Слайд 1 - РосНИИПМ

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
(ФГБНУ «РосНИИПМ»)
Широкозахватная дождевальная машина пятого поколения
кругового и фронтального действия
(с применением технологии прецизионного орошения)
Актуальность
Как известно, парк дождевальных машин, используемых на оросительных системах нашей
страны сократился с 1990 года почти в четыре раза, т.е. с 80217 до 23167 единиц.
Масштабное применение техники полива импортного производства, во-первых не решает,
задачу полноценного обеспечения орошаемых площадей по своим техническим и стоимостным
характеристикам, во-вторых, в связи с возможным введением разнообразных санкций в настоящее
время, к приобретению некоторых типов дождевальных машин доступ может быть полностью
ограничен. Очевидно, что производство отечественной поливной техники должно быть максимально
импортонезависимым.
Качественные изменения отечественных машин нового поколения должны быть связаны с
глубокими преобразованиями их технологических и технических характеристик, повышением
эксплуатационной надежности и экологической безопасности, с автоматизированным перемещением
мобильных агрегатов и с глубокой автоматизацией технологических процессов. Для разработки
теоретических и практических основ решения данной проблемы особое внимание должно уделяться
широкозахватной технике, так как она занимает далеко не последнее положение по количеству единиц
из общего числа применяемых машин, а также главенствующее положение по количеству
обслуживаемых площадей.
1
Основные требования к ДМ пятого поколения
Дождевальные машины нового поколения должны быть укомплектованы современными
блоками, реализующие следующие опции:
- регулирование норм полива пролетами ДМ в зависимости от контролируемого параметра
влажности (использование датчиков влажности - радиометров и исполнительных механизмов –
программируемых блоков управления с компенсаторами давления);
- регулирование пролетами ДМ норм подачи с поливной водой органических и
минеральных удобрений, химмелиорантов, микроэлементов, средств борьбы с сорной
растительностью (гербицидов), с вредителями растений;
- регулирование высоты пролета в зависимости от скорости ветра и высоты растений
(использование датчиков контроля скорости ветра и программируемых исполнительных
механизмов);
- раздельный режим полива отдельных участков, углов, обеспечение обратного хода ДМ;
- управление поливами в режиме малоинтенсивного дождевания нормами 80-120 м3/га (в
режиме «дополива»).
При разработке и изготовлении дождевальных машин необходимо рассматривать
варианты использования современных материалов для напорной водопроводящей части,
конструкций насадок и дождевальных аппаратов с учетом обеспечения необходимого качества
дождя, а также варианты использования инженерно-конструкторских решений по созданию и
внедрению автономных энергообеспечивающих устройств для работы различных датчиков
контроля и исполнительных механизмов. Последние
являются одними из важных элементов по
2
модернизации дождевальных машин кругового и фронтального перемещения.
2
В 2015 году ФГБНУ «РосНИИПМ» подготовил «Исходные требования к
широкозахватной дождевальной машине пятого поколения с приборным и
программным обеспечением, на основе которых совместно с отечественными
заводами изготовителями начата разработка и конструирование макетного
образца широкозахватной дождевальной машины:
- проведены теоретические расчеты и разработана конструкторская
документация на элементы опытного образца жесткого пролета
широкозахватной дождевальной машины;
- изготовлены элементы опытного образца водопроводящего пояса.
В 2016 году планируется:
- проведение теоретических расчетов по подбору оптимальных
параметров элементов ходовой части макетного образца дождевальной
машины с разработкой конструкторской документации;
- изготовление элементов ходовой части макетного образца дождевальной
машины;
- постановка задач по выбору, изготовлению и применению приборного и
программного обеспечения системы управления дождевальной машиной с
учетом реализации принципов прецизионного
орошения
3
3
1 Общие сведения по оборудованию
Широкозахватная дождевальная машина предназначена для орошения
дождеванием сельскохозяйственных культур (включая высокостебельные),
лугов и пастбищ.
Конструкция широкозахватной дождевальной машины позволяет
адаптироваться к требуемым условиям орошения с возможностью кругового
или фронтального перемещения, осуществления полива позиционно и в
движении, а также забора воды из закрытой напорной или открытой
оросительной сети.
Дождевальная машина обеспечивает работу на полях со спокойным
рельефом на любых типах почв.
Дождевальная машина состоит из: центральной опоры (для ДМ
кругового перемещения), водопроводящего трубопровода, дождеобразующих
устройств, фермы, тележки с силовым и приборным оборудованием.
4
4
Дождевальная машина фронтального действия
1 – водопроводящий трубопровод; 2 – дождеобразующие устройства; 3 – ферма;
4 – тележки с силовым и приборным оборудованием; 5 – сливные клапаны;
6 – клапан для прочистки
5
5
Дождевальная машина кругового действия
1 – центральная опора; 2 – водопроводящий трубопровод; 3 – дождеобразующие
устройства; 4 – ферма; 5 – тележки с силовым и приборным оборудованием;
6 – сливные клапаны; 7 – клапан для прочистки
6
6
Основные элементы ДМ
Центральная, неподвижная опора является центром дождевальной машины
кругового перемещения. Рама неподвижной опоры образована четырьмя стойками,
скрепленными поперечными балками. Опора неподвижно закреплена на фундаменте.
В средней части опоры посредством хомутов и кронштейнов закреплена неподвижная
труба.
Водопроводящий трубопровод состоит из последовательно соединенных труб,
которые вместе с жестким ферменным набором из уголков и стержней-расчалок образуют
жесткий мост пролета. Водопроводящий трубопровод дождевальной машины,
обеспечивающей подачу воды с расходом не менее 20 л/с при напоре от 0,3 до 0,55 МПа,
состоит из трех шарнирно-сочлененных между собой пролетов и консоли. Трубопровод
выполнен из полимерных композиционных материалов.
Дождеобразующие
устройства
(разработанные
ФГБНУ
«РосНИПМ»)
предназначены для равномерного распределения воды на орошаемом участке с
определенной интенсивностью и качеством искусственного дождя. Дождеобразующие
устройства будут обеспечивать равномерное распределение оросительной воды по
орошаемому участку. Крупность капель не более 2 мм, интенсивность дождя в пределах
0,2–0,8 мм/мин.
Ферма дождевальной машины представляет собой систему вертикальной тросовой
подвески для поддержания водопроводящего трубопровода и тележек в вертикальной
плоскости и систему горизонтальных тросовых растяжек для увеличения жесткости
трубопровода в горизонтальной плоскости,7 которая состоит из поддерживающих и
7
натяжных тросов, присоединительной арматуры и крепежных деталей.
На каждом пролете водопроводящего трубопровода установлена самоходная тележка,
которая опирается на два приводных колеса на пневматических шинах.
Привод каждого колеса ходовой тележки осуществляется посредством электрического
мотор-редуктора через карданные передачи и колесными червячными редукторами.
Дождевальная машина оборудуется приборным оборудованием системы управления,
которая позволяет осуществлять автоматическое выполнение технологического процесса
гидромелиорации при осуществлении технологии точного земледелия машиной при
долговременном режиме работы.
8
8
Система управления дождевальной машины будет отвечать принципам
технологии точного земледелия:
- информативность, в которой реализация технологии прецизионного орошения
осуществляется при постоянном количественном и качественном мониторинге орошаемого
поля, местных почвенно-климатических, погодных и производственных условий
производства продукции;
- комплексность, в которой технология прецизионного орошения позволяет
дифференцировано воздействовать на природные, биологические, техногенные и
экономические ресурсы эксплуатируемого водохозяйственного участка с учетом
индивидуальности его агрофона и временной (сезонной) изменчивости основных
мелиоративных показателей;
- управление, в котором реализация технологии прецизионного орошения заключается
в динамическом управлении процессом производства с дифференцированным
воздействием на среду обитания растений и на сами растения в нужном месте, в нужное
время, с оптимальной интенсивностью и оптимальным ресурсосбережением при
соблюдении экологических требований;
- потенциальные возможности, в которых технология прецизионного орошения
позволяет выявить критические факторы, лимитирующие урожай по качеству и
количеству, потенциальные возможности почвы, растений, доступности водных ресурсов.
9
9
Результаты определения оптимальной длины и элементов водопроводящего
трубопровода из полимерных композиционных материалов
Объект исследования: жесткий пролет широкозахватной дождевальной машины.
Цель работы: определение напряжённо-деформированного состояния, оценка
несущей способности и разработка комплекта конструкторской документации на элементы
жесткого пролета широкозахватной дождевальной машины.
Рассмотрен основной расчётный случай "Совместное воздействие на жесткий пролет
веса транспортируемой жидкости и собственного веса пролета при действующем
внутреннем давлении равным 30 Атм."
1 – труба демпфера; 2 – труба из стеклопластика; 3 – длинная ванта; 4 – короткая ванта; 5 – фланцевое
10
соединение; 6 – штуцер под установку дождеобразующего
устройства; 7 – клапан сброса воды.
Схема жесткого пролета ДМ.
10
Основными нагрузками действующими на секции жесткого пролета являются: вес воды,
вес самой конструкции и внутреннее давление равное 30 атм.. Для уменьшения значения
относительной деформации, которое при достижении допустимого значения приводит к
разгерметизации стеклопластиковой трубы, устанавливают пару коротких и длинных вант.
Натяжение вант уменьшают действующие напряжения в трубе, при этом нагружают трубу
демпфера на сжатие. При чрезмерном натяжении вант может произойти потеря
устойчивости трубы демпфера.
11
Схема нагружения пролета распределенной суммарной нагрузкой.
11
Демпфер представляет собой металлическую балку, нагруженную с одной стороны
сжимающей силой от натяжения вант, а с другой стороны жестко закреплен
с помощью фланцевого соединения.
Внешний вид демпфера: а – демпфер; б – фланец
12
Схема нагружения
12
Результаты расчетf потери устойчивости в САПР программе
SolidWorks Simuliator
Выбранные геометрические параметры трубы демпфера удовлетворяют ограничениям по
13
прочности и устойчивости.
13
Выводы по результатам расчета элементов вантовой конструкции
макетного образца широкозахватной дождевальной машины
Проведенные
исследования
по
определению
напряжённодеформированного состояния элементов конструкции и оценки её несущей
способности, позволяют сделать следующие выводы:
- элементы конструкции работают в зоне упругих деформаций;
- перенос точек крепления вант с композитной трубы на фланцы
приводит к уменьшению максимального изгибающего момента и суммарной
сжимающей силы, действующей на демпфер;
- запас по герметичности композитной трубы составляет 1,6;
- запас по прочности композитной трубы составляет 3,4;
- при действующей внешней нагрузке требуемые эксплуатационные
зазоры между деталями узлов значительно не изменяются.
14
14
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
(ФГБНУ «РосНИИПМ»)
УСТРОЙСТВО
ДЛЯ СТРУЙНОГО ВНУТРИПОЧВЕННОГО
ПОЛИВА СЕМЯН ПРИ ПОСЕВЕ
Цель – создание нового устройства, обеспечивающего осуществление
внутрипочвенного струйного полива семян при посеве
.
Ожидаемые результаты:
- уменьшение количества поливов (влагозарядковых, довсходовых и
послевсходовых поливов);
- снижение оросительной нормы на 10-15 %;
- увеличение процента полевой всхожести семян на 10-30 %;
- сокращение периода всходов на 6-8 дней;
- увеличение вегетационного периода на 6-12 дней;
- повышение урожайности на 7-25,7 %.
Аналогичных разработок в России и странах СНГ не обнаружено.
Получено 2 патента РФ № 2302094 15и № 2483516
15
2
Актуальность. На юге России, в два года из пяти, весна выдается сухой без
осадков, поэтому одной из проблем возделывания мелкосеменных культур,
особенно овощных с посевом семенами в грунт, является получение дружных
всходов. В этих случаях невозможно получить полноценные всходы, так как
верхний слое почвы иссушен, а провести довсходовые увлажнительные поливы в
связи с отсутствием оросительной воды в каналах нет возможности.
Новизна работы. Разработаны исходные требования на создание нового способа
внутрипочвенного струйного полива и исходные требования на новую
конструкцию устройства к сеялкам для одновременного полива семян уложенных
на семенное ложе при посеве для получения дружных всходов.
Получены патенты РФ № 2302094 и № 2483516.
Практическая значимость. Исследования и исходные требования будут
использованы для разработки устройства и технологии внутрипочвенного
струйного полива сельскохозяйственных культур, в первую очередь для посева
овощных культур в годы с иссушенной поверхностью почвы на глубину посева
семян, что делает рискованным (или невозможным) получение дружных всходов
без дополнительных увлажнительных довсходовых поливов.
Ожидаемая площадь посевов с применением
устройства – 60-65 тыс. га
16
орошаемых земель.
16
17
17
Краткое описание процесса внедрения
 Сроки разработки: 2016-2017 гг.
 Срок организации производства: 2017-2020 гг.;
 Ориентировочный объем рынка:
- ожидаемое внедрение на площади до 150-200 тыс. га;
- потребность в устройстве 500-600 шт.
 Производственная база - имеется в РосНИИПМ;
 Себестоимость единицы продукции (ожидаемое, при освоении
производства) – 150 тыс. руб./шт.;
 Отпуская цена для сельхозтоваропроизводителя – 200-220 тыс. руб./шт.
 Ожидаемый годовой экономический эффект на одну установку составит –
не менее 1 млн руб. (расчет, объем посева овощных культур одной установкой за один сезон до 300 га,
прибавка урожайности овощных культур 5 т/га, стоимость 18
реализации 1 т – 3 тыс. руб. = 4,5 млн руб.)
18
СВЕДЕНИЯ ОРАЗРАБОТКАХ ФГБНУ «РосНИИПМ»
В ОБЛАСТИ МЕЛИОРАТИВНОЙ ТЕХНИКИ
А.С. № 1287793 Российская Федерация, МПК A01G25/16
Автоматизированная оросительная система [Текст] / Коржов В. И., Красовский М. Ю., Сенчуков Г. А., Щедрин
В. Н.; заявитель и патентообладатель Южный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации – №
3951954; заявл. 10.09.85; опубл. 07.02.87, Бюл. № 5.
А.С. № 1319804 Российская Федерация, МПК A01G25/16
Автоматизированная оросительная система [Текст] / Щедрин В. Н., Коржов В. И., Красовский М. Ю., Коренев
А. А.; заявитель и патентообладатель Южный научно-исследовательский институт гидротехники мелиорации –
№ 3980064; заявл. 26.08.85; опубл. 30.06.87, Бюл. № 24.
Пат. № 2021695 Российская Федерация, МПК A01G25/02
Устройство для полива [Текст] / Кухарев Н. А., Бредихин Н. П., Ольгаренко Г. В., Кухарева С. Р.; заявитель и
патентообладатель Научно-производственное объединение по гидротехнике и мелиорации «Югмелиорация» –
№ 4853243/15; заявл. 19.06.90; опубл. 30.10.94, Бюл. № 20.
Пат. № 2167516 Российская Федерация, МПК A01G25/09
Гибкий дождевальный шлейф и способ его применения [Текст] / Бредихин Н. П., Благовестный Л. С.;
заявитель и патентообладатель Государственное учреждение Южный научно-исследовательский институт
гидротехники и мелиорации – № 98117117; заявл. 14.09.98; опубл. 27.05.01, Бюл. № 15.
Пат. № 2175473 Российская Федерация, МПК A01G25/09
Оросительная система [Текст] / Коломыца В. А., Иванова Н. А.; заявитель и патентообладатель
Государственное учреждение Южный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации –
№ 98116694; заявл. 01.09.98; опубл. 10.11.01, Бюл. № 31.
Пат. № № 2223637 Российская Федерация, МПК A01G25/09, 25/0, 25/02
Фронтальная длинноствольная дождевальная установка (варианты) [Текст] / Щедрин В. Н., Снипич Ю. Ф.,
Бредихин Н. П., Слабунов В. В., Штанько А. С.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное
научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» – № 2002101709/13;
19
заявл. 17.01.02; опубл. 20.02.04, Бюл. № 5.
19
Пат. № 2242116 Российская Федерация, МПК A01G25/09
Двухконсольный дождевальный агрегат [Текст] / Щедрин В. Н., Салдаев А. М., Снипич Ю. Ф.,
Слабунов В. В., Штанько А. С.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное научное
учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (RU) –
№ 2003108712; заявл. 28.03.03; опубл. 20.12.04, Бюл. № 35 – 10 с.
Пат. № 2246821 Российская Федерация, МПК A01G25/09
Двухконсольный дождевальный агрегат [Текст] / Щедрин В. Н., Колганов А. В., Бородычев В. В.,
Салдаев А. М., Снипич Ю. Ф., Бутов А. А.; заявитель и патентообладатель Федеральное
государственное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем
мелиорации» (ФГНУ «РосНИИПМ») (RU) – № 2003108751; заявл. 28.03.03; опубл. 27.02.05, Бюл. № 6
– 8 с.
Пат. № 2275017 Российская Федерация, МПК A01G25/09
Фронтальный дождевальный агрегат [Текст] / Щедрин В. Н., Колганов А. В., Волошков В. М.,
Салдаев А. М., Снипич Ю. Ф., Благовестный Л. С.; заявитель и патентообладатель Федеральное
государственное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем
мелиорации» (RU) – № 2004129052; заявл. 04.10.04; опубл. 27.04.06, Бюл. № 12 – 10 с.
Пат. № 2278507 Российская Федерация, МПК A01G25/09
Дождевальная машина [Текст] / Щедрин В. Н., Колганов А. В., Волошков В. М., Салдаев А. М.,
Снипич Ю. Ф., Бредихин Н. П.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное научное
учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (RU) –
№ 2004129170/12; заявл. 04.10.04; опубл. 27.06.06, Бюл. № 18 – 9 с.
Пат. № 2324331 Российская Федерация, МПК A01G25/00
Способ мелиорации орошаемых черноземов [Текст] / Щедрин В. Н., Салдаев А. М.,
Васильев С. М., Бородычев В. В., Андреева Т. П.; заявитель и патентообладатель Федеральное
государственное научное учреждение «Российский20научно-исследовательский институт проблем
20
мелиорации» (RU) – № 2006133800; заявл. 21.09.06; опубл. 20.05.08, Бюл. № 14.
Пат. № 2351119 Российская Федерация, МПК A01G25/09
Подвижное ирригационное устройство [Текст] / Щедрин В. Н., Салдаев А. М., Слабунов В. В.,
Бородычев В. В., Нестеров И. Н., Жук С. Л., Лытов М. Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное
государственное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем
мелиорации» (RU) – № 2007121962; заявл. 13.06.07; опубл. 10.04.09, Бюл. № 10.
Пат. № 2404569 Российская Федерация, МПК А01G 25/00
Подвижное ирригационное устройство [Текст] / Щедрин В. Н., Снипич Ю. Ф., Бородычев В. В.,
Слабунов В. В., Нестеров И. Н., Жук С. Л., Салдаев А. М., Сухарев Д. В., Карасев Ю. С., Конторович
И. И., Лытов М. Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное научное учреждение
«Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (RU) – № 2008136641/21
(046948);
заявл.
11.09.08;
опубл.
27.11.10,
Бюл. № 33. – 15 с.
Пат № 2453109 Российская Федерация, МПК А0G 25/09
Дождевальная установка [Текст] / Балакай Г. Т., Щедрин В. Я., Балакай А. Г., Балакай Н. И.,
Бабичев А. Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное
учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (RU) –
№ 2010134292; заявл. 16.08.10; опубл. 20.06.12, Бюл. № 17. – 6 с.
Пат № 2562214 Российская Федерация, МПК А01G 25/09
Способ движения многоопорной дождевальной машины кругового действия при поливе полей
квадратной или прямоугольной конфигурации (варианты) [Текст] / Щедрин В. Н., Слабунов В. В.,
Акопян А. В., Нозадзе Л. Р.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное
научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (RU) –
21 № 25. – 9 с.
№ 2013156232; заявл. 17.12.13; опубл. 10.09.15, Бюл.
21