної машини МДФ 15/60 із забором води з тимчасового каналу-зрошувача за допомогою мотопомпи, яка встановлена на самохідному візку машини.

Випробування рівномірності розподілу дощу дощувальної машини дозволило визначити, що при швидкості вітру 4 м/с коефіцієнт ефективного поливу складає 0,76, коефіцієнти надлишкового і недостатнього поливу відповідно 0,14 і 0,10. Середній діаметр крапель дощу короткоструминними насадками – 0,8-0,9 мм, середньоструминими апаратами – 1,2-1,4 мм. Визначено коефіцієнти рівномірності дощу відповідно ISO 7749-2 : 2001 (табл. 3).

Таблиця 3

Коефіцієнти рівномірності дощу розробленої дощувальної машини,

визначені відповідно до ISO 7749-2 : 2000

№ досліду | Ліва консоль | Права консоль | Загальний коефіцієнт

1 | 70 | 81 | 76

2 | 76 | 78 | 77

3 | 78 | 82 | 80

Середній коефіцієнт | 74,6 | 80,3 | 77,6

Економічний ефект від розробленої дощувальної машини на площі зрошення 20 га за умови використання мотопомпи WT-20 (фірма “Хонда”) за рахунок зменшення експлуатаційних витрат на енергоносії та капітальних витрат на придбання дощувальної техніки складає 2360 грн. порівняно з використанням машини ДДА-100 МА і 9040 грн. порівняно з використанням машини італійської фірми “Valdussi”.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз існуючого стану зрошення показав, що зменшення площ земельних угідь і збільшення кількості власників землі створило проблему технологічної цілісності існуючого типового модуля зрошення площею 800-1200 га з використанням широкозахватної дощувальної техніки. Ефективність використання зрошувальних систем значно зменшилась, але досліджень, спрямованих на збереження і підвищення технічного рівня й ефективності існуючих зрошувальних систем, використання поряд з широкозахватними машинами мобільних засобів зрошення проведено недостатньо.

2. Визначені напрямки і доцільність сумісного використання на існуючій зрошувальної мережі поряд з широкозахватними машинами “Фрегат” і “Дніпро”, мобільних дощувальних машин шлангобарабанного типу із забором води із закритої мережі та двоконсольних машин із забором води з тимчасових каналів-зрошувачів. Визначено, що оптимальна витрата води

шлангобарабанних машин – у діапазоні 14-22 л/с, а мінімальна вартість енерговитрат на полив у межах 117,6-120,6 грн/га

3. При використанні транзитних гнучких поліетиленових трубопроводів на шлангобарабанних дощувальних машинах необхідно враховувати вартість трубопроводів і характеристики їх міцності. Визначено, що максимально допустима довжина трубопроводів із поліетилену низького тиску (тип С) складає 220-225 м, трубопроводів типу Т – 330-340 м. При розмірах полів з гоном більше 350 м необхідно використовувати трубопроводи з поліетилену високого тиску. Необхідне тягове зусилля для переміщення транзитного гнучкого трубопроводу діаметром 75-125 мм, довжиною 150-500 м – у межах 10-37 кН.

4. Дослідження принципових схем і технологія сумісної роботи на існуючих зрошувальних системах з використанням широкозахватних машин “Фрегат”, “Дніпро” і мобільних дощувальних машин визначили можливість використання допоміжних трубопроводів діаметром 75-160 мм, які подають воду безпосередньо до мобільних дощувальних машин і в тимчасовий канал, при цьому втрати напору в трубопроводі діаметром 125 мм при роботі чотирьох мобільних машин із загальною витратою 72 л/с складають 30 м. При використанні шлангобарабанних дощувальних машин з далекоструминними апаратами допустимі витрати води транзитних трубопроводів

типу Т – в діапазоні 5,2-18 л/с, для машини з двоконсольним трубопроводом і короткоструминними насадками – в діапазоні 7,6-26 л/с.

5. Для зменшення втрат напору і енергоємності поливу шлангобарабанними машинами рекомендується застосування для подачі води транзитних трубопроводів типу С, які мають меншу вартість і більшу площу поперечного перерізу, в результаті чого діапазон допустимих витрат води складає 6,3-22,5 л/с для машин з далекоструминним апаратом і 9,5-30 л/с – для двоконсольної машини з короткоструминними насадками. При цьому, шлангобарабанна машина повинна мати принцип дії, при якому транзитний трубопровід не використовується як буксир.

6. Порівняння питомих витрат енергії на полив мобільними дощувальними машинами різних конструкцій і технологій роботи показало, що найменші втрати напору 35 м і питомі витрати енергії за сезон 733 має мобільна дощувальна машина із забором води з каналу з використанням дизельної мотопомпи.

7. Визначено, що двоконсольний трубопровід мобільної дощувальної машини прямокутного профілю має меншу вартість і втрати енергії на розподілення води порівняно з трубопроводом круглого профілю при однакових еквівалентних діаметрах від 58 до 73 мм. Для трубопроводу прямокутного профілю оптимальний діаметр – 65,4 мм, для трубопроводу круглого профілю – 73 мм.

8. Дослідження витрат води й енергії при поливі різними типами дощувальних машин показало, що при дефіциті вологості повітря до 15 % і швидкості вітру до 4 м/с мобільні шлангобарабанні машини з далекоструминним апаратом мають втрати води 4-5%, а з короткоструминними насадками на двоконсольному трубопроводі – 2-4%, дощувальна машина “Дніпро” при цих умовах має 2,1-2,7%, ДДА-100МА – 5,6-8,3%, “Фрегат” високонапірний – 7,3-9,7%.

9. Дослідження достокових поливних норм широкозахватних і мобільних шлангобарабанних машин показало, що на ділянках поля з ухилом до 1% мобільна машина з далекоструминним апаратом має достокову норму 36 мм, а з короткоструминними насадками – 30 мм, високонапірна машина “Фрегат” – 42 мм, ДДА-100МА – 18 мм.

10. Випробування розробленої нами дощувальної машини із забором води з каналу в польових умовах показали задовільну рівномірність поливу: коефіцієнт ефективності поливу – 0,76, мінімальний шар дощу за один прохід – 4,16-4,9 мм при коефіцієнтах варіації 28-30% і максимальній похибці досліду 5%, середня інтенсивність дощу – 0,6-0,8 мм/хв, середній діаметр крапель дощу – 0,8-0,9 мм.

11. Економічний ефект від використання розробленої мобільної дощувальної машини на площі зрошення 20 га за рахунок зменшення експлуатаційних витрат на енергоносії і капітальних витрат на придбання дощувальної техніки складає 2360 грн порівняно з використанням машини ДДА-100МА і 9040 грн порівняно з використанням машини італійської фірми “VaIdussi”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Брошури

1. Правила проектування й експлуатації внутрішньогосподарської зрошувальної мережі з використанням низьконапірних і низькоінтенсивних машин ДМУ “Фрегат”. ВНД 33.2.3-02-2000/ Держводгосп України. - Гринь Ю.І., Гамрецький І.А., Лях М.А., Музика О.П., Токарев В.В., Вельбік А.Г., Гнатюк Ю.К., Кузьменко І.П., Лелявський В.В., Чхалов В.В., Дем'янюк О.С., Пензев О.Ф., Штангей А.І.. – К., 2000. – 43 с. (Автор дисертації провів дослідження впливу швидкості вітру на втрати води і енерговитрати при зрошенні машиною “Фрегат”).

2. Рекомендації по зменшенню питомих витрат електроенергії в комплексі “насосна станція – зрошувальна мережа – дощувальна машина”: ВНД 33-3.3.-04-2001 / Держводгосп України. - Гринь Ю.І., Черепанов В.С., Куделя М.Ф., Гамрецький І.А., Лелявська Л.Б., Штангей А.І.., Токарєв В.В., Вельбік А.Г., Есаулов В.П., Лях М.А., Івженко Ю.С., Музика О.П. Пензєв О.Ф., Дем'янюк О.С. – К. – 2001. – 47 с. (Автор дисертації провів розрахунки енерговитрат на зрошенні різними типами дощувальних машин).

3. Рекомендації з удосконалення існуючих систем подачі води від насосної станції до

дощувальної машини: ВНД 33-3.3-08-2003/ Держводгосп України 2003. - Гринь Ю.І., Лелявська Л.Б., Пензєв О.Ф., Пашкевич О.І., Черепанов В.С., Дем'янюк О.С., Есаулов В.П.. – К., - 2003. - 57 с. (Автор дисертації провів розрахунки параметрів допоміжних трубопроводів при сумісному використанні мобільних шлангобарабанних дощувальних машин і машин “Фрегат”).

4. Агротехнічні вимоги на модулі зрошення площею до 20 га. / Мін-во агрополітики України, Держкомводгосп. - Гринь Ю.І., Лелявська Л.Б., Пензев О.Ф, Штангей А.І., Черепанов В.С., Музика О.П., Дем'янюк О.С., Вельбік А.Г., Есаулов В.П. – К., 2003. – 16 с. (Автор дисертації розробив розділ 5 “Вимоги до зрошувальної техніки на модулі зрошення”).

5. Агротехнічні вимоги на дощувальну машину для зрошення сільськогосподарських культур / Мін-во агрополітики України, Держкомводгосп. Гринь Ю.І., Штангей А.І., Музика О.П., Пензєв О.Ф., Гамрецький І.А., Черепанов В.С., Барчук О.С., Дем'янюк О.С. – К., 2003.– 4 с. (Автор дисертації розробив розділ 6 “Техніко-експлуатаційні вимоги і показники”).

Статті у фахових виданнях

1. Гринь Ю.І., Пензев О.Ф., Токарєв В.В., Дем'янюк О.С. Дощувальна машина для зрошення малоконтурних ділянок // Меліорація і водне господарство. – 2001. – Вип. 87. – С.

165-171. (Автор дисертації провів дослідження розподілу шару дощу дощувальної машини в польових умовах).

2. Гринь Ю.І., Дем'янюк О.С. Дослідження техніко-економіних показників дощувальних машин фронтальної дії // Меліорація і водне господарство. – 2003. – № 89. – С. 194-200. (Автор дисертації провів розрахунки техніко-економічних показників різних типів водопровідного трубопроводу мобільних дощувальних машин фронтальної дії).

3. Гринь Ю.І., Вельбік А.Г., Дем'янюк О.С., Бабіцький В.В. Техніко-економічні показники нових типів дощувальних машин // Таврійський науковий вісник. – 2003. – Вип. 28 – С. 177-181. (Автор дисертації провів дослідження техніко-економічних показників мобільної двоконсольної машини із забором води з каналу).

4. Гринь Ю.І., Гамрецький І.А., Музика О.П., Дем'янюк О.С. Підвищення продуктивності дощувальної техніки при збільшених швидкостях вітру // Водне господарство України. – К. – 2003. – № 1-2. – С. 54-58. (Автор дисертації провів дослідження впливу швидкості вітру і температури на втрати води і енергії при зрошенні машинами “Фрегат”, “Дніпро”).

5. Гринь Ю.І., Гамрецький І.А., Дем'янюк О.С. Зниження витрат енергії та води при експлуатації дощувальних машин // Вісник аграрної науки. –– 2003. – № 11. – С. 54-58. . (Автор дисертації провів розрахунки витрат енергії при експлуатації дощувальних машин різних типів в залежності від рівномірності зрошення).

Патенти

1. Дощувальна насадка. Патент 55662 А, МКИ AOIG 25/00. Гринь Ю.І., Пашкевич О.І., Дем'янюк О.С. Заявлено 08.02.2002; Опубл. 15.04.2003 // Бюл. № 4. – 2003 р. – 2 с. (Автор дисертації запропонував профіль насадки виконати гнучким під дією швидкості вітру).

2. Гринь Ю.І., Дем'янюк О.С., Бабіцький В.В. Зрошувальна система. Заявка № 2004 042560 від 06.04.2004 на деклараційний патент. – Рішення про видачу патенту від 02.12.2004. (Автор дисертації запропонував використання допоміжного трубопроводу для подачі води в канал і до мобільної дощувальної машини).

АНОТАЦІЯ

Дем'янюк О.С. Розробка принципових схем і конструкцій сумісної роботи мобільних і широкозахватних дощувальних машин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 06.01.02 – Сільськогосподарські меліорації (технічні науки). – Інститут гідротехніки і меліорації УААН, Київ, 2005.

Дисертація присвячена науковому обґрунтуванню та розробці принципових схем, технологій і конструкцій мобільних засобів поливу при їх сумісному використанні в існуючих зрошувальних системах з широкозахватними дощувальними машинами.

Проведено дослідження принципових схем і технологій сумісної роботи машин “Фрегат”, “Дніпро” і мобільних дощувальних машин з використанням допоміжних трубопроводів діаметром 75-160мм.

При використанні мобільних шлангобарабанних дрощувальних машин визначено допустимі витрати води, які знаходяться в діапазоні 5,2-18 л/с для машин з далекоструминним дощувальним апаратом і в діапазоні 7,6-26 л/с для машини з двоконсольним трубопроводом і короткоструминними насадками.

Проведено порівняльні дослідження агротехнічних показників широкозахватних машин “Фрегат”, “Дніпро” ДДА-100 МА і шлангобарабанних дощувальних машин.

Розроблено конструкцію мобільної дощувальної машини із забором води з тимчасового каналу-зрошувача.

Ключові слова: широкозахватна дощувальна машина, мобільна дощувальна машина, шлангобарабанна дощувальна машина, зрошувальна мережа, допоміжний трубопровід, енергоємність поливу, далекоструминний апарат, дощувальна насадка.

АННОТАЦИЯ

Демянюк А.С. Разработка принципиальных схем и конструкций совместной работы мобильных и широкозахватных дождевальных машин.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 06.01.02 – сельскохозяйственные мелиорации. – Институт гидротехники и мелиорации УААН. Киев, 2005.

Диссертация посвящена научному обоснованию и разработке принципиальных схем, технологий и конструкций мобильных средств полива при их совместном использовании в существующих оросительных системах с широкозахватными дождевальными машинами.

Проведено исследование принципиальных схем и технологий совместной работы машины “Фрегат”, “Днепр” и мобильных дождевальных машин с использованием дополнительных трубопроводов диаметром 75-160 мм.

Определено допустимые диапазоны расходов воды транзитных полиэтиленовых трубопроводов шлангобарабанных дождевальных машин при использовании далекоструйных дождевальных аппаратов (5,2-18 л/с) и короткоструйных дождевальных насадок расположенных на двухконсольном трубопроводе (7,6-26 л/с).

С целью уменьшения энергоёмкости полива и потерь напора шлангобарабанными дождевальными машинами рекомендовано использование транзитных полиэтиленовых трубопроводов типа С, которые обеспечивают увеличение диапазона допустимых расходов воды: при использовании далекоструйных аппаратов 6,3-22,5 л/с; при использовании короткосруйных насадок 9,5-30 л/с.

Проведено исследование удельных затрат энергии на полив разными конструкциями мобильных дождевальных машин и определено, что наименьшие потери напора и затраты энергии на полив за сезон 733 кВт·год/га имеет мобильная дождевальная машина с забором воды с временного канала-оросителя с помощью дизельной мотопомпы.

Исследование двухконсольных трубопроводов мобильных дождевальных машин позволили определить, что оптимальный эквивалентный диаметр трубопровода прямоугольного профиля имеет 65 мм, круглого профиля – 73 мм.

Проведено сравнительные исследования потерь воды и энергии при поливе разными типами дождевальных машин при скорости ветра 4 м/с и дефиците влажности воздуха 15% в результате чего определено,

что шлангобарабанная дождевальная машина с далекоструйным

аппаратом имеет потери воды 4-5%, с короткоструйными насадками 2-4%, при этих условиях ДДА-100 МА – 5,6-8,3%.

Испытания разработанной мобильной дождевальной машины с забором воды с канала в полевых условиях показали удовлетворительную равномерность полива: коэффициент эффективности полива – 0,76, минимальный слой дождя за один проход 4,16-4,9 мм, средняя интенсивность дождя 0,6-0,8 мм/мин, средний диаметр капель дождя – 0,8-0,9 мм.

Экономический эффект от использования разработанной мобильной машины за счёт уменьшения эксплуатационных затрат на энергоносители и капитальных затрат на приобретение дождевальной машины составляет 2360 грн в сравнении с использованием машин ДДА-100 МА.

Ключевые слова: широкозахватная дождевальная машина, мобильная дождевальная машина, шлангобарабанная дождевальная машина, оросительная сеть, дополнительный трубопровод, энергоёмкость полива, далекоструйный аппарат, дождевальная насадка.

ANNOTATION

Alexey S. Dem’yanjuk. Development of principle diagrams and designs for joint operation of mobile and broad capturing spraying machines. – Manucsript.

Dissertation paper for gaining scientific degree of Candidate of Technical Sciences 06.01.02 – Agricultural land-improvement (Technical Sciences). – Institute of Hydrostatics and Land-improvement of Ukrainian Agricultural Academy of Sciences, Kyiv, 2005.

This paper tackles with scientific substantiation and development of principle diagrams, techniques and designs for mobile watering machines and their joint employment at present-day irrigating systems with broad capturing spraying machines.

It was also implemented testing and research of principle diagrams and techniques for joint operation of “Fregat”, “Dnipro” and mobile spraying machines with employment auxiliary pipelines Ш 75-160 mm.

During employment of mobile hose-barrel spraying machines it was determined permissible water extraction figures in the range of 5,2-18 h.p. for machines with long-jet spraying equipment and 7,6-26 h.p. for machines with double cantilever pipeline and short-jet nozzles.

It was also conducted research activities on agrotechnical indices for machines “Fregat”, “Dnipro” DDА-100 МА and hose-barrel spraying machines.

It was developed design for mobile spraying machines with water pumping from temporary irrigating channel.

Key phrases: broad-capturing spraying machine, mobile spraying machine, hose-barrel spraying machine, irrigating network, auxiliary pipeline, energy capacity for watering activities, long-jet equipment, spraying nozzle.