Совершенствование технологии полива дождевальной машиной "Фрегат" с разработкой устройства регулирования скорости движения

Марьин, Максим Павлович

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологии полива дождевальной машиной "Фрегат" с разработкой устройства регулирования скорости движения"

На правах рукописи

МАРЬИН МАКСИМ ПАВЛОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛИВА ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНОЙ «ФРЕГАТ» С РАЗРАБОТКОЙ УСТРОЙСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ

Специальность 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 ДЕК 2011

Саратов 2011

005005410

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Слюсаренко Владимир Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кравчук Алексей Владимирович

кандидат технических наук, ст. науч. сотр. Снипич Юрий Федорович

Ведущая организация - Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

Защита диссертации состоится «26» декабря 2011 года в 12.00 часов на заседании совета Д 220.061.06 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл.,д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова».

Автореферат разослан «25» ноября 2011 года и размещен на сайте http://www.sgau.ru/

Ученый секретарь диссертационного совета

В.В. Афонин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В природно-климатических условиях Саратовского Заволжья стабильное развитие сельскохозяйственного производства возможно только при орошаемом земледелии.

В настоящее время в мелиоративном комплексе Саратовской области доля дождевальных машин (ДМ) «Фрегат» составляет более 75 % от всего парка поливной техники. Поэтому совершенствование этой машины является немаловажным направлением развития орошения в регионе.

Как известно, полив одного поля дождевальной машиной «Фрегат» может продолжаться около 7 суток, при этом последняя четверть поля будет поливаться с опозданием на 5 суток или при пониженном нижнем пороге влажности, что может приводить к снижению урожая. Поэтому начало первого полива назначается с определенным опережением расчетного срока.

Такой способ полива подразумевает некоторое превышение поливной нормы на первой четверти, поэтому постоянная норма полива не всегда соответствует значению недостающей влаги на различных участках орошаемого поля.

Сформулирована гипотеза о возможности повышения качества орошения дождевальной машиной «Фрегат» путем изменения поливной нормы в соответствии с уровнем влагозапасов участков поля на момент их полива.

Работа проводилась в соответствии с перспективными направлениями развития ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» (ПНР-2) «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК», разделом «Разработка и совершенствование машин и технологий для оросительных и мелиоративных систем, экологически безопасных способов внесения минеральных удобрений», по теме № 3 «Совершенствование технологии и технических средств для мелиоративных систем».

Цель исследования. Повышение качества полива дождевальной машиной «Фрегат» путем изменения ее технологических параметров.

Задачи исследования:

- на основании анализа дождевальной техники и режима орошения обосновать технологию полива ДМ «Фрегат», обеспечивающую повышение качества распределения поливной влаги по площади орошения;

- провести теоретические исследования технологии полива ДМ «Фрегат»;

- разработать устройство регулирования скорости движения ДМ «Фрегат» и обосновать его основные конструктивные параметры;

- экспериментально оценить влияние основных конструктивных параметров устройства регулирования скорости движения на элементы режима орошения, провести в условиях эксплуатации сравнительную оценку полива ДМ «Фрегат» по стандартной и предлагаемой технологии;

- определить экономическую эффективность совершенствования технологии полива ДМ «Фрегат» с применением устройства регулирования скорости движения.

Объект исследований. Дождевальная машина «Фрегат» и технология ее полива.

Предмет исследования. Технические и технологические параметры (время полива, скорость движения, поливная норма, расходно-напорная характеристика системы питания самоходной тележки) ДМ «Фрегат» при поливе сельскохозяйственных культур.

Методика исследований. Задачи, поставленные в диссертационной работе, решались проведением комплексных теоретических и лабораторно-полевых исследований. Теоретические исследования выполнялись на основе известных положений, законов и методов математического анализа, механики и гидравлики. Экспериментальные исследования проводились с учетом общепринятых методик проведения экспериментов, действующих стандартов и нормативных документов. Расчет и обработка результатов исследования выполнялись на ЭВМ методами математической статистики с использованием пакетов прикладных программ Statisti-са 6.0, MathCAD 13, Microsoft Excel.

Научная новизна. Математическая модель технологии полива и прикладная программа расчета поливных норм. Конструкция устройства регулирования скорости движения ДМ «Фрегат».

Практическая значимость и реализация основных результатов исследований. Использование технологических мероприятий и технических средств позволит повысить качество орошения сельскохозяйственных культур при поливе дождевальной машиной «Фрегат», в частности обеспечить экономию до 8,2 % оросительной воды. Предлагаемая технология и опытный образец устройства регулирования скорости движения внедрены в 2008-2010 гг. в ОПХ «ВолжНИИ-ГиМ» Энгельского района Саратовской области.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» (2008-2011 гг.), а также на VI Саратовском Салоне изобретений, инноваций и инвестиций.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 9 работах, в их числе 1 патент РФ на полезную модель и 3 работы в изданиях, входящих в перечень ВАК. Общий объем публикаций составляет 2,74 п. л., из которых 1,25 п. л. принадлежит лично автору.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, содержащего 123 наименования, и 5 приложений. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 52 рисунка.

Научные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель технологии полива;

- усовершенствованная конструкция ДМ «Фрегат» с устройством регулирования скорости движения;

- конструкция устройства регулирования скорости движения ДМ «Фрегат»;

- результаты исследований по определению расходно-напорной характеристики регулирующего клапана устройства регулирования скорости движения и

сравнению стандартной и предлагаемой технологий полива дождевальной машиной «Фрегат».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, изложены основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» дан анализ природно-климатических условий и состояния мелиоративного комплекса Саратовской области.

В природно-климатических условиях Саратовского Заволжья получение высокого урожая сельскохозяйственной продукции невозможно без орошения.

Анализом парка дождевальной техники установлено, что основной машиной мелиоративного комплекса Саратовской области является ДМ «Фрегат», ввиду этого в настоящее время проводится работа по совершенствованию конструкции дождевальной машины и технологии полива, направленная на расширение ее функциональных возможностей, с учетом особенностей режима орошения сельскохозяйственных культур.

Большой вклад в совершенствование и научное обоснование работы дождевальной машины «Фрегат» внесли К.В. Губер, С.Х. Гусейн-Заде, Н.М. Кошкин, Б.М. Лебедев, Г.В. Ольгаренко, Н.Ф. Рыжко, А.И. Рязанцев, В.Н. Щедрин и другие ученые.

Однако существующие технологии полива ДМ «Фрегат» имеют некоторый недостаток, связанный с поливом постоянной нормой, которая не всегда соответствует значению количества влаги, необходимой для различных участков орошаемого поля, что может приводить к неоправданному расходу оросительной воды и как следствие - к повышению цены на сельскохозяйственную продукцию.

Следовательно, совершенствование технологии полива ДМ «Фрегат» является актуальной и своевременной задачей.

Во второй главе «Теоретическое обоснование технологии полива дожде-

вольной машиной «Фрегат»» проведен анализ полива ДМ «Фрегат» (рисунок 1). Особенности распределения влаги по участкам орошаемого поля можно увидеть на рисунке 2. Рассматриваются влагозапасы W расчетного слоя правого KOD и левого KOG крайних участков, которые ограничиваются верхним (230 мм) и нижним (180 мм) порогами влажности. Повышение влагозапасов выше верхнего порога приводит к избытку влаги, понижение нижнего - вызывает дефицит влаги.

При первом поливе влагозапасы обоих краев находятся на одном уровне, в точке 1. Полив нормой т, мм, начинают с участка KOD, при этом уровень влаш в расчетном слое повышается до некоторого значения в точке 2. За время полива Т, к моменту подхода дождевальной машины к краю KOG, в результате среднесуточного водопотребления ЕС1 влагозапасы данного участка опустятся до нижнего порога 180 мм (точка 4), а правого края KOD - до некоторого уровня в точке 5 (рисунок 2, а), после чего влагозапасы левого края поднимаются до верхнего порога влажности в точке 3.

Следовательно, при условии доведения влагозапасов участка KOG до верхнего порога влажности, полив участка KOD, имеющего более высокий уровень влаги, той же нормой, что и KOG, приведет к повышению запасов правого края до

G К D

Рисунок 1 - Схема поля, орошаемого ДМ «Фрегат»

некоторого значения (точка 2), превышающего порог влажности в 230 мм. Таким образом, на правом крае (КОИ) наблюдается избыток влаги.

Зависимость влагозапасов при поливе графически можно представить в виде прямоугольного контура с граничными точками 1,2,3, 4, 5, 6.

230 220 210 200 190 180

4« 1 ч; т к------1-----

^ I X 1 ч 1 чг 3

т т

ч. ч. 4 V ч.

ч Ч 1/\ Ч -----15

I Ч. 1

г 4 5 1

клагозапасы участка КОЭ

-----—— влатзаиасы

участка КОС

Рисунок 2 - Схема значений влагозапасов на крайних участках орошаемого поля при поливе ДМ «Фрегат»: а - первый полив; б - полив при большем в сравнении с прошлым поливом водопотреблении; в - полив при меньшем в сравнении с прошлым поливом водопотреблении

Если в результате превышения верхнего порога избыточная влага расходуется на инфильтрацию и поверхностный сток, в таком случае понижение влагозапасов правого края КОВ будет происходить от верхнего порога влажности (точка 5) до некоторого уровня в точке б. Если вышесказанного не происходит, тогда закономерность распределения оросительной воды при последующих поливах будет аналогична первой схеме, с одним отличием: перед следующим поливом вла-гозапасы крайних участков будут иметь различные значения (рисунок 2, а).

В случае с расходом избыточной влаги изменение влагозапасов при последующих поливах будет происходить по следующим закономерностям:

1. Если во время полива среднесуточное водопотребление Есв больше, чем при предыдущем поливе, происходит превышение верхнего порога влажности правого края KOD (рисунок 2, б).

2. Если во время полива среднесуточное водопотребление Ес„ меньше, чем при предыдущем поливе, происходит превышение верхнего порога влажности левого края KOG (рисунок 2, в).

Необходимо отметить, что при условии проведения полива с доведением влагозапасов орошаемого поля до максимального значения, не превышающего верхнего порога влажности, на одном из участков поля может наблюдаться дефицит влаги, который связан с понижением влагозапасов нижнего предела за время осуществления полива.

Распределение оросительной воды при осуществлении полива ДМ «Фрегат» реверсивного передвижения сходно с распределением поливной нормы базовой машины, однако закономерность изменения влагозапасов соответствует первой и второй схемам (рисунок 2, а, б). Это связано с особенностью технологии полива: влагозапасы предыдущих участков всегда будут меньше влагозапасов последующих.

В связи с этим сформулирована гипотеза о возможности регулирования поливной нормы по ходу движения дождевальной машины «Фрегат», с учетом доведения влагозапасов всех участков орошаемого поля до определенного верхнего порога в необходимых пределах (точки 2, 5, 6) (рисунок 3).

Для этого следует проводить корректировку поливной нормы по направлению движения дождевальной машины от начального участка поля к конечному чтобы поливная норма изменялась на величину затрат на водопотребление с учетом времени осуществления предыдущего и настоящего поливов.

Для решения поставленной задачи рассматривались следующие начальные условия. Машина длиной OD осуществляет полив поля (движение по часовой стрелке) начальной поливной нормой т, м3/га (рисунок 4). Поле разбивалось на

три равных участка ODE = OEF = OFD, на каждом участке вводилось обозначение средней точки пути движения машины (А, В и С), в которой определялись средние для участка время, норма полива и скорость движения машины. При этом каждый участок рассматривался поочередно по ходу движения дождевальной машины.

- идагазаласы ----------- илагозаиасы

участка КО О участка КОС,

Рисунок 3 - Схема значений влагозапасов на крайних участках орошаемого поля при поливе ДМ «Фрегат» с изменением поливной нормы: а - первый полив; б -полив при большем в сравнении с прошлым поливом водопотреблении; в - полив при меньшем в сравнении с прошлым поливом водопотреблении

В результате теоретических исследований получена математическая модель в виде рекуррентных систем выражений для определения времени полива %, ч, на

каждом участке орошаемого поля: — для первого полива

р~т при » = (*-1>1 + 1;

Т,

при / * (к - 1)«+ 1,

(1)

где - площадь полива дождевальной машиной каждого участка, га; т - начальная поливная норма, м3/га; Е - среднечасовое водопотребление, м3/га; 0 - расход дождевальной машины, м3/ч; / - порядковый номер; к - номер полива; п - количество участков;

Рисунок 4 — Схема полива ДМ «Фрегат» при изменении поливной нормы: а - по кругу; б - реверсивный полив по направлению часовой стрелки; в - реверсивный полив по направлению против часовой стрелки

Т,=

— для последующих поливов Е„(т-0,5 Е^Т,_„)

е-ода,

при ¡ = (к- 1)п +1; р)

7)_, (6 + 0,5 ^Д,.,) - 0,(£,_„_, +

е-о да,

при /*(А-1)я + 1.

При этом средняя скорость движения V, , м/с, и поливная норма /и,, м3/га, дождевальной машины на каждом участке орошаемого поля равны

Ь,

V; =

' 3600лГ('

(3)

где ¿д - длина пути движения последней тележки дождевальной машины при поливе площади поля, м.

В случае реверсивного полива дождевальной машиной (рисунок 4, б, в) время 7), ч, на каждом участке орошаемого поля при первом поливе определялось из выражения (1); для последующих поливов математическая модель имеет вид

е-ода,

при 1-{к-\)п + \\ ф

Г/-1 (6 + 0,5^п£,_1) + 0,5/у, + У1М/2(н),4н)

О-ода,

при - 1)я +1.

Количество участков, на которое разбивается орошаемое поле, определяется из неравенства

Р т

^ свшах шах

А1¥п '

где Ес,тах - максимальное среднесуточное водопотребление сельскохозяйственной культуры, м3/га; Гтах - максимальное время полива орошаемого поля, сут.;

А1УЛ - предельная разница влагозапасов соседних участков орошаемого поля (эту величину можно принять ДЖП= 50 м3/га).

Таким образом, коррекция поливной нормы на участках орошаемого поля позволит повысить качество распределения поливной влаги по ходу движения дождевальной машины, обеспечивая необходимый режим орошения.

Технической реализацией задачи по изменению поливной нормы в зависимости от количества недостающей влаги стала разработка устройства ре1улирова-ния скорости движения (рисунок 5).

Устройство в полуавтоматическом режиме задает поливную норму в зависимости от расположения дождевальной машины «Фрегат» на орошаемом поле (патент РФ на полезную модель № 95963).

Ключевым в данной связи является определение расходно-напорной характеристики системы питания последней самоходной тележки ДМ «Фрегат», которая описывается уравнением расхода воды в приводном гидроцилиндре £>ш м3/с, и характеризует скорость движения машины:

<7)

где со, - площадь поперечного сечения напорного рукава, м2; g = 9,81 м/с2; Рх и Рп - давление соответственно в водопроводящем трубопроводе и приводном гидроцилиндре, Па; р - плотность воды, кг/м3; Аг - разность координат уровней жидкости и г,, в сечениях I и II, м; С,'™ - коэффициент сопротивления регулирующего клапана исполнительного устройства; А - параметр системы, включающий в себя постоянные для данной системы коэффициенты сопротивлений.

При условии постоянного давления в водопроводящем трубопроводе и приводном гидроцилиндре основной величиной, определяющей расход воды, а следовательно, и скорость машины, является коэффициент сопротивления, который изменяется от величины открытия регулирующего клапана исполнительного устройства.

Рисунок 5 - Дождевальная машина «Фрегат» с устройством регулирования скорости движения: а - задатчик скорости; б - дождевальная машина; в - исполнительное устройство: 1 - неподвижная опора; 2 - водопроводящий трубопровод; 3 -самоходная тележка; 4 - дождевальный аппарат; 5 - задатчик скорости; 6 — диск задатчика; 7 - выступ; 8 - исполнительный клапан; 9 - импульсная трубка; 10 -исполнительное устройство; 11 - корпус; 12 - гидропривод; 13 - зацеп; 14 - исполнительная пружина; 15 — нажимная рейка; 16 - задающий винт; 17 - регулирующий клапан; 18 - напорный рукав; 19 - приводной гидроцилиндр

Таким образом, знание значения коэффициента сопротивления при определенной величине открытия регулирующего клапана позволяет производить установку необходимой скорости движения дождевальной машины и как следствие ее поливной нормы.

В третьей главе «Программа и методика проведения экспериментальных исследований» рассматриваются как частная, так и общие методики проведения экспериментальных исследований.

Разработана методика определения расходно-напорной характеристики регулирующего клапана устройства регулирования скорости движения (рисунок 7).

Рисунок 7 - Устройство регулирования скорости движения: а - задатчик скорости; б - исполнительное устройство

Полученные экспериментальные данные обрабатывались с помощью методов математической статистики с использованием ЭВМ, прикладными программами Statistica 6.0, MathCAD 13 и Microsoft Excel.

В четвертой главе «Результаты экспериментапьных исследований» приведены результаты исследований расходно-напорных характеристик регулирующего клапана устройства регулирования скорости движения, а также результаты сравнения стандартной и предлагаемой технологий полива дождевальной машиной «Фрегат».

В рамках исследований была определена зависимость коэффициента гидравлического сопротивления регулирующего клапана от величины его открытия (рисунок 8), а также максимальная величина эффективного открытия регулирующего клапана, равная 3,25 мм. Опираясь на полученные данные, в качестве задающих винтов исполнительного устройства приняты винты с шагом 1 мм, и рабочим углом поворота до 1170°.

Величина открытия Л, мм

Рисунок 8 - Зависимость коэффициент сопротивления регулирующего клапана от величины его открытия

Исследованиями установлено, что открытие регулирующего клапана Л, мм, и давление в водопроводящем трубопроводе Р1, МПа, являются величинами, определяющими скорости движения дождевальной машины V (рисунок 9).

Изменение давления в водопроводящем трубопроводе на величину 0,04 МПа приводит к изменению значения скорости на 4,68 % при открытии регулирующего

клапана И = 0,5 мм, что соответствует изменению поливной нормы т = 800 м /га на величину 37 м3/га.

Таким обратом, для точного выдерживания поливной нормы давление в водо-проводящем трубопроводе должно оставаться постоянным в течение всего полива.

V = - 0,0034 + 0,0084/г + 0,0095^ - 0,0014/г2 + 0,0006/гР, - 0,0052Р,2 К2 = 0,984

] о!о1 I 0,008

И о.ооб

Н 0,004

Рисунок 9 - Зависимость величины скорости движения дождевальной машины от величин открытия регулирующего клапана и давления в водопроводящем трубопроводе

Для определения влияния давления в водопроводящем трубопроводе на стабильность движения самоходной тележки строилась зависимость времени полного цикла приводного гидроцилиндра от величины открытия регулирующего клапана при разных значениях давления в водопроводящем трубопроводе машины (рисунок 10), Движение машины осуществлялось в колее глубиной 100-150 мм.

В результате было выяснено, что для стабильной работы дождевальной машины давление в водопроводящем трубопроводе у последней самоходной тележки должно составлять не менее 0,38 МПа.

В ходе сравнения стандартной и предлагаемой технологий полива ДМ «Фрегат» опытных полей с посевами люцерны установлено, что экономия оросительной воды при поливе по предлагаемой технологии составляла: 6,8 % в 2008 г.; 8,2 % в 2009 г. и 7,7 % в 2010 г. (таблица 1).

Величина открытия А, мм

Рисунок 10 - Зависимость времени полного цикла приводного гидроцилиндра от величины открытия регулирующего клапана при разных давлениях

Таблица 1 - Оросительная норма

Год Варианты Оросительная норма, м3/га Разность со стандартом, м3/га

2008 Стандартный 2200 150

Предлагаемый 2050

2009 Стандартный 2750 225

Предлагаемый 2525

2010 Стандартный 5500 425

Предлагаемый 5075

В ходе статистической обработки урожайности опытных лет было установлено, что различия в урожае (по вариантам на 5 %-м уровне значимости), полученном при поливе по стандартной и предлагаемой технологиям, являются несущественными.

Согласно проведенным исследованиям применение предлагаемой технологии полива позволит осуществлять экономию оросительной воды до 8,2 % за поливной сезон при практически одинаковой урожайности исследуемой культуры.

В пятой главе «Экономическая эффективность совершенствования технологии полива дождевальной машиной «Фрегат»» приведена эффективность совершенствования технологии полива ДМ «Фрегат» с применением устройства регулирования скорости движения, с экономическим эффектом за годы исследования 834,46 руб./га.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализом парка дождевальной техники установлено, что основной машиной мелиоративного комплекса Саратовской области является ДМ «Фрегат». Однако существующие технологии полива данной машиной имеют некоторый недостаток, связанный с поливом постоянной нормой, которая не всегда соответствует значению необходимой влаги на различных участках орошаемого поля, что может приводить к неоправданному перерасход)' оросительной воды и как следствие - к повышению цены на сельскохозяйственную продукцию.

2. В ходе теоретических исследований предложено решение, заключающееся в корректировке поливных норм ДМ «Фрегат» в зависимости от обеспеченности почвы влагой. Разработана математическая модель предлагаемой технологии полива и прикладная программа расчета поливных норм, а также конструкция устройства регулирования скорости движения, и обоснованы его основные конструктивные параметры.

3. В ходе лабораторных исследований определены основные конструктивные параметры устройства регулирования скорости движения. Максимальная величи-

на эффективного открытия регулирующего клапана 3,25 мм, при этом максимальное значение рабочего угла поворота задающих винтов с шагом резьбы 1 мм равно 1170°, эффективное давление в водопроводящем трубопроводе у последней самоходной тележки не менее 0,38 МПа.

4. В результате исследований в условиях эксплуатации получено, что полив по предлагаемой технологии позволяет осуществлять экономию оросительной воды до 8,2 % за сезон, при практически одинаковых значениях урожайности сельскохозяйственных культур в сравнении с поливом по стандартной технологии. Доход от использования предлагаемой технологии за годы исследований составил 834,46 руб./га.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для обеспечения экономии оросительной воды до 8,2 % при поливе ДМ «Фрегат», и получения дополнительного дохода без потери урожая, до 479,73 руб./га за сезон, рекомендуется применять технологию, основанную на коррекции поливной нормы в ходе осуществления полива в зависимости от водопотребления культуры.

2. Для автоматизации предлагаемой технологии полива рекомендуется использовать устройство регулирования скорости движения.

3. Для обеспечения стабильной работы дождевальной машины «Фрегат» давление в водопроводящем трубопроводе у последней самоходной тележки рекомендуется поддерживать не менее 0,38 МПа.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Слюсаренко, В. В. Обеспечение равномерного полива при использовании дождевальной машины «Фрегат» реверсивного передвижения / В. В. Слюсаренко, М. П. Марьин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. -

2011. — № 1. - С. 51-53.

2. Слюсаренко, В. В. Устройство для обеспечения равномерного полива при использовании дождевальной машины «Фрегат» / В. В. Слюсаренко, М. П. Марьин И Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011. -№ 3. - С. 57-62.

3. Марьин, М. П. Устройство автоматического регулирования равномерности полива дождевальной машины «Фрегат» реверсивного передвижения / М. П. Марьин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2011. - № 9. - С. 85-87.

Патент РФ на полезную модель

4. Пат. 95963 Российская Федерация, МПК51 А 01 в 25/09. Дождевальная машина / Слюсаренко В. В., Марьин М. П.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова». -№ 2010110943/22; заявл. 22.03.2010; опубл. 20.07.2010, Бюл. № 20.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

5. Марьин, М. П. Повышение эффективности орошения в Поволжье на основе совершенствования дождевальной машины «Фрегат» / М. П. Марьин // Организа-

ция и управление производством: сб. науч. работ, посвящ. 70-летию Л. М. Игнатьева.- Саратов: Наука, 2008. - С. 106-109.

6. Марьин, М. П. Эффективность использования дождевальной машины «Фрегат» реверсивного передвижения в условиях ведения современного хозяйства / М. П. Марьин // Совершенствование конструкций и методов расчета строительных, дорожных машин, мащин для природоустройства и технологий производства работ: сб. науч. тр. / ФГОУ ВПО «Саратовский ГТУ». - Саратов, 2009. - С. 78-81.

7. Марьин, М. П. Особенности использования ДМ «Фрегат» реверсивного передвижения / М. П. Марьин // Основы рационального природопользования : материалы II науч.-практ. конф. - Саратов : Наука, 2009. - С. 274-276.

8. Харитонов, А. Ю. Технология полива с использованием ДМ «Фрегат» реверсивного передвижения / А. Ю. Харитонов, М. П. Марьин // Вавиловские чтения -2010 : материалы Междунар. науч.-пракг. конф., 25-26 нояб. 2010 г. - Саратов: КУБиК, 2009.-Т. 1.-С. 179-180.

9. Марьин, М. П. Коррекция поливной нормы при использовании дождевальной машины «Фрегат» реверсивного передвижения / М. П. Марьин // Проблемы повышения эффективности использования водных и земельных ресурсов Поволжья : сб. науч. тр. [посвящ. 45-летию ФГНУ «ВолжНИИГиМ»] / ФГНУ «ВолжНИИ-ГиМ». - Саратов, 2011. - С. 86-91.

Подписано в печать 23.11.2011 г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 127.

Оттиражировано с оригинал-макета

в ООО ЦЦУ «Ризоп», 410056, г. Саратов, ул. Шевченко, 2а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Марьин, Максим Павлович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Состояние мелиоративного комплекса в Саратовской области.

1.2 Анализ технических средств полива в современных хозяйствах Саратовской области.

1.3 Совершенствование технологии полива дождевальной машиной «Фрегат».

1.4 Режим орошения сельскохозяйственных культур

Саратовской области.

1.5 Выводы.

1.6 Цель и задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛИВА ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНОЙ «ФРЕГАТ».

2.1 Совершенствование технологии полива ДМ «Фрегат».

2.2 Теоретическое обоснование технологии полива дождевальной машиной «Фрегат».

2.3 Устройство регулирования скорости движения дождевальной машины «Фрегат».

2.4 Обоснование конструктивных параметров исполнительного устройства.

2.5 Обоснование расходно-напорной характеристики регулирующего клапана исполнительного устройства.

2.6 Выводы.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Методика экспериментальных исследований.

3.2.1 Определение расходно-напорной характеристики регулирующего клапана устройства регулирования скорости движения

ДМ «Фрегат».

3.2.2 Сравнение стандартной и предлагаемой технологий полива дождевальной машиной «Фрегат».

3.2.3 Методика определение влажности почвы.

3.2.4 Методика обработки результатов лабораторно-полевых исследований.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Исследования расходно-напорной характеристики регулирующего клапана устройства регулирования скорости движения

ДМ «Фрегат».

4.2 Результаты сравнения стандартной и предлагаемой технологий полива дождевальной машиной «Фрегат».

4.3 Выводы.

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВЕРШЕНСТВОВЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛИВА ДОЖДЕВАЛЬНОЙ

МАШИНОЙ «ФРЕГАТ».

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Совершенствование технологии полива дождевальной машиной "Фрегат" с разработкой устройства регулирования скорости движения"

В природно-климатических условиях Саратовского Заволжья стабильное развитие сельскохозяйственного производства возможно только при орошаемом земледелии.

В настоящее время в мелиоративном комплексе Саратовской области доля дождевальных машин (ДМ) «Фрегат» составляет более 75 % от всего парка поливной техники. Поэтому совершенствование этой машины является немаловажным направлением развития орошения в регионе.

Как известно, полив одного поля дождевальной машиной «Фрегат» может продолжаться около 7 суток, при этом последняя четверть поля будет поливаться с опозданием на 5 суток или при пониженном нижнем пороге влажности, что может приводить к снижению урожая. Поэтому начало первого полива назначается с определенным опережением расчетного срока [79].

Такой способ полива подразумевает некоторое превышение поливной нормы на первой четверти, поэтому постоянная норма полива не всегда соответствует значению недостающей влаги на различных участках орошаемого поля.

Сформулирована гипотеза о возможности повышения качества орошения дождевальной машиной «Фрегат» путем изменения поливной нормы в соответствии с уровнем влагозапасов участков поля на момент их полива.

Работа проводилась в соответствии с перспективными направлениями развития ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» (ПНР-2) «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК», разделом «Разработка и совершенствование машин и технологий для оросительных и мелиоративных систем, экологически безопасных способов внесения минеральных удобрений», по теме № 3 «Совершенствование технологии и технических средств для мелиоративных систем».

Цель исследования. Повышение качества полива дождевальной машиной «Фрегат» путем изменения ее технологических параметров.

Задачи исследования:

- на основании анализа дождевальной техники и режима орошения обосновать технологию полива ДМ «Фрегат», обеспечивающую повышение качества распределения поливной влаги по площади орошения;

- провести теоретические исследования технологии полива ДМ «Фрегат»;

- разработать устройство регулирования скорости движения ДМ «Фрегат» и обосновать его основные конструктивные параметры;

- экспериментально оценить влияние основных конструктивных параметров устройства регулирования скорости движения на элементы режима орошения, провести в условиях эксплуатации сравнительную оценку полива ДМ «Фрегат» по стандартной и предлагаемой технологии;

- определить экономическую эффективность совершенствования технологии полива ДМ «Фрегат» с применением устройства регулирования скорости движения.

Объект исследований. Дождевальная машина «Фрегат» и технология ее полива.

Предмет исследования. Технические и технологические параметры (время полива, скорость движения, поливная норма, расходно-напорная характеристика системы питания самоходной тележки) ДМ «Фрегат» при поливе сельскохозяйственных культур.

Методика исследований. Задачи, поставленные в диссертационной работе, решались проведением комплексных теоретических и лабораторно-полевых исследований. Теоретические исследования выполнялись на основе известных положений, законов и методов математического анализа, механики и гидравлики. Экспериментальные исследования проводились с учетом общепринятых методик проведения экспериментов, действующих стандартов и нормативных документов. Расчет и обработка результатов исследования выполнялись на ЭВМ методами математической статистики с использованием пакетов прикладных программ Statistica 6.0, MathCAD 13, Microsoft Excel.

Научная новизна. Математическая модель технологии полива и прикладная программа расчета поливных норм. Конструкция устройства регулирования скорости движения ДМ «Фрегат».

Практическая значимость и реализация основных результатов исследований. Использование технологических мероприятий и технических средств позволит повысить качество орошения сельскохозяйственных культур при поливе дождевальной машиной «Фрегат», в частности обеспечить экономию до 8,2 % оросительной воды. Предлагаемая технология и опытный образец устройства регулирования скорости движения внедрены в 2008-2010 гг. в ОПХ «ВолжНИИГиМ» Энгельского района Саратовской области.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» (2008-2011 гг.), а также на VI Саратовском Салоне изобретений, инноваций и инвестиций.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 9 работах, в их числе 1 патент РФ на полезную модель и 3 работы в изданиях, входящих в перечень ВАК. Общий объем публикаций составляет 2,74 п. л., из которых 1,25 п. л. принадлежит лично автору.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, содержащего 123 наименования, и 5 приложений. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 52 рисунка.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Марьин, Максим Павлович

4.3 Выводы

В ходе исследований расходно-напорной характеристики были определены:

- значения коэффициента сопротивления регулирующего клапана, в зависимости от его открытия;

- максимальная величина эффективного открытия регулирующего клапана 3,25 мм, при этом максимальное значение рабочего угла поворота задающих винтов с шагом резьбы 1 мм равно 1170°;

- эффективное давление в водопроводящем трубопроводе у последней самоходной тележки не менее 0,38 МПа;

Сравнение стандартной и предлагаемой технологий полива дождевальной машиной «Фрегат» показало, что полив по предлагаемой технологии позволяет осуществлять экономию оросительной воды до 8,2 % при практически одинаковой урожайности исследуемой культуры (люцерны).

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВЕРШЕНСТВОВЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛИВА ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНОЙ «ФРЕГАТ»

Расчет экономической эффективности ведется на основании методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов от 21 июня 1999 года, № ВК 477.

Основными показателями по оценке эффективности инвестиционных проектов являются чистый дисконтированный доход и дисконтированный индекс доходности.

Чистый дисконтированный доход - это сумма дисконтированных значений потока платежей, приведённых к сегодняшнему дню («Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов от 21 июня 1999 года, № ВК 477»). Формула для расчета чистого дисконтированного дохода:

ЧДД = ^ ДППN , (5.1)

N=О где ДПП - дисконтированный поток платежей, руб./га; N- период времени (N = 0, 1,2, ., Г), лет.

Дисконтированный поток платежей за jV-ый период времени определяется из выражения:

ЧПП,

ДПП„=^, (5.2) где ЧПП - чистый поток платежей, руб./га; Сд - ставка дисконтирования, %.

Чистый поток платежей за 7У-ый период времени определяется из выражения:

1 тонны, равной 3000 руб., по данным ОПХ «ВолжНИИГиМ».

Сезонный монтаж устройства регулирования скорости движения, согласно данным по оплате труда операторов дождевальных машин в ОПХ «ВолжНИИГиМ» составляет 236 руб., при этом обслуживание устройства составляет 70 руб. за полив.

Начальные инвестиции определены в размере стоимости одного экземпляра устройства регулирования скорости движения, равной 9600 руб.