Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оптимизация параметров искусственного дождя дождевальных машин кругового действия

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация параметров искусственного дождя дождевальных машин кругового действия"

государственный концерн по водохозяйственному строительству

«ВОДСТРОИ»

производственное объединение по изыска пиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в ссср и за рубежом

«СОВИНТЕРВОД»

На правах рукописи УДК 631.347.2:631.674.5

Гордон Борис Соломонович

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ИСКУССТВЕННОГО ДОЖДЯ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН КРУГОВОГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность 06.01.02 — Мелиорация и орошаемое земледелие

АВТОРЕФЕР АТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1990

Работа выполнена в лаборатории дождевальных машин и установок Всесоюзного научно-производственного объединения по механизации орошения "Радуга" (ВНПО "Радуга") и во Всесоюзном сельскохозяйственном институте заочного образования (ВСХИЗО)

Научный руководитель - член-корреспондент ВАСХНИЛ,

Официальные оппоненты/- доктор технических наук,

ггоофессор В.С.Казаков, - кандидат технических наук, старший научный сотрудник К.В.Губер.

Ведущая организация: Северный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации "СевНИЙГ и М"

Защита состоится "iff "1990 г. в {¿j часов

на заседании Специализированного совета К 099.08.01 в производственном объединении по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СССР и за рубежом "Совинтервод" по адресу: 129344, Москва, ул. Енисейская

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПО "Совинтервод"

доктор технических наук, профессор Н.И.Дружинин.

дом 2.

Ученый секретарь Специализированного совета К 099.0а.01, канд. техн. нау

• Г.Зубкова

Актуальность работы. В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О первоочередных мерах по улучшению использования водных ресурсов в стране" отмечается необходимость значительного сокращения непроизводительного расходования воды в орошаемом земледелии и всемерного расширения современных средств автоматизации и механизации полива сельскохозяйственных культур. Важность создания энерго-и ресурсосберегающих технологий отмечается в постановлении П-го Съезда народных депутатов.СССР "О мерах по оздоровлению экономики, этапах экономической реформы и принципиальных подходах к разработке тринадцатого пятилетнего плана".

Решение этих народнохозяйственных задач связано с разработкой теоркй и технических решений по оптимизации параметров дождевальной техники, к которой относятся дождевальные машины, осуществляющие полю в движении по кругу. Подобных машин кругового действия "Фрегат" и "Кубань-Ж" в нашей стране прогнозируется выпустить за период с 1991 по 1995 год до 26 тыс. штук.

Экономное и рациональное использование оросительной воды в дождевании зависит от характеристик искусственного дождя, создаваемого разбрызгивающими устройствами. Исследованиями этих характеристик занимались многие ученые, основное внимание которых было обращено на общие параметры дождя и форму в плане всего дождевального облака, при которых должно происходить равномерное орошение, а работа сливных устройств гидроприводов опорных тележек не учитывав лась. Оценка равномерности распределения слоя осадков не соответствовала методам выбора разбрызгивателей по расходу воды, а теория определения необходимых параметров дождя дождевальных аппаратов для их создания применительно к машинам кругового действия отсутствовала. Это приводило к тому, что коэффициенты эффективного полива варьировали в широких пределах от 0,535 до 0,87, за счет чего

теряется урожайность возделываемых культур при повышенных затратах воды, наблюдается локальное повышение уровня грунтовых вод.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с координационным планом Минводхоза СССР на 1981-1990 гг. в рамках проблемы 0.02 "Усовершенствовать существующие, разработать и внедрить новые технологии, технические средства механизации и автоматизации полива, конструкции внутрихозяйственной оросительной сети, обеспечивающие рациональное использование воды и орошаемых азмель, повышение производительности труда при поливе".

Цель работы - оптимизировать параметры искусственного дождя доядевальных машин кругового действия из условия наиболее равномерного 'орошения.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- определить режим передвижения дождевальной машины для обеспечения наиболее равномерного орошения и обосновать зависимости распределения слоя осадков за ее проход, которым должны отвечать оптимальные параметры дождя всех разбрызгивающих устройств, в том числе и сливных;

- обосновать метод расчета показателей равномерности орошения у машин кругового действия, соответствующий зависимостям распределения слоя осадков за проход;

- разработать метод вычисления оптимальных распределений интенсивности дождя аппаратов при их создании применительно к дождевальной технике кругового действия.

Научная новизна работы заключается в том, что для дождевальных машин кругового действия обоснованы зависимости распределения слоя осадков за проход, которым должны соответствовать оптимальные распределения интенсивности дождя всех разбрызгивающих уст-

ройств, в том числе и сливных, для которых получены формулы определе шос слоя осадков в зависимости от характеристик работы гидропривода и параметров их дождя, разработан метод вычисления оптимальных распределений интенсивности дождя аппаратов из условия равномерного распределения слоя осадков без учета пере1фытия дождя машин, а также обоснован новый способ расчета показателей качества равномерности распределения слоя осадков.

Внедрение. Результаты исследований были использованы при создании дождевальной машины "Карусель-1" и разработке устройства для полива угловых участков квадратного поля для машины кругового действия "Кубань-ЛК".

Апробация работы. Результаты работы, доложены на конференциях молодых ученых и специалистов Всесоюзного сельскохозяйственного института заочного образования (г. Балашиха, 1981, 1984, 1985 гг.), ВШО "Радуга" (г. Коломна, 1986, 1987, 1989 гг.) и СевНИИГ и М (г. Ленинград, 1983 г.).

На защиту выносятся результаты исследований по обоснованию кривых распределения слоя осадков за проход дождевальных машин кругового действия, которым должны отвечать оптимальные распределения интенсивности дождя разбрызгивателей с учетом работы сливных устройств; метод вычисления оптимальных распределений интенсивности дождя аппаратов из условия равномерного распределения слоя осадков без учета перекрытия дождя машин; новый способ расчета показателей равномерности распределения слоя осадков.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в журналах "Вестник сельскохозяйственной науки", "Доклады ВАСХНИЛ", "Гидротехника и мелиорация", а также в двух авторских свидетельствах на изобретения. Всегс. по теме диссертации имеется 9 публикаций.

- 4 -

(основная часть)

Объем работы. Диссертация содержит 110 страниц машинописного текста, 39 рисунков и 4 таблицы, Состоит из введения, 1шти глав, общих выводов, списка литературы 122 наименования и 12 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе "Дождевальные машины кругового действия" описаны конструкции дождевальных машин, а также проведен обзор литературы, где рассмотрен отечественный и зарубежный опыт определения показателей равномерности распределения елок осадков на орошаемой площади, принципы подбора разбрызгивателей, параметры дождя рассматриваемой техники и характеристики ее работы. Для достижения поставленной цели сформулированы задачи исследований.

Практически исследования машин кругового действия в нашей стране начались с серийным выпуском в 1971 году дождевальной машины "Фрегат". К этому времени можно отнести публикации Г.П.Ачкасо-ва, С.И.Гусева, С.М.Давшапа, А.Н.Корягина, В.М.Краковда, В.С.Кра-снощекова, Б.М.Лебедева, В.Г.Луцкого, Г.П.Лямперта, Ю.А.Москвиче-ва, С.Н.Никулина, А.М.Полонского, Н.Г.Роныпина, И.С.Сильченкова, Г.С.Хованского, Г.Ю.Шейнкина и многих- других.

Многими исследователями (О.М.Белинским, С.М.Вилелла, К.Витте, М.Гийоном, С.Х.Гусейн-Заде, В.И.Коваленко, Ф.И.Колесником, В.С.Кра-снощековым, Й.Е.Кристиансеном, Х.Сатто, Ф.Е.Стебнером, Д.Б.Ципри-сом, Ф.И.Чаудхри и другими) уделялось внимание качеству полива. Значительная часть критериев равномерности орошения не позволяет судить о величине эффективно орошаемой площади, которую очень важно находить для машин кругового действия. Показатель качества распределения слоя осадков должен учитывать изменение контролируемой величины в допустимых пределах. Этим требованиям, с нашей точки зрения, отвечают коэффициенты эффективного К^ , недостаточного

К и избыточного К полива, предложенные Ф.И.Колесником и

" И

определяемые относительно среднеэффективных величин слоя осадков Ь3 или интенсивности дождя по допустимому отклонению от

них соответствующих значений измеренных слоев осадков или интен-сивностей дождя на - 25%.

Понятие об интенсивности дождя у различных авторов неоднозначно. Отличие работы аппарата от дождевальной насадки состоит в том, что при орошении его ствол вращается вокруг вертикальной оси. Однако, если его застопорить, то на поверхность почвы постоянно будет выпадать дождь и работа аппарата будет схожа с насадкой. Поэтому такой случай необходимо охарактеризовать своим понятием об интенсивности дождя. Наиболее близко по смыслу, как мы считаем, подходит определение А.П.Исаева осредненной интенсивности, которую мы называем истинной и вычисляем для каждой элементарной площадки как отношение слоя осадков на ней ко времени их выпадения. Когда ствол аппарата вращается, его дождь характеризуется понятием фиктивной интенсивности дождя, равной отношению среднего слоя осадков на элементарной площадке, выпавших за один оборот ствола, ко времени этого оборота.

Под интенсивностью дождя сливного устройства понимается отношение среднего слоя осадков на элементарной площадке, выпавших за один слив, ко времени этого слива, когда машина и орошаемая площадь неподвижны относительно друг друга.

Изменение интенсивности дождя в зависимости от координат элементарных площадок является распределением интенсивности дождя.

Понятие удельного расхода воды машины не характеризует, равномерность орошения, а поэтому отношение расхода воды к площади, на которую она выливается в виде дождя, лучше назвать обеспечиваемым гидромодулем, который равен расчетному гидромодулю п при исклю-

Рис. I. Взаимосвязь задач,и цели дирсертации

чительно равномерном поливе.

На основе анализа литературы поставлены задачи исследований, взаимосвязь которых между собой и с целью диссертации изображена на рис.1.

Во второй главе "Характер движения дождевальной техники и качество полива" изложены решения вопросов о взаимосвязи характеристик движения машин.с распределением слоя осадков на орошаемой

площади при использовании дождевальных насадок, аппаратов и сливных устройств, а также приведено обоснование нового способа расчета показателей равномерности распределения слоя осадков.

При применении дождевальных насадок, характеристикой которых является распределение истинной интенсивности дождя в непосредственной близости от поверхности почвы в зоне его выпадения , необходимую характеристику движения дождевальной техники можно установить из условия обеспечения равных слоев осадков /5 и хотя бы на двух соответствующих элементарных площадках С и с© после прохождения ими пути длиной 5 через зону § с остановками по одинаковой траектории в плане. В этом случае в зависимости от расстояния 5 . пройденного площадкой в зоне § , на нее будет выпадать дождь с интенсивность» ^ , изменяющейся по законур При расстоянии между площадками в плане а 5 они движутся неравномерно с соответствующими линейными скоростями и 1)1 ГЗ), а

С оО

в зоне § делают Пс и п остановок, время каждой I -той из которых равно и t¿g¡ , когда на площадки дождь выпадает

с интенсивностями р. и р. . Тогда можно написать следующие

к) 1С 'оО

уравнения:

К.Шз г

"с

(I)

+

где п - номер остановки площадки С , при которой под дождем насадки произойдет первая остановка площадки £) .

Проведенный анализ уравнений (I) и (2) при их преобразованиях показал, что для достижения равномерного орошения всех площадок движение машины должно быть равномерным, когда применяются насадки.

В процессе прохождения площадки С с угловой скоростью оОт вокруг неподвижной опоры ¡машины по окружности радиусом А. под дождем аппарата, вращающегося с угловой скоростью и)^ , на нее

тс раз будет воздействовать дождь этого аппарата с истинной интенсивностью. Скорость перемещения площадки в это время в зоне дождя определяется соотношением и направлением скоростей У^ и , равных соответственно Ю^ Ха и (х>7 Я , где X - расстояние от места присоединения аппарата до площадки. Если величина ве-

лика и практически можно считать, что направление перемещения площадки определяется только скоростью , то слой осадков Ьс находится по формуле:

т

Ы г

где t• - время

выпадения дождя с фиктивной интенсивностью (Р V.

Отношение бУДет максимальным, когда дождевальная ма-

шина движется без остановок, а величина и)^ бесконечно велика и работа аппарата идентична насадке. Следовательно, с точки зрения более качественного-распределения слоя осадков, лучше применять насадки при равномерном перемещении рассматриваемой техники, а дождевальные аппараты целесообразно использовать только в начале водо-проводящего трубопровода машин кругового действия, что осуществлено на МДЭК "Кубань-Ж".

Для нахождения среднего слоя осадков Р\ , образующегося от

ср

слива отработанной воды из сливного устройства на элементарном кольце площади орошения со средним радиусом А. и шириной д Я , можно использовать уравнение:

Ва

Л -К -°-Б-> (4)

СР с СОсЯ

где К - коэффициент сливного устройства, равный отношению '< ~ время поступления отработанной воды в сливную магистраль из гидроцилиндра; - время цикла, которое при периоде движения тележки между двумя очередными сливами ~Ь равно сумме Ь + Ь ; Во - площадь графика изменения интенсивности дождя сливного устройства вдоль окружности радиусом Я ; .и) -средняя угловая скорость движения машины.

С целью упрощения изложения, говоря об интенсивности дождя, подразумевается: для насадок - истинная, а для аппаратов -фиктивная интенсивность дождя. При работе гидроприводов - интенсивность дождя сливного устройства.

В связи с тем, что при использовании рассматриваемой техники без учета перекрытия на краю круга, где выпадает дождь, слой осадков изменяется до нуля, введено понятие радиуса эффективного орошения Я-э , равного расстоянию между неподвижной опорой и точкой пересечения линии 0Г 75с кривой изменения слоя осадков за проход машины, у которой длина водопроводящего трубопровода равна Ят. Причем, Я ^ Я _ и величину А следует находить на площади круга

. . г* т 5

радиусом Ят , а показатели равномерности полива следует вычислять относительно того же значения ^ по распределению слоя 2. Э

осадков на площади 51 .

Для разработки более объективного метода нахождения Л по-

ставлена следующая задача.

Пусть в виде частотного графика Гь имеется зависи-

мость размеров Г- частей общей площади' , где оценивает-

ся равномерность полива, от слоев выпавших на них осадков Требуется найти такую величину /}. , равную /}3 , чтобы сумма площадей /\ , на которых слой осадков Р). изменяется в пределах от 0,75ДО 12.5ь , была наибольшей. Это условие достигается при максимальном значении интеграла :

о,75 Ь.

С

Нетрудно показать, что производная 6- по Я. определяется из уравнения:

^ =/25+(125\)-0,75^(0,75^). (6)

Поэтому, для нахождения /} необходимо из исходного графика получить две зависимости 1,25 $((2 5 ^ ) и 0,75^(0,75^) , а по ним, используя (6) и исследуя знаки производной , найти максимумы ¿3 . . Из полученного ряда значений наибольшее будет соответствовать .

В третьей главе "Оптимальные параметры дождя дождевальных машин кругового действия" изложены основа оптимизации, рассмотрена оптимизация дождя концевого и промежуточных аппаратов, а также оптимизация дождя при его перекрытии.

При равномерном орошении необходимо, чтобы коэффициент эффективного полива был равен единице и не наблюдалось резерва экономии воды. Под резервом экономии воды понимается тот ее.объем , который расходуется на- превышение средне эффективного слоя осадков

на орошаемой площади. Исходя из этого, для нахождения оптимальных распределений слоя осадков X. за проход машины необходимо решить задачу оптимизации, которая состоит в нахождении максимального значения целевой функции

при условии, что ее переменные X; удовлетворяют ограничениям:

а

где К (ХПХ^,...ХП) * коэффициент эффективного полива Кэ , как функция слоев осадков X. , определяемых в /7 точках кривой изменения слоя осадков за проход машины на соответствующих расстояниях Ду от ее неподвижной опоры; - слой

осадков на ¿-той элементарной площадке площади орошения в зависимости от величин Зс • .

С

Кроме того, целесообразно, чтобы, где возможно, разница между Ь и , равная А /5- , не превышала нуля и наблюдался исключительно равномерный полив. Тогда площадь круга, где л/).-О , характеризуется радиусом Д^ .

Анализ решений задачи оптимизации показал, что для машин кругового действия, работающих без перекрытия искусственного дождя, оптимальной кривой изменения слоя осадков за проход является линия зависимости X^ от (рис.2). Из рис.2 видно, что на расстоянии Я от начала координат 0 , совпадающего с местом уста-

а

новки неподвижной опоры, располагается зона исключительно равномерного полива. Затем, при = Л , слой осадков снижается до 0,750э > а далее он уменьшается до нуля, когда величина Д ^ равн? радиусу круга &м , где выпадает дождь машины. При этом исключи-

Рис., 2. Оптимальное распределение слоя осадков Х^ за проход машины в зависимости от расстояний Я^ до ее неподвижной опоры

тельно равномерный полив наблюдается на элементарных кольцах пло- ■ пади орошения шириной (Ш и средним радиусом Я , когда выполняется равенство:

где За - площадь графика распределения интенсивности дождя аппаратов или насадок вдоль окружности радиусом А. и центром в месте установки неподвижной опоры; с[(1 - средний расход воды, выливаемой из гвдроцилиндра на кольцо орошения шириной с1Я и средним радиусом Я за время одного слива .

■Анализ уравнения (10) показывает, что все входящие в него величины, кроме i , можно считать постоянными, а так как период времени t определяет скорость передвижения колесных опор, то устройства- для слива воды из гидроприводов аналогичные по принципу

действия установленным на ДМ "Фрегат" совместно с дождевальными аппаратами и насадками не могут одинаково равномерно распределять слой осадков на заданной площади при различных скоростях движения машины.

Если площадь круга, где выпадает дождь из каждого П -го аппарата, представить в виде /V концентрических колец шириной Л 2 , на которых интенсивность дождя постоянна, то для любого ради-

уса орошения машины Я ., оптимальные распределения интенсивности представляются неизвестными ^ , удовлетворящими системе уравнений:

где N = X ; - дальность полета струи п -го аппарата; оС^ - разница в угловых полярных координатах у точек пересечения внешней и внутренней окружности I -го концентрического кольца, где интенсивность равна у. , с окружностью радиусом Я и центром в месте установки неподвижной опоры машины (рис.3); К -величина учитывает невозможность обеспечения расчетного гидромодуля на краю круга, где выпадает дождь машины, и равна I при

, изменяется от I до 0,75 при Я^Я^Я^ , меньше 0,75, когда Я >Я-Э ; - величина, равная ыа/я %Я&Я. Причем, для К -го концевого аппарата интенсивности не равны нулю только в секторе ^ , при котором он работает.

Следовательно, нахождение оптимальных распределений интенсивности дождя аппаратов связано с решением системы уравнений (II).

Для дождевальных машин кругового действия, используемых на сгущенных оросительных системах, то есть работающих с перекрытием дождя, равномерность полива необходимо оценивать на площади пере-

const

Рис. 3. Представление площади круга радиусом %п , где выпадает дождь п -го аппарата, в полярной системе координат Я ,ос и полярной осью О Я в виде N концентрических колец шириной

, где соответствующие интенсивности дождя ^ , ^ ^ постоянны:

I - неподвижная опора; 2 - водопроводящий трубопровод машины; 3 - концентрическое кольцо

крытия, которая для этого разбивается на т равновеликих элементарных площадок, слой осадков на которых будет равен ^¿(я^,3^,—;3-,,)' Обозначая зависимость слоя осадков X от расстояния А. до неподвижной опоры машины через ос (Я) и задавая ее в виде /1 ординат Х- при соответствующих абсциссах *Я- , когда величина Я-

V ! а" ' *

равна йИ/Я + , а дЯ. - некоторое расстояние, можно напи-

сать равенство: „

п ¿=1

где п ' - число позиций, работая на которых, машина орошает п

площадь перекрытия; X- слой осадков X за проход машины, 'образующийся на ¿-той элементарной площадке площади перекрытия, находящейся- на расстоянии Я от неподвижной опоры пС -той по-

зиции. Причем, определяется методом интерполирования между соответствующими значениями Х^ и Х^ +| , когда Я^ Я^ . Зависимость х(Я) находится из уравнения:

В в

+ тг- (13)

СОс/1 с 0)СГ1

Следовательно, при перекрытии дождя машин, работающих на сгущенных оросительных системах, необходимо найти такую зависимость х(Я) , чтобы на площади перекрытия целевая функция (7) была максимальна при ограничениях (8) и (9).

Концевой аппарат у машин кругового действия, работающих без перекрытия искусственного дождя, играет важную роль, так как он влияет на величину радиуса эффективного орошения. Однако целесообразно, чтобы он работал в режиме минимального расхода воды, приходящегося на неэффективно орошаемую площадь, где слой осадков меньше 0/753) или обеспечиваемый гидромодуль мен ее 0,75д^ .Такой режим будет определяться распределением интенсивности дождя этого аппарата^э, (Я,ы.) в зависимости от полярных координат Я ко-

торое, как часть фигуры вращения, представляются в виде No объемов й , когда можно считать, что каждый ¿С -тый из них представляет собой часть трубы, ограниченной центральным углом ,

<7

высотой лр^ , толщиной л г и внутренним радиусом . . Тогда обеспечиваемый гидромодуль аппаратом д на элементарном кольце орошения шириной А Я и средним радиусом Л, равен сумме гидромодулей , обеспечиваемых дождем соответствующих объемов

Л . Причем, индекс I относится к тем п. объемам, которые

* // '

расположены на одной высоте /у , где их нумерация с начинается

от .ближайшего к месту присоединения аппарата. Распределение^ (&,<*-) будет характеризоваться величинами . , йЬ. , Н. , где Ь ■ -

а & / 9

ближайшее расстояние от места присоединения аппарата до первого из объемов на высоте Н■ ; А • - сумма величин А , соответствующих Н■ . Причем, значения р (/х^ос) не могут быть более

Ртах'

Если предположить, что у любого из объемов л можно изме-

^ и

нять индексы ^ и С , то есть назначать величины п^ , ,

I- • , то задача оптимизации распределения интенсивности р (Д. оЛ а Э к > /

из условия наименьшего расхода воды, приходящегося на неэффективно орошаемую площадь, состоит в нахождении величин /У. , , ¿: , отвечающих минимуму целевой функции

Ш1П

¿=1 ы при ограничениях:

т

Ъ-Гъ,

т

■Риа*

п.

С=1

ч=ъ<>

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20) (21) (22)

(23) ' (24)

В решении изложенной задачи использованы известные методы математического анализа, с помощью которых установлено, что целевая функция (14) при ограничениях (15) - (24) принимает минимальное значение, когда интенсивность дождя концевого аппарата на площади неэффективного орошения максимально возможна. Кроме того, с целью более резкого спада кривой изменения слоя осадков за проход машины в зоне Я ^Я^ Я3 эта интенсивность также должна быть наибольшей.

Для решения системы уравнений (II) и исследования оптимальных параметров дождя промежуточных аппаратов из нее выделены метшие системы уравнений (25), когда сливные устройства также считаются аппараташ с какими-то порядковыми номерами.

N

(25)

где - гидромодуль , обеспечиваемый дождем п -го

аппарата на площади элементарного кольца орошения со средним радиусом Я и шириной й Я .

Чтобы получить положительные и не равные нулю решения, исследовано изменение величиныи (Я) в зависимости от/1. Исходя из этого, предложен способ вычисления , когда задаются $п(Я) в допустимых пределах, а также составлена программа расчетов на ЭБМ "Искра-226". Моделирование распределений интенсивности дождя аппаратов машины кругового действия по этой программе показало, что они могут иметь бесчисленное множество величин расходов

воды, при которых сохраняется равномерность полива. Поэтому разбрызгиватели к рассматриваемым машинам следует подбирать не по их расходу воды, а по распределению интенсивности дождя.

Решение задачи оптимизации при перекрытии дождя и максимуме целевой функции (7), когда выполняются ограничения (8) и (9), проводили на примере однопролетной машины кругового действия ДМ "Ка-руселъ-1" с учетом ее работы от гидрантов оросительной сети, где гидранты располагались по треугольнику основанием 110 м и высотой 100 м (площадь перекрытия 1,1 га) или по квадрату со стороной 90 м (площадь перекрытия 0,81 га). Чтобы иметь возможность изучать влияние формы кривой изменения слоя осадков за проход машины на показатели равномерности полива и резерв экономии воды, задача оптимизации решалась методом перебора вариантов по специально составленной программе на ЭВМ "Искра-226". В результате для расстановки машин по треугольнику основанием /_ и высотой Н получено выражение (26), когда коэффициент эффективного полива относительно среднего ^ и среднеэффективного слоя осадков равен единице и нет резерва экономии воды.

■м-

цу/из -2,8КЯ//1/; ;

»** мм

(26)

Причем, справедливы следующие соотношения:

1=1Ъ7Ян ; Н=1,25Ям; . (2?)

Для расстановки машин по кзадрату со стороной , можно рекомендовать формулу (28). Однако, при и = 90 м коэффициент эффективного полива относительно среднего и среднеэффективного слоя осадков равен единице, но резерв экономии воды для величин Ь0 -

- 19

20,38 мм и Д = 20,90 мм равен'3,54 м3

х№ =

\Ф,6*-(5М(Я/А/;0*К0,525Лн\ (28) №Ло0-Л/1м);0.*25Ям<11<л.иг

где

На ДМ "Карусель-1" предполагалось попользовать дождевальные аппараты от ДМ "Фрегат"-ДМУ. Поэтому их распределение интенсивности дождя вдоль радиуса действия определялось в лабораторных условиях на специальном стенде, где аппарат помещался в бак с секторным отверстием, напротив которого вдоль трех лучей устанавливались дождемеры. С помощью манометра, соединенного трубкой с полой иглой , измерялось давление воды в струе при выходе эе из большего сопла.

Для подбора и расстановки аппаратов на ДМ "Карусель-1" была составлена специальная программа расчетов на ЭВМ "Искра-226", с помощью которой на экране дисплея получали график %(Я) согласно формулы (26) и, задаваясь типом и местоположением аппарата на водо-проводящем трубопроводе, по уравнению (13) строилось изображение изменения слоя осадков за проход. Одновременно визуально оценивалось отличие этих кривых. Если предполагалось, ч?о совпадение указанных линий достаточно, то по другой программе расчетов моделировался процесс орошения площади перекрытия,' подсчитывался резерв экономии воды и коэффициент эффективного полива. Для учета работы сливного устройства в виде перфорированного шланга, расположенного от опорной тележки к неподвижной опоре под водопроводящим трубопроводом, использовалось второе слагаемое правой части (13), где величина до определена по распределению интенсивности дождя сливного устройства при его испытании в полевых условиях.

Врезультате расчетов была принята определенная схема расста-

новки дождевальных аппаратов, согласно которой они были установлены на ДМ "Карусель-1" и настроены на давления,при которых производились измерения распределений интенсивности дождя вдоль радиуса действия. При испытаниях этой машины в экспериментальном хозяйстве БИТО "Радуга" получен достаточно высокий коэффициент эффективного полива 0,96. Средняя разность в слоях осадков за проход между расчетными и опытными данными составила 1,68± 0,06 мм на 5% уровне значимости по Стюденту (рис.4).

В четвертой главе "Технические решения, способствующие достижению оптимальных параметров дождя" описаны и обоснованы изобретения по авторским свидетельствам й 986354 и № 1329686.

При использовании первого изобретения за счет установки разбрызгивателей в конце машины на открылках можно изменять ее интенсивность дождя.

Во втором изобретении решен вопрос получения одинаковой равномерности распределения слоя осадков при различных скоростях движения машины. Достигается это за счет того, что часть разбрызгивателей установлена на дополнительном трубопроводе, который через клапан-выключатель соединен с водопроводящим трубопроводом машины. Причем, этот клапан-выключатель кинематически связан с тягой клапана-переключателя гидропривода опорной тележки.

В пятой главе "Экономическая эффективность" определено, что расчетный экономический эффект от использования результатов исследований по диссертации за счет повышения урожайности возделываемых культур составляет от 6,8 до 59,6 рублей на гектар орошаемой площади. Учитывая слив воды из гидроприводов ДМ "Фрегат" за один ее оборот,можно экономить от 208 до 1671 м3 оросительной воды.

М

30 20 10

О

Ч

у} * •в' — — • • 1Й

I 1 • / • V . 1 • ч

/• •Т N •Ту N

I

м

10 го 30 Ш 50 60 70 И м

о

Рис. 4. Расчетные, экспериментальные и оптимальные данные по изменению слоя осадков X• за проход машины "Карусель-1" в зависимости от расстояния Я- от неподвижной опоры: ^

I - расчетная кривая: 2 - оптимальная кривая; 3 - экспериментальные точки

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе теоретических исследований взаимосвязи характеристик движения дождевальных машин с распределением слоя осадков на орошаемой площади выявлено, что наилучшую равномерность полива можно достичь при равномерном перемещении дождевальной техники, когда используются дождевальные насадки.

2. Аппараты целесообразно устанавливать в начале водопрово-дящего трубопровода машины кругового действия, считая в направлении от ее неподвижной опоры, как это осуществляется в настоящее время на ВДЭК "Кубань-ЛК".

3. Устройства для слива воды из гидроприводов, аналогичные по принципу действия установленным на ДМ "Фрегат", совместно с дождевальными насадками и аппаратами водопроводящего трубопровода не могут одинаково равномерно распределять слой осадков на заданной площади при различных скоростях движения машины.

4. Установлена зависимость (4) для нахождения слоя осадков от сливного усторойства, которая учитывает его распределение интенсивности дождя, время цикла работы гцдроцилиндра и время слива воды из него,а также среднюю скорость .передвижения опорной тележки.

5. Показатели равномерности полива машины кругового действия, работающей без перекрытия искусственного дождя, определяются относительно среднеэффекгявного слоя осадков на площади круга с радиусом эффективного орошения. Этот слой осадков вычисляется на площади круга с радиусом, равным длине водопроводящего трубопровода.

6. Средне эффективный слой осадков можно найти на основе предложенного анализа производной от интеграла, равного части площади частотного графика распределения слоя осадков на заданной площади. Эту производную получают как разность ординат двух вспомогательных

графиков, построенных из исходного, путем пересчета его координат.

7. Для обоснования зависимостей изменения слоя осадков за проход машины кругового действия, которым должны соответствовать оптимальные распределения интенсивности дождя разбрызгивающих устройств, поставлена и решена задача оптимизации, в которой целевая функция принимает максимальное значение, когда коэффициент эффективного полива равен единице, а ограничения выполняются при отсутствии резерва экономии воды.

В результате установлено, что у машин, работающих без перекрытия дождя, эта зависимость выражается кривой, для которой исключительно равномерный полив наблюдается только на определенной площади круга с радиусом больше или равным длине водопроводящего трубопровода. Причем, ограничения в задаче оптимизации выполняются только на площади эффективного полива, характеризуемой радиусом эффективного полива, который определяется по допустимому снижению слоя осадков на 2Ъ% от расчетной величины.

При перекрытии дождя обоснованы зависимости (26) и (28) изменения слоя осадков за проход, соответственно при расположении гидрантов оросительной сети по треугольнику 'и квадрату. Выражение (26) соответствует решению поставленной задачи оптимизации, а при использовании формулы (28) целевая функция принимает максимальное значение, когда не все ограничения соблюдаются, то есть резерв экономии воды незначительно отличается от нуля.

8. Установлено, что при максимально возможной интенсивности дождя концевого аппарата на площади, где гидромодуль не равен расчетной величине, его дождь соответствует решению задачи оптимизации, когда целевая функция, выражающая расход воды на неэффективно орошаемой площади, минимальна при ограничениях, налагаемых на распределение интенсивности дождя из условия постоянства радиу-

са эффективного орошения.

9. Теоретически доказано, что при равномерном орошении оптимальные распределения интенсивности дождя аппаратов должны отвечать полученной системе уравнений (II), если машины работают без перекрытия дождя. На основе выделения и решения из указанной системы меньших систем разработан метод вычисления оптимальных распределений интенсивности доздя аппаратов, который реализован в программе расчета на ЭВМ.

10. Моделирование оптимальных распределений интенсивности дождя аппаратов на ЭВМ показало, что при одной и той же их расстановке на машине расход воды каждого аппарата может иметь бесчисленное множество значений, а поэтому выбор разбрызгивающих устройств необходимо производить по распределению их интенсивности дожда с учетом работы сливных устройств.

11. В результате оптимизации дождя дождевальной машины "Кару сель-1" в полевых условиях получен достаточно высокий коэффициент эффективного полива 0,96.

12. Изобретения по авторским свидетельствам Л 986354 и

№ 1329686 могут быть использованы для изменения интенсивности дождя машины и получения одинаковой равномерности полива при различных скоростях ее движения.

13. Расчетный экономический эффект от использования результатов исследований по диссертации составляет от 6,8 до 59 рублей на гектар орошаемой площади. Экономия воды на ДМ "Фрегат" может составить от 208 до 1671 м3 за один оборот машины.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. А. с. 986354 СССР, М.Кл3 А 01 б 25/09. Дождевальная маши-

на кругового действия / Б.С.Гордон, Н.И.Дружинин, А.В.Угрюмов и др. (СССР). - 3254068/30-15; Заявл. 27.02.81; Опубл. 07.01.83, Бюл. № I, - 4 с.

2. Дружинин Н.И., Гордон Б.С. Определение основных параметров дождевальных машин кругового действия // Вестн. с.-х. науки.

- 1983. - li 7. - С. 98-100.

3. Дружинин Н.И., Гордон Б.С. Оптимизация параметров искусственного дождя // Гидротехника и мелиорация. - 1984. - № II. -С. 39-42.

4. Дружинин Н.И., Гордон Б.С. Основы расчета параметров искусственного дождя дождевальной техники // Докл. ВАСХНЙД. - 1985.

- № 5. - С. 36-38.

5. Дружинин Н.И., Гордон Б.С. Закономерность движения дождевальной техники и распределение слоя осадков на орошаемой площади // Веста, с.-х. науки. - 1945. - й 6. - С. 32 -36.

6. Дружинин Н.И., Гордон Б.С. Показатели качества полива и производительность дождевальной техники // Докл. ВАСХНШ. -1985. - № 3. - С. 43-44.

7. Дружинин Н.И., Гордон Б.С. Основы оптимизации искусственного дождя широкозахватных дождевальных машин // Вестн. с.-х. науки. - 1986. - № 9. - С. 126-130.

8. А.с. 1329686 СССР, М.Кл4 А 01 G 25/09. Дождевальная машина / Б.С.Гордон, Н.И.Дружинин, С.М.Гордон (СССР). - 4029089/30

- 15; Заявл 26.02.86; Опубл. 15.08.87, Бюл. № 30. - 4 с.

9. Дружинин Н.И., Гордон Б.С. Оптимизация дождя при его перекрытии у дождевальных тшл кругового действия // Докл. ВАСХНШ. -1989. - й 9. - С. 38-41.

dffch^