Реферат: Мелиоративные машины

ления воды в аппарате,  периода выплеска (выброса) ее под дей­ствием сжатого воздуха.

Рис. 5. Схема импульсного дожде­вального аппарата:

1 — ствол; 2 — поршень; 3 и 4 — клапаны;

5 _ пружина; 6 — гидроаккумулятор.

Известны импульсные дожде­вальные аппараты двух типов:

автоколебательного действия; принудительного действия. Первые способны обеспечить лишь такой режим работы, при котором пери­од накопления только в 5...10 раз больше периода выброса воды, вследствие чего расход воды не может быть меньше 0, 5...1 л/с;

вторые обеспечивают режим работы, при котором период накоп­ления в 50...200 раз больше периода выброса, вследствие чего подводимый расход воды может быть снижен до 0, 1 л/с и менее, а средняя интенсивность дождя может находиться в пределах 0, 01 ...0, 002 мм/мин. Наибольшее распространение получили дож­девальные аппараты второго типа, работающие в «ждущем режиме» по сигналам понижения давления в трубопроводной сети.

Система дождевания с аппаратами принудительного действия, помимо перечисленных выше основных элементов, включает еще и генератор командных импульсов, работающий в автоматическом режиме. Импульсный дальне- или среднеструйный дождевальный аппарат, работающий по сигналам понижения давления в трубо­проводной сети (рис. 5), состоит из трех основных элементов: ре­зервуара (гидроаккумулятора) 6, запорного устройства 2, 3, 4 и 5 и ствола 1 с соплом. Вода под высоким давлением, но с малым рас­ходом подается в гидроаккумулятор 6, где постепенно накаплива­ется. В период накопления воды клапаны 3 и 4 закрывают проход в ствол 1, и вода не может выйти через него. По мере поступления воды находящийся в гидроаккумуляторе воздух сжимается, давле­ние его повышается. При достижении верхнего давления Ящах гене­ратор командных импульсов сбрасывает давление в напорной сети, вследствие чего под действием сжатого воздуха клапаны 4, а затем 8 открываются и происходит выброс накопленного объема воды— «выстрел». В момент выстрела срабатывает механизм вращения, и корпус аппарата поворачивается на заданный угол. Сра­батывание всех дождевальных аппаратов происходит синхронно. Клапан 4 закрывается под действием пружины 5 при падении давления в гидроаккумуляторе до нижнего предела Нмин. Клапан S закрывается под действием поршня 2 при повышении давления в сети, после чего цикл повторяется. Продолжительность периода накопления воды в гидроаккумуляторе составляет от 50 до 300 с. Давление Нмакс и Нмин и. диаметр выходного отверстия сопла d выбирают, исходя из необходимой дальности полета струи R и от­ношения Hмакс/d, определяющего диаметр капель, на которые рас­падается струя.

При импульсном дождевании дальность полета струи значи­тельно больше, чем при непрерывном истечении. Она зависит от Hmax, d, угла наклона ствола к горизонту, вместительности гидро­аккумулятора, продолжительности выстрела. Вместимость гидроаикумуляторов составляет от 15 до 500 л, верхний предел давле­ния Нмакс—от 0, 4 до 1, 0 МПа, радиус действия (дальность полета струи) —от 20 до 70 м. По объему выброса воды за один рабочий цикл различают аппараты малого (до 3 л), среднего (от 3 до 10л) и большого (более 10 л) объемов выброса. Наиболее распростра­нены аппараты среднего объема выброса. Так как импульсные дождевальные аппараты работают с подводимыми расходами (0, 1...2 л/с), во много раз меньшими, чем обычные (10...40 л/с), то это позволяет в 5...8 раз уменьшить диаметры водоподводящих трубопроводов и применить насосно-силовое оборудование малой мощности, в результате чего капитальные затраты на строитель­ство снижаются более чем в 3 раза. Так как диаметр водоподво­дящих трубопроводов составляет 12...30 мм, то возможно приме­нение пластмассовых труб с укладкой бестраншейным способом.

Резкое снижение интенсивности дождя позволяет использо­вать импульсные дождевальные системы для орошения склонов с почвами низкой водопроницаемости, исключает эрозию; так как почва не переувлажияется, то почвенная корка не образуется и отпадает необходимость в послеполивной обработке почвы.

 4.2 Системы капельного орошения дают еще большее рассредоточе­ние поливного тока, так как позволяют локально подводить воду к каждому растению в виде отдельных капель с помощью точеч­ных микроводовыпусков—капельниц. В систему капельного оро­шения (рис. 399) входят: контрольно-распределительный блок 1...8, магистральный трубопровод 9, распределительные трубопро­воды 10, капельницы 11. Контрольно-распределительный блок, как правило, включает в себя мотор 1, насос 2, задвижку 3, фильтр 4, водомер 5, манометр 6, бак-смеситель 7 и инжектор 8.

Системы капельного орошения проектируют обычно с напо­ром 0, 07...0, 28 МПа. Низконапорные системы считаются предпоч­тительнее, так как в них можно применять более дешевые трубы и капельницы большего диаметра, что уменьшает вероятность их забивания. Для создания необходимого напора используют насо­сы небольшой мощности и производительности, водонапорные башни, а иногда и просто перепад отметок между источником во-

Рис. 6. Схема системы капельного орошения:

1—двигатель; 2—насос; 3— задвижка; 4 — фильтр; 5 — водомер; 6 — манометр; 7 — бак-смеситель; 8 — инжектор; 9 — магистральный трубопровод; 10 — распределительный трубо провод; 11—капельница; 12—растение.

доснабжения и орошаемой площадью (самотечные системы). Ма­гистральный 9 и распределительные 10 трубопроводы монтируют, как правило, из полиэтиленовых труб обязательно черного цвета (для предотвращения развития водной растительности), первые-диаметром 38...51 мм, вторые—от 6 до 19 мм. Трубопроводы в низконапорных системах монтируют без соединительных муфт, встав ляя трубы одна в другую. Расстояние между распределительными трубопроводами — от 0, 8 м для полевых культур до 6 м для плодово-ягодных и соответствует ширине междурядий.

Капельницы изготавливают из пластмассы темного цвета с расходом от 1 до 15 л/ч. Их конструкции весьма разнообразны. Наиболее простая представляет собой микротрубку из полиэтиле­на высокой плотности с внутренним диаметром от 0, 3 до 2, 0 мм;

регулирование расхода — за счет изменения потерь на трение, т. е. путем изменения длины микротрубки. Более надежна в смысле предотвращения забивания капельницы с отверстием большого диаметра, состоящая из цилиндра и ввернутой в него пробки. Про­странство между нарезкой пробки и внутренней резьбой цилиндра образует спиральный проход, по которому идет вода. Вворачивая или выворачивая пробку, изменяют длину пути, а следовательно и расход воды. Вытекая каплями, вода увлажняет почву в виде зо­ны эллипсовидной формы глубиной около 1 м и шириной до 2, 6 м с выходом на поверхность у основания ствола дерева. При этом почва в междурядьях поддерживается в сухом состоянии, что соз­дает неблагоприятные условия для роста сорняков. Уменьшение объема увлажняемой почвы позволяет экономить воду и приводит к формированию менее разветвленной корневой системы, дающей возможность уплотнить посадки и повысить продуктивность. Этот способ обеспечивает наиболее высокую отдачу урожая на единицу затраченной воды и удобрений, так как обеспечивает оптимальный водный и питательный режим почвы, позволяет полностью автома­тизировать подачу воды в соответствии с потребностями сельско­хозяйственных культур. В рассматриваемых системах, однако, пока еще высока первоначальная стоимость и есть вероятность закупор­ки капельниц из-за естественного загрязнения воды.

Качество и надежность полива зависят от конструкций ка­пельниц 19. Они могут быть выполнены в виде полиэтиленовых микротрубок диаметром 0, 3...2 мм и нарезных пробок, а также диафрагменными, мембранными и поплавковыми. Наиболее совер­шенные капельницы снабжены несколькими водовыпусками и обо­рудованы устройствами для стабилизации расхода при перемен­ном давлении в сети и самоочистки микроканалов от взвешенных наносов. Применение капельного орошения особенно перспек­тивно в районах с ограниченными водными ресурсами, а также на участках с изрезанным рельефом и крутыми склонами с большими перепадами высот (до 60 м).

Машины для внутрипочвенного орошения. Вода с помощью труб-увлажнителей или специальных рыхлительных рабочих ор­ганов вводится непосредственно в корнеобитаемый слой почвы. Системы с использованием труб-увлажнителей могут быть без­напорными и напорными. В первом случае система действует без машин, во втором - используются насосные установки общего назначения.

Машинный способ основан на применении рыхлительных рабо­чих органов с водопроводящими каналами, через которые вода попадает в междурядья на глубину рыхления, соответствующую глубине расположения корневой системы растений.

По способу подвода воды такие машины подразделяют на два типа: с проходным и наматываемым трубопроводами. В первом случае гибкий трубопровод, снабженный пружинными водовы­пускными клапанами, укладывают вдоль пути машины и про­пускают через водоприемное нажимное, смонтированное на машине устройство. В процессе движения машины посредством последнего открывают пружинные клапаны и вода поступает сначала в бак, а затем через рабочие органы в корнеобитаемый слой почвы. Во втором случае трубопровод, один конец кото­рого присоединен к гидранту, а другой к приемной колонке машины, наматывается на барабан с реверсивным приводом или сматывается с него в зависимости от направления движения. Для подпочвенного полива деревьев и кустарников применяют машины с рабочими органами в виде гидробуров.

5 Требования к машинам и энергоемкость полива

Требования к дождевальным машинам и установкам. Разли­чают агробиологические, экологические и технико-экономи­ческие требования. К агробиологическим следует отнести тре­бования, обеспечивающие оптимальные (рациональные) условия снабжения растений водой, экологическим - сохранение почв и их плодородия и технико-экономическим - повышение произво­дительности, снижение энергоемкости и т. п.

Агробиологические требования  заключаются в следующем. Для достижения малоинтенсивного (бесстрессово­го) воздействия процесса орошения на растения отношение интенсивности водоподачи к интенсивности водопотребления должно находиться в пределах 1...50. Равномерность распре­деления воды на поле должна удовлетворять следующим требо­ваниям:    Кэф.п   0, 7;    kнед.п  kизб.п   0, 15.    Отклонение    от среднего слоя выпавшего дождя не должно превышать ±25% для машин с коротко- и сред неструйными и ±30% - с дальнеструй­ными аппаратами. Для сохранения растений от механических повреждений в процессе подготовки и проведения поливов коэффициент их повреждаемое должен быть 0, 5...2, 0%, а среднекубический диаметр капель дождя d  1 мм.

Экологические требования заключаются в сле дующем. С целью сохранения структуры и водопрочности поч­венных агрегатов, активной жизнедеятельности микроорганизмов в почвообразовательном процессе и повышения плодородия почв содержание влаги в порах почвы должно находиться в пределах 70...90%, воздуха-10...30%, а отклонение от этих интер­валов не должно превышать ±5%. Для предупреждения водной эрозии почвы скорость движения Ug потока воды в поливной борозде должна быть меньше критически допустимой ip из условий  неразмываемости  почвы,   т. е.   vq < и,   а  для предупреждения лужеобразования и стока средняя интенсивность дождя р должна быть меньше или равна скорости впитывания воды в почву, т. е. р s q Чтобы исключить разрушение почвенных агрегатов под действием ударов капель дождя, их диаметр не должен превышать 1, 5 мм для коротко- и средне-струйных и 1, 8 мм для дальнейструйных аппаратов.

Технико-экономические требования включают большое число показателей. Однако к наиболее важным из них относятся эффективное использование земли, производи­тельность машин и энергоемкость выполняемого ими процесса. Коэффициент земельного использования, учитывающий потери площади под оросительной сетью и поливной техникой, должен быть равен или больше 0, 97.

Теоретически возможная производительность любой дожде­вальной машины или установки при заданной поливной норме m, мУга, может быть определена по формуле

Действительная производительность дождевальных машин, работающих в движении, как и любых других мобильных средств, зависит от ширины захвата, скорости движения и коэффициента использования рабочего времени. Разница заключается лишь в том, что во избежание образования луж на почвах с небольшой впитывающей способностью поливать можно не за один, а за  несколько проходов. В таких случаях необходимое число про­ходов

n = m/h, где т-поливная норма, мм; А-слой воды, вылитый за один проход, мм.

Производительность машин, работающих позиционно, зависит от размера площади 5, орошаемой с одной позиции, и числа позиций z в смену, т. е. П = Sz. За продолжительность смены Т число позиций

z=kT/t,                   

где k - коэффициент использования рабочего времени; t-продолжительность полива с одной позиции.

Учитывая, что t=m/pcp a Pq, =Q/5, получим z= kTQ/mS. Подставив значение z в первоначальное выражение, получим

W=кTQ/m

Так как Q=PcpS, a 5=nr2, то формулу можно представить в виде

 W=pkpср rT/m.

Из этого следует, что производительность в наибольшей мере зависит от радиуса действия струи г. Но одно и то же значение г можно получить при разных напорах If и диаметрах сопла d. Чтобы выбрать рациональное сочетание значений Н и rfg, нужно знать, какой из этих параметров оказывает большее влияние на энергоемкость процесса.

Энергоемкость процесса. Мощность струи, представляющая собой расход энергии в единицу времени,

Nстр=gQH

Nстр=gmpdHÖ2gH/4

где у-удельный вес воды.

Сле­дует иметь в виду, что мощность, необходимая для привода насоса.

Характеристикой энергоемкости дождевальной машины или установки можно считать расход энергии на единицу произво­дительности. Так как производительность П = CiQ, где q -коэффициент пропорциональности, то  с;Я, где Сд = const.

Из полученного выражения следует, что удельный расход энергии пропорционален напору Я. Таким образом, наименее энергоемкими следует считать дождевальные машины и установки с короткоструйными насадками, а наиболее энергоемкими - ма­шины, оборудованные дальнеструйными аппаратами.

Технико-экономическими требованиями предусматривается ограничение удельного расхода энергии £„ на 1 м3 поливной воды в следующих пределах: 20,5... 1,5 кВт-ч/м3 для дож­девальных машин и установок и Е s. 0,05...0,2 кВт • ч/м3 для установок капельного и внутрипочвенного орошения.

6 Вывод

Тенденции и перспективы развития. Полив - наиболее эф­фективный способ повышения урожаев, один из основных факто­ров интенсификации сельскохозяйственного производства. По­ливная техника занимает важное место в системе машин для мелиорации.

Системой машин предусмотрено семь технологических комп­лексов для орошения сельскохозяйственных культур.

При поливе дождеванием предусматривается забор воды ма­шинами из открытой и закрытой оросительных сетей, а при по­верхностном орошении - подъем и подача воды передвижными насосными станциями по разборным трубопроводам. Вместе с поливной водой при поливе дождевальными и поливными машинами могут вноситься сухие минеральные удобрения и животновод­ческие стоки. Поливная техника может быть использована и для внесения жидких минеральных удобрений, микроэлементов, пестицидов и химических мелиорантов. В этих случаях обеспе­чивается повышение производительности труда более чем в 2 раза, равномерность распределения вносимых веществ на 20...30%, сокращение затрат в 1,2 раза.

Внесение удобрений вместе с поливной водой по сравнению с раздельным внесением при использовании разбрасывателей ми­неральных удобрений и последующим поливом повышает урожай­ность сельскохозяйственных культур на 10...25%. Это позво­ляет внедрить в орошаемом земледелии индустриальные техно­логии и уменьшить парк сельскохозяйственных машин за счет совмещения некоторых операций, а также агрегатировать дож­девальные и поливные машины с машинами для транспортировки

сухих и жидких удобрений, пестицидов и химических мелиорантов.

Системой машин предусмотрено создание новой широкозах­ватной дождевальной и поливной техники для степных и полу­пустынных районов, имеющих поля больших размеров, а для Нечерноземной зоны, имеющей небольшие поля неудобной кон­фигурации со сложным рельефом, предусмотрен выпуск мобильных дождевальных машин. Групповое использование этих машин позволит увеличить нагрузку на одного человека, занятого на орошении сельскохозяйственных культур.

Уровень механизации поверхностного орошения не превышает 5...6%. В целях сокращения ручного труда и повышения произ­водительности в конструкциях большинства машин для полива по бороздам, полосам и чекам будут предусмотрены собственные двигатели на основе гидро- и электропривода, а также авто­матизация некоторых процессов и операций.

При использовании новой поливной техники возможен подъем уровня механизации.

Для строительства оросительных и обводнительных систем предусмотрено более 30 технологических комплексов машин. При строительстве оросительных каналов глубиной до 3 м исполь­зуют экскаваторы непрерывного действия, более Зм- одноков­шовые экскаваторы вместимостью до 1, 25 м3 и скреперы с эле­ваторной загрузкой ковша вместимостью 7 м3 на тракторе Т-150К и 12 мэ-на К-701, а также самоходные скреперы с ков­шом вместимостью 15 м3 и более. С внедрением новой техники непрерывного действия на базе указанных тракторов произво­дительность труда повысится в 1, 4...1, 6 раза, значительно уменьшится доля ручного труда, на З0...40% снизится числен­ность механизаторов.

В целях борьбы с потерями воды на фильтрацию предусмотре­ны комплексы машин для строительства закрытых оросительных систем из трубопроводов диаметром 200...400, 500...1200 и 1400...2000 мм, а также комплексы автоматизированных без­рельсовых машин для облицовки оросительных каналов глубиной до 7 м. Закрытый дренаж на орошаемых землях будет строиться траншейным, узкотраншейным и бестраншейным способами с по­мощью дреноукладчиков с автоматизированными системами вы­держивания заданного уклона дрен.

Применение бестраншейных дреноукладчиков при высоком уровне стояния грунтовых вод позволит повысить производи­тельность труда в 10...15 раз по сравнению с траншейным способом, сократить затраты труда на 1 км уложенного дренажа почти в 10 раз. Новый бестраншейный дреноукладчик (МД-12)создан на мелиоративном шасси, на базе которого предусмот­рено создание целого шлейфа машин.Новые экскаваторы-каналокопатели позволят строить каналы рационального профиля, что даст возможность сокращать объем земляных работ и площадь отчуждаемых земель. При создании машин на базах с низким удельным давлением улучшится ка­чество мелиоративного строительства, сократятся его сроки и повысится производительность труда на 15...30%.