Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Техника и технология автоматизации внутрихозяйственного звена рисовых систем

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Техника и технология автоматизации внутрихозяйственного звена рисовых систем"

146 ОД

2 2 М

На правах рукописи СВИСТУНОВ Юрий Анатольевич

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗВЕНА РИСОВЫХ СИСТЕМ

Специальность: 06.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новочеркасск 1998

Работа выполнена в Кубанском государственном аграрном университете

Научный консультант -доктор технических наук,

профессор В.А. Волосухин Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор В.А. Попов

- доктор технических наук, профессор В.А. Сурин

- доктор технических наук, профессор Е.В. Кузнецов

Ведущая организация -департамент сельского хозяйства

и продовольствия администрации Краснодарского края

Защита состоится " 2. " ^^ 1998 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 120.76.01 в Новочеркасской государственной мелиоративной академии по адресу: 346428, Новочеркасск, Ростовской обл., ул. Пушкинская, 111, НГМА, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГМА.

Автореферат разослан " " 1998 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

\

Ученый секретарь диссертационного совета

профессор, заслуженный мелиоратор РФ Г.А. Сенчуков

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Затраты труда в технологической карте производства риса составляют 50-55 чел.ч/га, из них на орошение и регулирование слоя воды приходится около 50 %„ в связи с чем их сокращение является одной из более важных и трудоемких задач. Оно позволит снизить как острый дефицит в поливальщиках, так и себестоимость продукции, что в условиях рыночных отношений имеет приоритетное значение. Одним из путей успешного решения задачи является автоматизация производственных процессов в рисосеянии.

Настоящая диссертационная работа, направленная на решение указанной проблемы, выполнена в разрезе важнейших государственных и отраслевых программ:

по координационному плану ГКНТ СМ СССР 0.52.08.04 "Разработать и внедрить облегченные гидротехнические сооружения из прорезиненных тканей и полимерных материалов";

по отраслевой научно-технической проблеме Минводхоза СССР 0.04.05.01 "Разработать и внедрить сетевые мелиоративные сооружения с учетом индустриализации их строительства и автоматизации процессов управления на системах, выдать руководства по их расчету и испытаниям".

Объектами исследований являются рисовые системы и средства их автоматизации.

Целью работы является разработка технологических основ автоматического регулирования водораспределения и полива во внутрихозяйственном звене рисовых систем, совершенствование режима орошения риса за счет

сокращения количества изменений слоя воды на рисовом поле, научное обоснование, разработка и исследование технологических схем и средств автоматизации, обеспечивающих необходимое качество регулирования, высокую надежность.

В соответствии с целями работы, в задачи исследований входило:

1. Разработать технологию предпосевной обработки семян риса и усовершенствовать режим орошения с целью подавления злаковых сорняков слоем воды без применения гербицидов, увеличения урожайности за счет доведения густоты стояния растений до оптимальных значений, при уменьшении нормы высева и сокращении непроизводительных сбросов воды в период вегетации риса.

2. Разработать способ автоматизации внутрихозяйственного звена рисовой системы, отвечающий особенностям культуры.

3. Разработать конструкции авторегуляторов для трубчатых сооружений рисовых систем.

4. Выполнить гидравлические и статические исследования рабочих органов, определить конструктивные элементы, влияющие на изменение настроечных параметров. Разработать методику расчета. *

5. Апробировать в производственных условиях авторегуляторы. С учетом организации обслуживания автоматизированного участка обосновать уровень надежности. Исследовать качество регулирования, работоспособность и надежность авторегуляторов для рисовых систем.

Методы исследований. Работа выполнена путем проведения комплексных теоретических, лабораторных и натурных исследований в течение 1981- '

98 гг. Основная часть поставленных задач решалась аналитическими методами и моделированием процессов на ПЭВМ.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием теории планирования экспериментов на моделях различных масштабов; гидравлические исследования - на аттестованном региональной метрологической службой оборудовании, при этом количество измерений и их численные значения оценивались с использованием теории ошибок, анализ функций отклика и регрессионных зависимостей осуществлялся с помощью статистических методов, а обработка результатов экспериментальных исследований выполнялась с применением методов дисперсионного и регрессионного анализов. Результаты численных экспериментов сопоставлялись с данными лабораторных и натурных исследований. Производственные испытания проводились в рисосеющих хозяйствах Краснодарского края.

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в том, что в ней впервые применен комплексный эколого- и социально-экономический подход к решению задач, на основании которого получены количественные зависимости эффективности производства риса от методов и новых технических средств регулирования водного режима рисовых чеков.

На защиту выносятся положения, отраженные в следующих конечных результатах исследований:

способ получения всходов риса из-под слоя воды; технологические схемы водораспределения на рисовых системах, обеспечивающие оптимальные условия для выращивания риса;

комплекс технических средств автоматизации водораспределения на

рисовых системах с использованием новых конструкционных материалов; .. прикладные методы расчета регуляторов для рисовых систем. Новизну конструктивных решений подтверждают 18 авторских свидетельств на изобретения. '

Практическая значимость заключается:

в обосновании и разработке способа получения всходов риса из-под слоя .воды, направленного на повышение урожайности и снижение трудозатрат за счет широкого использования средств гидравлической автоматизации водораспределения и полива;

в расчетном обосновании регулирования процессами водораспределения во внутрихозяйственном звене рисовых систем; '

в разработке комплекса высокоэффективных й надежных средств автоматизации; . ..

в повышении производительности труда и. улучшении условий работы эксплуатационного персонала на рисовых системах.

Ценность для науки и практики полученных в диссертации результатов исследований подтверждается их использованием в народном хозяйстве.

Личный вклад автора. Результаты .научных разработок, изложенные в работах автора, получены на основе разработанной им программы и методики исследований. Автору принадлежит идея и основные решающие приемы, направленные на повышение надежности.'водораспределения на рисовых системах. Во всех комплексных научных разработках по теме диссертации автор являлся научным руководителем или ответственным исполнителем.

Внедрение результатов исследований осуществлялось автором: по

f 7

способу получения всходов риса из-под слоя воды совместно с Г.И. Третьяковым; по авторегуляторам рисовых систем совместно с В.А. Волосухиным, A.A. Быстровым, Е.А. Быстровой. Участие соавторов отражено в актах по внедрению.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации неоднократно обсуждены и одобрены на региональных научно-технических конференциях НГМА, ЮжНИИГиМа, ВНИЙриса, КГАУ в 1981 - 98 гг., на научно-практической конференции "Повышение технического уровня оросительных систем на Северном Кавказе" в 1984 г.; на межрегиональной конференции по мягким оболочкам {Краснодар,1990); на технико-экономических советах ВСМО "Союзводсистемавтома+ика" в 1984.-87гг.; на НТС ОЭЗ "Водавтоматика", на НТС института Кубаньводпроект (Кубаньгипроводхоз).

Реализация, результатов' работы. Внедрение результатов исследований осуществлено на площади более 40 тыс. га рисовых систем и подробно отражено в актах, составленных в соответствии с установленной формой и помещенных в приложении к диссертационной работе. Разработки неоднократно включались в планы внедрения-новой техники Минводхоза СССР в 1984-88 гг. Созданные и исследованные автоматические регуляторы для рисовых чеков с ' коническими и рукавными рабочими органами приняты к производству. Заводам "Водавтоматика" освоен серийный выпуск регуляторов.

Публикации. Основные научные результаты, полученные в рамках рассматриваемой работы, опубликованы в 54 научных работах, в том числе в 2 монографиях, 2 учебных пособиях, 5 рекомендациях производству, 18 ав-

торских свидетельствах на изобретения.

4 Структура и объем работы. Диссертация состоит "из введекяя, 7 глав, выводов, списка литературы из 342 наименований и 10 приложений. Работа изложена на 369 страницах машинописного текста, включая 68 рисунков и 52 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

л

Во введении дана оценка современного состояния автоматизации внутрихозяйственного звена рисовых систем-, акцентировано внимание на нерешенных проблемах, показана научная новизна, практическая значимость и актуальность темы. Сформулированы цель и задачи исследований.

1 СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ОРОШЕНИИ РИСА И КОНСТРУКЦИЯХ РИСОВЫХ СИСТЕМ В главе проанализированы'сформировавшиеся к настоящему времени

научные основы рисоводства, критически рассмотрены" конструктивные .и * »

эксплуатационные особенности внутрихозяйственного звена рисовой систе-

(

мы. Дан анализ технологии водораспределения, существующих способов автоматизации рисовых систем и средств для их реализации.

Большой вклад в изучение процессов получения высоких урожаев риса, в совершенствовании технологии его возделывания и конструкций рисовых систем внесли П.С. Ерыгин, Б.А. Неунылов, Е.П. Алешин, Е.Вт Величко, Н.С. Горюнов, В.Б. Зайцев, И.П.Кружилин, В.А. Попов, А.Г. Pay, Л.В. Скрипчинская, З.Ф. Тулякова, Д.Рг Шапошников, Б.А. Шумаков, Б.Б.-Шумаков и др.

Задачам автоматизации рисовых систем посвящены работы Я В. Бочка-рева, П.И. Коваленко, C.B. Кибальникова, A.C. Лугового, A.B. Маковского, В.Т.

Островского, В.А. Попова, В.Ф. Руденко, Н.Г. Трифонова, В.Н. Щедрина и др. Часть разработанных ими технических средств - гидроавтоматы уровня воды в нижнем бьефе. Предложен ряд способов, позволяющих расширить функциональные возможности систем с каскадным регулированием: дифференциально-относительный, блочный, последовательного затопления чеков. Однако теоретические основы автоматизации внутрихозяйственного звена "освещены слабо и по целому ряду организационных, технологических причин

1 «

предложенные способы и средства автоматизации рисовых систем не получили широкого распространения.

В заключительной части главы приведены вытекающие из критического анализа цели и задачи исследований.

2.'ОПТИМИЗАЦИЯ И ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА В Российской Федерации применяются три типа водного режима рисовых чеков, утвержденныу Госагропромом СССР и ВАСХНИЛ (1986 г.), основным из которых (75-80 %) является укороченное затоппение. Все они отличаются высокой изменчивостью слоя воды на чеке в течение времени вегетации риса. Чтобы ответить на вопрос - возможно ли в реальных условиях осуществить их без применения средств автоматизации, в 1989-90 гг. проведены специальные исследования. В качестве объекта исследований выбрано среднее по экономическому потенциалу и обеспеченности рабочими хозяйство - совхоз "Приазовский" Краснодарского края. Под контроль были взяты 11 рисовых чеков. Фактический слой воды на чеках измерялся водомерными рейками ежедневно. Точность измерений ± 0,005 м.

В результате выполненных исследований получены два параллельных

ряда слоя воды в чеках по фазам вегетации (научно-обоснованный и фактический). При сравнении их для каждого опыта, получены два значения х; и у;(г;) (1 = 1,2.....п). Из физической сущности опыта вытекает, что значения, наблюдаемые в 1-м опыте, независимы друг от .друга, а последовательные п наблюдений независимы между собой. Можно ли считать наблюдаемые в п опытах различия между х; и у;(г;) значимыми (существенными), или

различия следует отнести за счет случайного рассеийания значений. ,

В качестве нулевой- гипотезы (Н0) принято отсутствие существенных различий в научно-обоснованных и фактических уровнях воды на рисовых чеках, то есть предполагается соответствие фактического режима орошения риса проектному. Допускается, что независимые величины х; и у;(г;) распределены по одному и тому же закону,То есть разности x¡-у, = распределены симметрично относительно нуля (отклонения положительнрго и отрицательного знаков равновероятны). Поопедовательность п знаков разностей

■ 1 с

х; -у;(г;) = (1 = 1,2,..., п) рассматривается как запись результатов" п последовательных и независимых испытаний с двумя возможными исходами ("+" или "-"), причем вероятности Р(+) =,Р](-) * 0,5. Тогда,нулевая гипотеза сводится к проверке значимости расхождения частости

. ■ : ' , •• ' о) ■

п

< ! где кп(+)-.число знаков"+". ' '

Результаты обработки статистического материала табл. 1 'показали, что в подавляющем большинстве случаев (81 ,{3 %) между проектными и фактиче-

скими слоями воды имеются существенные различия, то есть фактический режим орошения не является реализацией научно-обоснованных рекомендаций по изменению уровенного режима воды на рисовых чеках. Главнымй причинами массовых нарушений технологических рекомендаций, на наш взгляд, являются резкие и многократные изменения слоя воды и отсутствие средств автоматизации, оснащенных микропроцессорами, реагирующими на численность и активность роста сорной растительности.

Таблица 1

Результаты сравнения режимов орошения риса

Карта-чек п М+) К(~) тп тп Существенные отличия

К-267-1 104 75 29 29 41 имеются

К-267-2 104 9 95 9 41 имеются

К-267-3 91 21 70 21 35 имеются

К-268-1 106 24 82 24 42 имеются

К-268-2 105 49 41 49 41 не имеются

К-268-3 104 35 69 35 41 имеются

К-269-1 103 5 98 5 41 имеются

К-269-2 104 30 74 30 41 имеются

К-269-3 107 60 47 47 42 не имеются

К-230-1 116 77 39 . 39 46 имеются

К-230-2 117 78 39 39 47 имеются

Ввиду сложности и экономической нецелесообразности оснащения каждого чекового гидроавтомата микропроцессором обозначившаяся проблема может быть решена путем исключения режима укороченного затопления и

перехода на постоянное (от посева до фазы восковой спелости) затопление. В этом случае слой воды в 15 см подавляет проростки как злаковых сорняков (куриное и рисовое просо), так и болотной растительности.

Однако при постоянном затоплении без обогащения кислородом затопленной почвы невозможно получить равномерные, оптимальной густоты и высокой жизнеспособности всходы риса. В качестве обогатителя могут быть использованы такие вещества, как пероксид кальция, пероксид магния и ле-роксид цинка, в которых имеется химически связанный кислород. Возможность применения их для обработки семян риса исследована нами в лабораторных условиях. Семена обрабатывались пероксидами в соотношениях: 1:1; 1:3; 1:7,5; 1:10. Слой воды в сосудах 6 см. Длины проростка и корня измерялись через 6 суток.

Лучшим оказался пероксид кальция в соотношении не менее 1:7,5. При обработке семян риса пероксидом цинка и пероксидом магния снижалась всхожесть, ингибировался рост корня и проростков.

Для закрепления пероксида кальция на семенах риса исследованы пленкообразователи на основе кремниевого золя, Na КМЦ, поливиниловый спирт, дэман, акриламид, эпос. Исследования показали, что пленкообразующие вещества на основе синтетических смол неприемлемы, так как задержи. вают всхожесть. Лучшим оказался пленкообразователь на основе Na КМЦ. Оптимальной концентрацией является 4 % При двухслойной обработке.

Для микрокапсулирования семян риса в производственных условиях испытаны шнековый смеситель, триерный барабан, дражиратор фармацевтический и автобетоносмеситель на шасси автомобиля КАМАЗ. Критерия-

ми для сравнения были: травмированность семян, равномерность нанесения пероксида и пленкообразователя на семена и осыпаемость его-в процессе обработки, сушки, транспортировки и высева. Исследования показали, что автобетоносмеситель имеет ряд преимуществ перед другими аппаратами: высокая производительность, отсутствие травмированных семян, удобство загрузки и выгрузки, автономность и маневренность.

На основании проведенных лабораторных исследований разработана технология микрокапсулирования семян риса и апробирована в условиях полевого опыта. Доказана возможность и целесообразность получения всходов риса из-под слоя воды.

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗВЕНА РИСОВЫХ СИСТЕМ Структурным элементом внутрихозяйственного звена рисовой системы является поле севооборота. В качестве такого элемента принят модуль рисовой системы "Кубанская" с параметрами: площадь 144 га, поливных карт 6, чеков 24. Вода из хозяйственного распределителя поступает в участковый, из которого распределяется по 6 оросителям, а из них по 24 чекам

В главе рассмотрены технологические особенности регулирования уровней воды во внутрихозяйственном звене рисовой системы. Свойства объектов регулирования являются определяющими в выборе типа и настройки авторегуляторов. Параметрами, которые позволяют судить о динамических свойствах объекта и на основании которых выбирают регулятор и настроечные характеристики его элементов, являются время запаздывания т0, постоянная времени объекта Т0, коэффициент усиления объекта ко. Для исспедо-

вания объектов автоматизации рисовых систем нами применен экспериментальный метод, основанный на анализе кривых разгона.

Регуляторы с эластичными рабочими органами реализуют пропорциональный закон регулирования. Запорно - регулирующий орган хР перемещается пропорционально отклонению регулируемой величины у от заданного значения Уз.

Хр = кр(у-у3). (2)

Динамические характеристики идеального пропорционального регулятора соответствуют характеристикам безинерционного звена. Характеристики регуляторов, созданных из реальных элементов, существенно отличаются от идеализированных. В модели реального регулятора это учитывается путем последовательного включения со звеном идеального регулятора одного или нескольких балластных апериодических звеньев. Таким балластным звеном у рассматриваемых регуляторов является полость запорно-регулирующего органа. С учеюм этого структурная схема системы автоматического регулирования уровня воды авторегулятором с рабочим органом из тканевых материалов изображена на рис. 1.

Структурная схема системы автоматического регулирования

Рис.1

На схеме объект регулирования представлен в виде последовательно соединенных апериодического звена с коэффициентом усиления ко и постоянной времени Т0 и звена чистого запаздывания. .

Динамические свойства реальных объектов рисовых систем апроксими-руются свойствами последовательно включенного инерционного звена и звена транспортного запаздывания. Для обеспечения качественного регулирования уровней воды во внутрихозяйственном звене рисовой системы нами выполнены исследования устойчивости локальных систем автоматического регулирования по частотному критерию Михайлов'а-Найквиста. Исходными данными являются результаты экспериментальных исследований динамических свойств чеков, оросителей, распределителей. Передаточная функция системы имеет вид

' *(„)= ^ \е~рт О)

{ТоР + 1ДТрР + 1)

Частотные характеристики динамических элементов могут быть найдены из передаточных функций, если в них положить р = ¡а. Передаточная функция динамического элемента может быть представлена в виде следующего отношения полиномов:

/ х Ь_Осо)т+...+Ь1 ¡ш+ ЬП

= ---(4)

аРиш) +...+а1]ю + а0

Отделив в числителе и знаменателе'вещественную часть от мнимой, получим

. . а(ю)+|Ъ('си) ^Удз > = , (5)

c((o) + jd(co)

где а(со) = Ь0-Ь2ш2+Ь4ю4-Ь6ю6+...;

Ь(ш) = Цю-Ьзю3 +Ь5со5-Ь7со7+...;

с(ш) = а0 -а2со2 + а4со4 -а6ш6+...;

с1(со) = &](о - аз<й3 + а5со5 - а7Ш7+....

Имея это в виду, выражение (5) можно разделить на действительную и мнимую части, тогда

У/^а^-^и^ + Жф), ' (6)

, . а(ш) с(м)+ Ь(ю) с) (со)

где и(т) = ^Ш—

<г(ю)+(г(й>)

. = Ь(ш) с(ш)-а(са) ¿(ю) к ' с2(сй)+а2(ш)

Подставляя различные значения и в вещественную и мнимую частотные характеристика разомкнутой систс-мы, получим амплитудно-фазовую частотную характеристику. Рассматриваемая система устойчива в замкнутом состоянии, если годограф \NQ03) при изменении да от -со до +ао не охватывает точку с координатой (-1;

Точку пересечения кривой \Л/0ю) с осью абсцисс находим, решив уравнение

У(са) = —1 V —, ' к ' = 0. (7)

^ ' с (ш)+<1 (а>)

Положив 1!(ю0) = -1, найдем значение коэффициента усиления системы, при котором она находится на грани устойчивости.

Для системы автоматического регулирования уровня воды, динамические характеристики которой: То=6400 с, К0- 0,5, то=650 с, кр=14, Т0= 4с амплитудно-частотная характеристика разомкнутой системы представлена на рис.2.

Амплитудно-фазовая частотная характеристика

Рис.2

Годограф \Л/ 0 ш) при изменении со от -со до +°о не охватывает точку с координатой (-1; ¡0), следовательно, система устойчива в замкнутом состоянии. Точка пересечения с осью абсцисс имеет координаты (- 0,357; ]0). Запас устойчивости по амплитуде Дк=1/0,357=2,80. Запас устойчивости по фазе 29°.

Наиболее распространенному способу регулирования водного режима на рисовом чеке, который заключается в периодическом пололнении воды по мере ее потребления, соответстпует режим работы релейных авторегуляторов. Плавное расходование воды в чеке и уменьшение слоя авторегуляторы релейного типа компенсируют прерывисто, периодически включаясь и восстанавливая заданный уровень. Периодичность включения и время восстановле-

ния слоя воды в чеке определяется интенсивностью испарения, фильтрации, транспирации, которые зависят от высотного расположения чеков, фазы развития риса, погодных условий и других/факторов, величины которых изменяются с течением времени и носят случайный характер. Следовательно, режим работы авторегуляторов релейного типа также будет, носить случайный, вероятностный характер, который в произвольно взятый момент времени можно описать, применив методы теории вероятности.

В работе рассмотрены возможные варианты режимов работы оросителя при оснащении водовыпусков в. чеки релейными авторегуляторами. Вероятности работы водовыпуска в различных режимах определены из условий работы авторегулятора, обеспечивающего поддержание заданного уровня воды в чеке с отклонением ± 2 см. Тогда время наполнения единицы площади чека с .отметки -2 см до отметки +2 см относительно заданной определится как отношение объема наполнения к гидромодулю наполнения, а время сработки - к гидромодулю сработки. Учитывая, что объемы наполнения и сработки равны, продолжительность времени наполнения и сработки будут пропорциональны соответствующим гидромодулям.

Вероятность работц оросителя в рассмотренных режимах, когда каждый регулятор может иметь только два события и вероятности этих событий известны, вычисляется по биноминальному закону

р(п^)=спркЯп-к. - (8)

где Сц - биноминальный коэффициент;

р = Р/дч- вероятность состояния регулятора в открытом положении;

q = - вероятность состояния регулятора в закрытом положении. Я = 1,— р, к = 0,1,2,...,п. Вероятности работы оросителя в рассмотренных режимах будут:

основную часть времени ороситель работает как резервная емкость при (2о=0. Выполняя функции водопроводящего. сооружения, ороситель работает в большом диапазоне расходов: от расхода 0о=С5ч до расхода, равного сумме пропускной способности обслуживаемых водовыпусков, 00 = Жч.

Для оценки системы автоматического регулирования определено среднее время ожидания обслуживания

•Р<4,1) = С*1 (0,180)1 (0,820)3 = 0,396; Р(4,2>= С42 (0,180)2 (0,820)2 = 0,130; Р(4.з) = С43 (0,180)3 (0,820)1 = 0,028; Р(4.4)= С/ (0,180)" (0,820)° = 0,001; Р(4,о, = С4° (0,180)° (0,820)4 = 0.452.

О)

Полученные вероятности режимов работы оросителя показывают, что

Т =

т

(10)

1 - Рп - V

о

Изменение уровня за время ожидания в системе составляет:

ДЬ, = Ад.

(11)

Математическое ожидание числа чеков, требующих обслуживания

М = £(к-1)Рк.

(12)

Коэффициент простоя чека

К = —. (13)

п

Установлено, что система обеспечивает поддержание уровня от посева риса до окончания оросительного сезона с точностью ЛЬ = ±0,01 м, что соответствует требованиям к средствам регулирования.

Рациональный режим работы дренажно-сбросной сети предусматривает работу сбросных каналов от посева до кущения при постоянном оттоке и от кущения до созревания - в подпоре. Такое сочетание технологических операций и требований к режиму работы дренажно-сбросной сети позволяет принять в качестве управляющего параметра слой воды на рисовом чеке. Объектами автоматизации при этом являются дренажно-сбросные каналы. Регулируемыми параметрами - уровни воды в них.

Предложенный нами способ автоматического регулирования заключается в том, что в течение всего вегетационного периода заданные уровни воды в чеках регулируются локальными системами автоматики, а в сбросных каналах - изменением уровней воды в примыкающем чеке и сбросном канале старшего порядка.

Анализ работы внутрихозяйственного звена показывает, что для автоматизации севооборотного рисового участка необходим набор технических средств, включающий как авторегуляторы уровня нижнего, так и верхнего бьефа, геометрические размеры и пропускная способность которых изменяется в широких пределах и зависит от типа автоматизируемого сооружения и обслуживаемой площади. Однако, несмотря на большое разнообразие технологических режимов, представляется возможным унифицировать основные

узлы авторегуляторов, в частности, запорно-регулирующие органы. Унификация позволяет типизировать схемные решения и осуществить регулирование технологических процессов одним авторегулятором, имеющим ограниченное число типоразмеров.

4 КОНСТРУИРОВАНИЕ АВТОРЕГУЛЯТОРОВ ДЛЯ РИСОВЫХ СИСТЕМ

Для автоматического регулирования уровня воды создано большое количество авторегуляторов гидравлического действия, однако проблема создания более простых, надежных конструкций остается в центре внимания многих исследователей, что подчеркивает ее важность и актуальность. Создание средств гидроавтоматики относится к классу конструкторско-изобре-тательских задач. Их решение связано с поиском новых идей и конструкций, анализом существующих модификаций технических решений и целенаправленным изменением их в соответствии с все возрастающими требованиями. Принципы конструирования, позволяющие осуществлять целенаправленную разработку и выбор рациональных вариантов, разработаны авторским коллективом под руководством А.И. Половинкина и получили дальнейшее развитие, в работах В.Л. Бондаренко, Б.И. Сергеева, A.A. Коренева, A.B. Крошнева, В.Н. Щедрина и др.

При разработке авторегуляторов для рисовых систем принят принцип адаптивной приспособленности к окружающей среде, который реализуется путем эволюционного процесса совершенствования элементов регуляторов и конструкции в целом. Информационным обеспечением являются: структурно-классификационные модели конструктивных вариантов, ранжированные требования к конструкциям и их элементам; техническое задание на поиск ра-

циональных конструкций с указанием требований к будущему устройству; патентная информация, включающая фонд технических решений аналогов и их описания; программа поиска; научно-техническая информация; методика прогнозирования.

Применяя рассмотренную методику, нами разработаны конструкции авторегуляторов для ¡рубчатых сооружений рисовых систем(рис.З), 18 технических решений признаны изобретениями.

Регуляторы для рисовых систем

Регуляторы с рабочими органами в виде конической, тороидальной, цилиндрической оболочек и многооболочковые (щелевые) нашли применение на водовыпусках из оросителей в чеки. Кроме авторегуляторов с рабочими органами из тканевых материалов, разработаны сифонные регуляторы для автоматизации водовыпусков из оросителя в чеки и для регулирующих сооружений на распределительной и сбросной сети.

С учетом комплекса требований (технических, технологических, эксплуатационных, экономических) к средствам автоматизации на основе метода экспертных оценок, выполнен анализ перспективности разработанных регуля-Трров. Наиболее перспективными являются авторегуляторы с рукавными и коническими рабочими органами из тканевых материалов.

5 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ АВТОРЕГУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Проведение исследований обусловлено недостаточной изученностью влияния конструктивных особенностей и геометрических параметров эластичных запорно-регулирующих органов авторегуляторов на пропускную способность регулирующих сооружений. В состав исследований включены вопросы: выявление оптимальной конструкции запорно-регулирующего органа; определение гидравлических параметров . запорно-регулирующих органов в рабочем диапазоне гидравлических перепадов при изменении конструктивных элементов;

исследование влияния конструктивных параметров управляющей цепи на пропускную способность регулятора;

разработка методики расчета регулятора.

Гидравлические исследования выполнены в гидротехнических лабораториях ЮжНИИГиМа, Кубанского государственного аграрного университета, Кыргызского сельскохозяйственного института, института "Кубаныипроводхоз" на метрологически аттестованном оборудовании. Измерение расходов воды проводилось мерными водосливами. Измерение уровней воды в бьефах и давления в оболочках выполнялось пьезометрами и уровнемерами. Исследования выполнены по методике, когда все факторы фиксируются на некотором уровне, а один из них варьируется. Диапазон варьирования факторов принят для г - 0,05...1,2 м; для г/г -0...1.0. Интервал варьирования для г -0,2 м; для г/г -0,2. Отверстие на входе в оболочку диафрагмировалось насадками с!Вх = 16 мм, <3Вх = 12 мм; с1вх = 10 мм; с1ах = 8 мм..Наряду с традиционным подходом, для исследования многофакторных процессов применены методы теории планирования экспериментов. За параметры оптимизации приняты пропускная способность и нерегулируемая протечка модели автоматизированного сооружения. Исследования проводились в диапазоне рабочих гидравлических перепадов и относительных давлениях в оболочках, соответствующих режимам полного закрытия и полного открытия регулятора. Полное открытие регулятора достигается изменением положения клапана датчика уровня нижнего бьефа и подбором размеров дросселирующих шайб на входе. Для исследуемых моделей такой режим достигался полным открытием ленточного клапана датчика и установкой на входе в импульсную трубку дросселирующей шайбы с)вх = 0,012 м.

Важным параметром, определяющим качество работы авторегулятора, является величина нерегулируемой протечки, характеризующая герметиза-

цию водовыпуска в режиме полного закрытия. Нерегулируемая протечка определялась при гидравлических перепадах 0,2...0,3 м и полностью закрытом клапане датчика уровня, когда относительное давление в оболочке достигало величины - Иг - 1.

Результаты исследований (табл.2) позволяют сделать вывод, что наиболее полно предъявляемым требованиям отвечает конический запорно-регулирующий орган, коэффициент расхода которого в диапазоне рабочих перепадов достигает 0,6...0,74, а нерегулируемая протечка не превышает 0,001 м3/с.

Несколько хуже сравниваемые параметры у рукавного авторегулятора типа РУР, коэффициент расхода которого уменьшается с увеличением гидравлического перепада и изменяется в пределах 0,38...0,50, а нерегулируемая протечка достигает 0,002 м3/с.

Таблица 2

Результаты экспериментальных исследований регуляторов

Регулятор Схема модели Расчетные формулы

РУР ---- г ■ ■ ■ ц = 0,512 + 0,002г - 0,8бг2; т^ =0,991; ст = 0,009.

¥

— — т* Г • [

РУРОн --- г — ц = 0,481+0,009г - 0,08\г2; Пух = 0,991; о = 0,006.

-I

-тт,.тшиш-> и„ ......и ■——

Продолжение табл.2

эффективность работы данной конструкции, характеризуемой коэффициентом расхода, определяется соотношением следующих факторов: величины гидравлического перепада г; относительного давления внутри оболочки рабочего органа г'1г\ центрального раскройного угла оболочки <р.

С целью сокращения общего числа опытов по установлению взаимосвязи между исследуемыми факторами был привлечен математический аппарат планирования экспериментов, который позволяет выбрать необходимое число опытов и условия их проведения. Отсутствие априорной информации не дает основания линеаризировать частную функцию отклика, поэтому принимаем минимальное число уровней при криволинейной функции - 3 уровня.

Эксперименты по определению численных значений параметров оптимизации проводились по матрице трехуровневого плана второго порядка Бокса-Бенкина. Кодирование натуральных факторов х,=г, х2= г'/г, х3=ср осуществлялось по формуле

(14)

где хн; - натуральное значение I -того фактора,

хш -натуральное значение основного уровня |' - того фактора; Дх; -интервал варьирования \ - того фактора. После исключения незначимых коэффициентов получена зависимость параметра оптимизации от исследуемых факторов:

у = 0,0726 - 0,033 ^-0,2153х2-0,0428х3 +0,0096х{х2 +0,0617х? + + 0,0930x2 +0,1024хз . (15)

Оценку адекватности уравнения (15) проводили по соотношению

о2

р _ на ^г-

где Ртдбл - табличное значение критерия Фишера,

Б^д -дисперсия неадекватности, подсчитывалась по уравнению

-_(У;-У)2

где у - опытное значения параметра оптимизации; у - расчетное значение параметра оптимизации; X - количество значимых коэффициентов.

После замены кодированных значений факторов натуральными и соответствующих преобразований уравнение (15) приняло вид:

Ир =3,723 - 0,8752 - 3,481--0,048ф+0,150г-+0,685г2 +2,325

/ 'Л2

г

+0,0003<р2.(1б)

1--0,048ф+0,150г-

ъ 7.

Анализ, уравнения (16) показывает, что коэффициент расхода регулятора с коническим рабочим органом в большей степени зависит-от относительного давления в оболочке. Значительное влияние на коэффициент расхода оказывает гидравлический перепад, что является отличительной особенностью исследуемой конструкции от традиционных.

Минимальное значение коэффициента расхода, характеризующее нерегулируемую протечку регулятора, наблюдается при относительном давлении в оболочке (0,74...0,75)2, центральном угле 94...95° и гидравлическом перепаде г = 0,5...0,6 м. Изменение давления в оболочке в пределах (0,7...0,5)г незначительно влияет на коэффициент расхода регулятора. Уменьшение давления в оболочке в диапазоне (0,5...0,3)г приводит к значительному изменению коэффициента расхода.

Изменение центрального угла ведет к незначительному увеличению коэффициента расхода регулятора в закрытом состоянии и значительному увеличению коэффициента расхода открытого регулятора. При изменении гидравлического перепада наблюдается равномерное увеличение коэффициента расхода при удалении от центра тяжести сечения.

Влияние относительного давления в оболочке на коэффициент расхода незатопленного регулируемого отверстия с коническим рабочим органом исследовалось при постоянном напоре Н = 0,35 м. Давление в оболочке из-

менялось натяжением ленты клапана датчика нижнего бьефа. Диапазон изменения относительного давления в оболочке Н'/Н = 0...1Д

Зависимость мзжду коэффициентом расхода и относительным давлением" в оболочке с надежностью 0,95 описывается уравнением

2

цро =0,616 + 0,332 —-1,357|

5—1,357 Н I Н

(17)

Характер изменения коэффициента расхода регулируемого отверстия в режимах затопленного и подтопленного истечения с надежностью 0,95 описы- . вается зависимостью

|1р0 = 0,472 + 0,699г —0,853г^. (18)

В процессе исследования рукавного, регулятора (РУР) преследовалась цель: уточнить влияние конструктивных элементов регулятора на пропускную способность сооружения и дать рекомендации по раскройным параметрам оболочки, обеспечивающих надежное регулирование.

Для определения взаимосвязи гидравлического перепада, относительного давления в оболочке с коэффициентом расхода регулятора использован трехуровневый план Коно.

С учетом значимости коэффициентов зависимость между параметром оптимизации и варьируемыми факторами описывается полиноминальным уравнением

у = 0,310-0,0508x2-0,0983х2 +0,029X1X2 • (19)

После замены кодированных значений факторов натуральными и соответствующих преобразований уравнение при г = 0,2...0,8 м и г'/г = 0,2-0,7 приняло вид

ц = 0,761 - 0,410г- 0,732 — + 0,029г г

/

г

В результате реализации плана эксперимента при гидравлическом перепаде г = 0,2...1,2 м, относительном напоре в оболочке (0,7...0,9)2 получена зависимость, описывающая параметр оптимизации под воздействием варьируемых факторов

у = 0,133-0,0113x1 -0,071x2 +0,0098x2 • (21)

В натуральных значениях факторов уравнение (21) имеет вид

ц = 1,3468-0,03762-2,278—+ 0,98 2

( Л г

2

(22)

Основная цель исследований датчика уровня - определить величину гидравлических сопротивлений и расходные характеристики ленточного клапана, позволяющие обеспечить настройку регулятора. Вопросами исследований являются: определение пропускной способности гидравлического клапана, коэффициента расхода и коэффициента сопротивления в зависимости от конструктивного исполнения, гидравлических условий и степени открытия клапана. Пропускная способность клапана в общем виде выражается зависимостью

Окл=Пг, а, <р, со), (23)

где 7. - гидравлический перепад, а - величина открытия клапана,

Ф - угол, составляющий осью гнезда клапана с вертикалью, ю - площадь гнезда клапана.

При проведении экспериментов использован трехуровневый план Бокса-Бснкина. После замены кодированных,значений факторов натуральными и соответствующих преобразованийуравнение приведено к виду ,

Икд =0,0708 а-0,0028 а2 . (24)

Результаты экспериментов позволяют сделать вывод, что коэффициент расхода ленточного клапана определяется степенью открытия клапана и не зависит от других факторов.

На основе результатов гидравлических исследований разработана методика гидравлического "расчета авторегуляторов с рабочими органами из тканевых материалов.

6 ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ТКАНЕВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ.

Потребность в легких, экономичных регулирующих сооружениях для рисовых систем появилась давно, однако их внедрение сдерживалось отсутствием материалов, отвечающих функциональным требованиям рисовых систем, методов расчетного обоснования проектирования строительства и эко-плуа+ации регулирующих сооружений из тканевых материалов.

Развитию теории мягких оболочек, применяемых в различных отраслях народного хозяйства, способствовали работы С.А. Алоксеева, Ю.И. Блинова, В.А. Волосухина, A.C. Григорьева, Б.И. Друзя, В.В. Ермолова, М.А. Ильгамова, В.Д. Кулагина, В.Э. Магулы, Ф. Отток, Б.И. Петракова. B.C. Рахутина, В.В. Риделя, Б.И. Сергеева, Г.Я. Степановича; В.И. Усюкина, K.M. Хуберяна, К.Ф. Черных и др.

Для изготовления рабочих органов тканевых регуляторов необходимы материалы, обладающие высокой прочностью, стойкостью к многократным изгибам, водонепроницаемостью, долговечностью, низкой стоимостью. Первые попытки использования для тканевых регуляторов материалов, применяемых для изготовления складских помещений, выставочных павильонов, оказались неудачными. Рабочие органы регуляторов из этих материалов быстро разрушались и выходили из строя. Изготовление рабочих органов авторегуляторов из мелиоративной ткани, применяемой для изготовления мелиоративных трубопроводов, тоже оказалось ошибочным. Происходило отслаивание покрытия от основы при количестве изгибов менее 100, что приводило к разгерметизации оболочек и выходу регуляторов из строя. Это потребовало проведения комплексных исследований по обоснованию и разработке методик расчета различных типов рабочих органов тканевых регуляторов для рисовых систем.

Рабочие органы тканевых регуляторов имеют малую толщину стенок (0,6... 1,4 мм) и воспринимают в основном растягивающие напряжения, поэтому работают в напряженном состоянии близком к безмоментному. Использование безмоментной теории для тканевых регуляторов приводило к большим ошибкам, в частности при сжимающих напряженияхреальные регуляторы покрываются складками, а в безмоментной теории полагается, что форма поверхности остается гладкой и очень незначительно изменяется при приложении нагрузки. Специфика работы тканевых регул»" оров для рисовых систем потребовала разработки прикладных методик расчета рабочих органов из тканевых материалов.

Для выбора конструкционного материала проведены лабораторные и натурные экспериментальные исследования тканевых регуляторов изготовленных из различных водонепроницаемых капроновых тканей с резиновым и пленочным покрытием. Экспериментальным испытаниям подверглись материалы регуляторов (РУР, РУРО, РК) после заводского изготовления и в процессе эксплуатации. На основании лабораторных и натурных исследований установлено, что "Зластоисткожа мелиоративная", из которой изготовлены первые серии тканевых регуляторов, не может быть рекомендована к использования для авторегуляторов рисовых систем. Для регуляторов РУР, РК рекомендован водонепроницаемый материал на капроновой основе 'Теза", обладающий высокой прочностью и стойкостью к многократным изгибам.

Получены эмпирические зависимости связи усилий основы (Т0) и утка (Ту) от относительных деформаций основы (е0) и утка (еу) для тканей на каТ 2

проновой основе при — = — , имеющие вид

Ту 1

[то = 197,71 е0 +1337,6 г\,

[Ту =331,72 еу+4127,8 (25)

Численные значения относительной деформации основы достигают 13,7 % (ео=0,137) и утка - 5,1 % (еу=0,051).

Для конических тканевых регуляторов (РК) получена регрессионная зависимость максимального усилия в материале оболочки, имеющая вид:

Tr = 0,0243 - 0,0053 - - 0,0606— + 0,0712ho - 0,0289 - — - 0,0612 -ho + г г г г "г

a m2 г ал2 ■

+0,0273—Iio + 0,0064^—J + 0,0750^—J +0,0145^, - '

где r =1/2 dip - внутренний радиус трубы сооружения; A, L -.раскройные параметры регулятора," Ро = у h0 - максимальное давление в оболочке регулятора

Анализ уравнения (26), выполненный методом двумерных сечений, по-■ называет, что усилия в'оболочке минимальны при L/r = 2,1 и А/г = 0,75...0,8. Изменение указанных соотношений ведет к увеличению продольных усилий в оболочке. Следовательно, - при конструировании оболочки регулятора для максимального использования прочностных свойств материалов необходимо принимать L=(2,0...2,1)r, А=(0,7...0,8)г. •

Для тканевых регуляторов с коническим рабочим органом разработаны номограммы связи (рис.4) раскройных параметров (А, В, L) с конструктивными (Vo.Vi)-'

Определены параметры регулятора A, L, обеспечивающие наименьшие усилия в материале оболочки, уточнен характер. распределения усилий в оболочке, выполнены расчеты по выбору тканей для регуляторов унифицированных сооружений- рисовых систем (табл.3).

Получены эмпирические зависимости для максимальных усилий в оболочках рукавных и щелевых регуляторов. Максимальные усилия в оболочках регуляторов типа РУРО определяются по выражению:

Tmax0,31y(Hd-0,5d2)<Ro(Ry). (27)

Номограмма для определения у о, V {при к = вш 60

А/и

0,8

О, б 0,4

0,2

а!-/

Й'Н-'ТВ Ч '

к

¡д

1 . 1 ч» 1

0,2 0,4 ,0,6 . ВА Рис.4 .

Таблица 3

г, м Условный диаметр водовыпуаса •

0,2 м 0,3 м 0,6 м. 1,0 м

Тп, т/м Ттк,т/м Тп, т/м Ттк.т/м Тп, т/м Ттк.т/м Тп, т/м Ттк,т/м

0,2 0,0384 0,5080 0,0684 .0,9049 0,2016 2,6673 0,480 6,351

0,4 0,0624 0,8255 0,1044 1,3812 0,2736 3,6199 0,600 7,938

0,6 0,0864 1,1431 0,1404 1,8575 0,3456 4,5725 0,720 9,526

0,8 0,1104 1,4606 0,1764 2,3338 0,4176 5,5151" 0,840 11,113

1,0 0,1344 1,7780 0,2124 2,8101 0,4896 6,4777 0,960 12,701

1,2 0,1584 2,0950 0,2484 3,2864 0,5616 7,4303 1,080 14,289

Разработана методика рационального раскроя оболочек регулятороо. Она целесообразна для определения формы разверток оболочек, обладающих минимальным количеством швов, минимальной площадью с допускаемыми углами перекоса нитей основы и утка. Методика обладает универсальностью и при известной форме оболочек в напряженно-деформированном состоянии позволяет определить раскройные параметры для большинства конструкций регуляторов из полимерных материалов.

7 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Производственные испытания получения всходоз риса из-под слоя воды проводились на полях отделения N2 2 АО "Черноерковское" Славянского района Краснодарского края.

Целью производственных испытаний являлось уточнение нормы высева семян, обработанных пероксидом кальция, продолжительности действия оболочки вокруг семени, подсчет густоты стояния растений риса и других элементов структуры урожая, получение экологически чистого риса за счет снижеьия пестицидной нагрузки при возделывании риса.

Повторность опытов по вариантам четырехкратная. Делянки шириной 50 м и длиной 200 м располагались перпендикулярно к дренажно-сбросному каналу. Семена обрабатывались пероксидом кальция, выпускаемым Новочебоксарским объединением "Химпром", Чувашской республики. Этот препарат содержит 66 % действующего вещества (Са02). Обработку семян риса проводили автобетоносмесителем на шасси автомобиля КАМАЗ. Загрузка семян в смеситель (масса семян 2 тонны) производилась ковшовым погрузчиком во время вращения емкости автобетоносмесителя. К семенам в смеситель до-

бавляли пленкообразователь (4 % № КМЦ) из расчета 70 литров пленкообра-зователя на 1000 кг семян риса. Через 10 минут загруженные семена покрываются равномерным слоем пленкообразователя. Не останавливая вращения смесителя, добавляли порошкооборазный пероксид кальция (Са02) из расчета 1 часть на 5 частей семян, который прикатывался к семенам за счет перемешивания и движения семян по различным траекториям внутри смесителя. Через 10 минут после загрузки пероксида кальция семена считаются обработанными. Семена сушили в ворохе в естественных условиях без применения вентиляции.,Через 10 - 12 часов после обработки семена высевали сеялкой СЗ-3,6. Способ посева диагонально-перекрестный. Норма высева 230 кг/га, сорт Спальчик. Режим орошения риса - постоянное затопление.

Фенологические наблюдения, определение густоты стояния растений риса по всходам и перед уборкой, учет засоренности посевов выполнялись по методикам, принятым в Госсортсети.

Учет урожая проводился при прямом комбайнировании с учетных делянок. В табл.4 приведены основные элементы структуры урожая, которые показывают, что повышение урожайности капьпированных семян достигается за счет выживаемости растений и сохранения оптимальной густоты растений.

Основная задача производственных исследований авторегуляторов заключалась в подтверждении теоретических и лабораторных исследований, расчетных зависимостей, а также работоспособности комплекса технических средств регулирования.

Целью выполненных исследований являлась проверка облегченных авторегуляторов в производственных условиях на соответствие назначению и

определение фактических показателей надежности.

Таблица 4

Элементы структуры урожая при различных способах возделывания '•риса (сорт Спальчик)

- Количест- Число

во расте- - Количество Длина зерен

Вариант ний в побегов, шт. метелки, см пол-

опыта фазе 3х продук- - ных,

листьев ' общих товных главной боковой шт.

Семена об-

работаны 192 •2,2- 2,0 13,6 12,7 197

' СаОг • % -

Контроль 138 2,4 2,1 13,9 12,7. 189

Продолжение табл.4

Число Масса Масса

Высота зерен зерна с соломы Масса Пусто-

Вариант растений пустых одного с одного 1000 зер-

опыта при убор- шт расте- расте- зерен, г ность,

ке, м ния, г ния, г %

Семена об-

работаны 0,682 27,1 4.8 3,7 14.3 12,1

Са02 -

Контроль 0,677 27,3 4,9 3,8 14,3 12,6

Методика эксплуатационных испытаний разработана в соответствии с требованиями ОСТ 33-26-80 "Система приборов и средств автоматизации мелиоративного назначения. Общие технические требования" и проекта ОСТ "Регуляторы для рисовых оросительных систем. Общие технические условия".

Показатели надежности для регуляторов РК определены при внедрении регуляторов в АОЗТ "Славянское". Внедрение осуществлялось по плану внедрения новой техники Минводхоза СССР в течение 1986 - 91 годов: в 1986 г. -30 регуляторов на площади 182 га; в 1987 и 1988 годах - по 41 регулятору на площади 241 га ежегодно, в 1989, 1990 и 1991 годах -по 30 регуляторов на площади 182 га ежегодно.

Контрольные испытания на безотказность проводились одноступенчатым методом_ с ограниченной продолжительностью испытаний.

По техническими условиям, на авторегулятор РК приемочное значение вероятности безотказной работы Ра(юоО) =0,85, браковочное значение вероятности безотказной работы Рро ооо) =0,80, при риске изготовителя а=0,2 и

риске потребителя р=0,2.

Предельная продолжительность испытаний с учетом технологии выращивания риса составляет. 2600 ч. Расчет величин приемочного и браковочного значений вероятностей безотказной работы за предельную продолжительность испытаний выполнен по формулам:

Ра(2600)=е1000

—ЬРС РР(2600) =еЮ00

¿•пРаОООО)

а(ЮОО)

По каяздой выборке определена точечная оценка вероятности безотказной работы. Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Таблица 5

Результаты контрольных испытаний на безотказность

Показатели 1986 г 1987 г 1988 г 1989 г 1990 г 1991 г

Количество регуляторов 30 41 41 30 30 30

Количество отказов, с1 4 8 7 5 3 5

ра(2600) 0,655

%2600) 0,560

Приемочное число отказов, С 11 15 15 11 11 11

а р(2600) =1-- 4 ' т 0,866 0,804 0,829 0,833 0,900 0,833

Причины потери работоспособности оболочки можно подразделить на технологические и износные. Технологические обусловлены отступлением от технологии изготовления и выявляются при контрольных осмотрах в период монтажа или в первые часы работы регулятора. Устраняются дополнительной герметизацией оболочки.

Износные отказы наблюдаются при разгерметизации оболочки, вследствие истирания соединительных швов или материала оболочки о стенки водовыпускной трубы. В общем виде износ выражается зависимостью

И = Г(М, В, Н, С) <И , (29)

где М - характеристика изнашиваемого материала;

В - характер взаимодействия трущихся поверхностей (вид трения, форма контакта, чистота поверхности);

Н - внешние нагрузки (давление, скорость перемещения и т.д.);

С - характеристика рабочей среды;

I - время, в течение которого совершается процесс трения и износа.

Для повышения надежности регуляторов, на основании результатов проведенных нами исследований, предложено:

а) изменить форму клапана и место крепления импульсной трубки, что уменьшает внешние нагрузки на оболочку (параметр Н) и площадь контакта (параметр В);

б) изменить форму, ориентацию ткани и место установки оболочки, что изменяет характер взаимодействия трущихся поверхностей, форму и площадь контакта (параметр В), внешние нагрузки (параметр Н).

Внедрение наших предложений заводом изготовителем позволило довести вероятность безотказной работы авторегуляторов с эластичными рабочими органами (РК) до Р = 0,86.

Рекомендации по конструктивному изменению рабочего органа переданы на завод и приняты в производство.

Испытания сифонных регуляторов проводились на Петровско-Анастасиевской оросительной системе в совхозе "Славянский" Славянского района. Для проведения испытаний оборудованы узлы автоматизированных чековых водовыпусков сифонного типа № 2 и № 3 на системе Рх-5-1-1.

Для снятия расходных характеристик сифонных регуляторов в условиях рисовой системы на оросителях 0-9-1 и 0-10 построены гидрометрические

посты с фиксированными руслами. На водовыпусках из распределителя Рх-5-1-1 в оросители 0-9-1 и 0-10 установлены комбинированные регуляторы уровня нижнего бьефа, которые в процессе испытаний обеспечивали постоянство уровней в оросителях.

В задачу эксплуатационных испытаний входило обоснование выбора оптимальной конструкции сифонного регулятора. При этом приняты следующие параметры оптимизации: расход автоматизированного сооружения; зависимость расхода от гидравлического перепада уровней; требование к точности высотной привязки сифонного блока.

В результате оптимизации конструкции и последующих испытаний сифонных регуляторов в 1988-89 годах доработана конструкция блока сифонного и зарядного устройства. Качество регулирования соответствует техническим требованиям. Пропускная способность сифонного регулятора при гидравлических перепадах г =0,26...0,51 изменяется от 0,144 м3/с до 0,192 м3/с, что обеспечивает проведение первоначального затопления рисовых чеков форсированными расходами и возможность полива сопутствующих культур рисового севооборота. Результаты испытаний переданы на завод и приняты в производство.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Приведенный в диссертации анализ показал, что современные рисовые системы являются сложноорганизованными иерархическими системами. Для повышения их эффективности необходимо, в первую очередь, решить проблему автоматизации внутрихозяйственного звена, так как именно здесь из-за несовершенства режима орошения и средств регулирования, а также

дефицита кадров происходит потеря значительной части,урожая и оросительной воды, увеличивается себестоимость_риса. - 4 4

2. Между проешчым и фактическим режимами орошения' наблюдается существенная разница. Фактический -режим орошения не отражает научно-обоснованных рекомендаций по изменению слоя затопления в зависимости от фазы развития риса. ' -

¿.Обосновано применение для риса я качестве кислород выделяющего донора пероксида кальция, обеспечивающего наибольшую всхожесть семян-и 1 оптимальную густоту стояния растений. Наиболее приемлемым пленкообра-зователем при капсулировании семян риса является № КМЦ. Пленкообразо-ватели на основе синтетических смолке рекомендуются для капсулирования семян, так как задерживают всхожесть и угнетающе действуют! на 'проростки риса. Обоснована целесообразность' многослойного нанесения, пероксида кальция на семена риса. Разработана технология предпосевной обработки. Наименьшая травмированность семян и минимальная осыпаемость кислород 5 выделяющего донора при обработке в производственных условиях обеспечи-зается в автобетоносмесителе при скорости вращения барабана 0,3 об/с.

4.Получение всходов риса из-под слоя воды повышает урожайность на 10-12 %; обеспечивает оптимальную густоту стояния растений (190-200 яг./м2) при уменьшении нормы высева на 20-25% (190 кг/га); экономию ороси-■ельной воды на,12-15% (2700-3500 м3/га) и минеральных удобрений за счетг включения технологических сбросов; эффективную борьбу со зл&ковыми ' юрняками. - • <•• Т ■

5.Обоснован режим, орошения риса, основанный на постоянном уровне ,

воды в чеке от посева до восковой спелости, исключающий технологические сбросы оросительной воды, создающий предпосылки для автоматизация водораспределения во внутрихозяйственном звене рисовой системы.

6. Экспериментально получейные динамически характеристики рисовых чеков,- оросителей, участковых распределителей показывают, что для рассматриваемых объектов отношение то/Т0 изменяется от 0,03 до 0,38, что является основанием для их автоматизации авторегуляторами непрерывного регулирования и релейного типа. Анализ устойчивости систем автоматического, регулирования, выполненный с использованием критерия устойчивости

Михайлова-Найквиста, показал, что-системы устойчивы. Минимальный запас #

устойчивости.ло амплитуде Дк =2,8, по фазе - 29°. * >

7.Параметры регулирования авторегуляторами релейного типа соответствуют технологическим требованиям возделывания риса: коэффициент простоя чека К= 0,01, среднее врем'я. ожидания в системе 3,7 часа, точность поддержания уровня ДЬ =±о|о2 м- •

в.Способ автоматизации дренажно-сбросных каналов рисовой •системы, обеспечивает их работу от посева до кущения в режиме свободного оттока у от кущения до созревания - в подпоре. Изменение режима работы дренажно-сбросных каналов в процессе вегетации обеспечивает более активное проте кание окислительных процессов в почве, в начальные фазы вегетации риса I экономию оросительной воды.

Э.Комплекс технических средств автоматизации, включающий авторегу ляторы с эластичными рабочими органами и сифонные регуляторы отвечав технологическим требованиям водораспределения и полива на рисовых сис

-змах. С учетом комплекса требований (технических, технологических, эксплуатационных, экономических) к средствам автоматизации на основе метода экспертных оценок дан анализ разработанных регуляторов. Наиболее перспективными являются авторегуляторы с рукавными и коническими рабочим:'! органами из тканевых материалов.

Ю.Гидравлические исследования рабочих органов позволили оптимизировать параметры разработанных авторегуляторов. Получены научно-обоснованные зависимости для определения коэффициентов расхода рукавных, конических и щелевых рабочих органов. Выявлено влияние элементов конструкций на гидравлические параметры регуляторов. Разработана методика расчета авторегуляторов с рабочими органами из эластичных материалов, позволяющая, с учетом конструктивного исполнения, определять расходные характеристики регулирующих сооружений и точность поддержания уровней воды в регулируемых бьефах.

11.Научно обоснованы расчетные зависимости для определения кольцевых и меридиональных усилий и деформаций при больших и малых пере-

• * —

мещениях для рабочих органов рукавных, конических и щелевых регуляторов. Получены зависимости, обосновывающие выбор материала из условий прочности, технологии изготовления, длительности эксплуатации, условий работы. Экспериментальные исследования тканевых регуляторов позволили обосновать требования к физико-механическим пoкaзafeлям композиционных материалов и покрытий. \

12.Показатели надежности авторегуляторов с рабочими органами из тканевых материалов соответствуют требованиям технических условий: веро-

ятность безотказной, работы Р = 0,86, коэффициент готовности kr = 0,99. -

13. Опыт эксплуатации авторегуляторов для рисовых систем-позврлил внести изменения в конструкторскую документацию^ существенно улучшить технические показатели, уточнить методики расчета, разработать рекомендации по проектированию и эксплуатации и передать для практического использования в водохозяйственные организации по месту внедрения.

14.Внедрение комплекса мероприятий по автоматизации внутрихозяй-

\ ' ственного звена рисовых систем изменило структуру затрат на производство

риса: оросительная норма' риса уменьшилась на 21' %, затраты воды на произвОдство единицы продукции - на 30,5,%. Урожайность увеличилась на 21 %, производительность труда поливальщиков - на 160 %..

А

Основные положения диссертаций, опубликованы в следующих работах автора: . ■ v . '

, 1\Регулятор уровня нижнего, бьефа: А.с/901998. - Опубл. в.Б.И. 1982, №4(В соавт.). " " -

2.Регулятор уровня нижнего бьефа: A.c. 917177. - Опубл. в Б.И. 1982, № 12 (В соавт.).

3. Регулятор уровня в бьефах' гидротехнических сооружений: A.c. 920649.-Опубл. в Б.И 1982, №14 (Всоавт.). " "

. 4.Регулятор уровня нижнего бьефа: A.c. 928309. - Опубл. в Б.И. 1982, Na18.

5.Регулятор уровня нижнего бьефа: A.c. $59042. - Опубл. в Б.И. 1982, N234. . ■

- б.Затвор; A.c. 960361. -Опубл. в Б.И. 1982, №'135 (Всоавт.).

7.Регулятор уровня жидкости в бьефах; A.c. 962868. - Опубл. в Б.И. 1982, № 36 (В соавт.).

в.Техника поддержания слоя воды на рисовом поле авторегуляторами релейного типа // Луги рационального использования рисовых оросительных систем: Сб. ст. / НИМИ. Новочеркасск, 1982. - с. 121-124. (В соавт.).

Э.Некоторые вопросы конструирования и расчета чековых регулятор-ров уровня // Научные основы индустриальной технологии возделывания риса на Кубани: Тр./КСХИ. Вып. 224. - Краснодар, 1983, -С. 137-144.

10.К расчету чекового облегченного авторегулятора II Научные основы индустриальной технологии возделывания риса на Кубани: Тр./ КСХИ. Вып. 237(265). - Краснодар, 1984. - С. 137 -140. (В соавт.).

11. Гидравлические исследования ленточного датчика уровня нижнего бьефа // Системы капельного и внутрикапельного орошения: Тр./ КСХИ. Вып. 144(272). - Краснодар, -1984. - С. 83 - 87.

12. Автрматизация низового звена рисовой оросительной системы // Прогрессивная технология полива сельскохозяйственных культур: Сб. ст./ НИМИ. Новочеркасск, 1984. - с. 135 -141. (В соавт.). .

13.; Внедрение гидроавтоматики на рисовых оросительных системах // Гидротехника и мелиорация. М.: 1984, №4. - с. 36 - 39. (В соавт.).

14.Регулятор уровня нижнего бьефа: A.c. 1170434. - Опубл. в Б.И. 1985, № 28. (В соавт.).

15.Исследование пропускной способности рабочего органа авторегулятора РУР //Совершенствование конструкций гидротехнических сооружений: Тр. / КСХИ, Вып. 250(278). - Краснодар, 1985. - С. 26 - 33.

16. Исследование облегченных авторегуляторов для рисовых систем // Научные основы индустриальной технологии возделывания риса на Кубани: Тр. / КСХИ. Вып. 253(281 ). - Краснодар. 1985. - С. 112 -116. (В соавт.).

17.Рисовая оросительная система: A.c. 1242058. - Опубл. в Б.И. 1986, Nfl 25. (В соавт.).

^.Производственные испытания авторегуляторов с эластичными рабочими органами II Научные основы индустриальной технологам выращивания риса на Кубани: Тр. / КСХИ. Вып. 266(294). - Краснодар, 1986. - С. 94 - 99. (В соавт.).

19.Чековый водовыпуск: A.c. 1298304. - Опубл. в Е.И. 1987, № 11 (В соавт.).

20.Исследование статических характеристик регулятора с коническим запорно-регужрующим органом // Гидротехнические сооружен, 'мелиоративных систем: Тр. / КСХИ. Вып. 274(302). - Краснодар, 1987. - С. 90 -94.

21.Регулятор уровня в бьефах гидротехнических сооружений: A.c.

. 1363149. - Опубл. в Б.И. 1987, № 48. (В соавт.).

22.Регулятор уровня в бьефа* гидротехнических сооружений: A.c. 1416949. - Опубл. в Б.И. 1988, № 30. (В соавт.).

23. Внедрение чековых регуляторов на рисовых системах // Научные основы индустриальной технологии возделывания риса на Кубани: Тр. /КСХИ. Вып. 279(307). - Краснодар, 1988. - С. 95 -103. (В соавт.).

24.Трубчатый водовыпуск: A.c. 1513081. - Опубл. в Б.И. 1989, № 37. (В соавт.).

' ' 25.Автоматизированный чековый водовыпуск: A.c. 1562405. - Опубл.

вБ.И. 1990, №17. (Всоавт.).

26.Рекомендации по расчету, проектированию и эксплуатации регуляторов уровня воды рукавного типа (РУР - 300 и РУРО - 600). Краснодар, Агропромполиграфист, 1991. -12 с. (В соавт.).

27.Рекомендации по расчету, проектированию и эксплуатации чекового регулятора РК: Краснодар, Агропромполиграфист, 1991. -19 с. (В соавт.).

28.0сновы расчета тканевых оболочек гидротехнических сооружений: Учебное пособие/ КГАУ - Краснодар, 1994. -105 с. (В соавт.).

29.Тканевые регуляторы рисовых оросительных систем: Учебное посо-5ие/ КГАУ - Краснодар, 1994. - 68 с. (В соавт.).

30.Рекомендации по эксплуатации сифонного регулятора для рисовых ■(еков: Краснодар, Агропромполиграфист, 1995. -18 с. (В соавт.).

31.Рекомендации по возделыванию риса без применения гербицидов: <раснодар, Агропромполиграфист, 1995. - 21 с. (В соавт.).

32.Тканевые регуляторы рисовых оросительных систем. КГАУ - Красно-;ар, 1995. - 94 с.

33.Авторегуляторы для рисовых оросительных систем. КГАУ - Краснодар, 1986..- 52 с.

34.Прогнозирование перспективности авторегуляторов для рисовых 1еков //Актуальные вопросы водной мелиорации на Кубани: Тр./ КГАУ. !ып. 362(380). - Краснодар. 1996. - С. 121 -126.

35.0пределение рациональной конструкции рабочего органа авторегу-ятора // Актуальные вопросы водной мелиорации на Кубани: Тр./ КГАУ. ып. 362(380). - Краснодар, 1996. - С. 126 -134.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора технических наук, Свистунов, Юрий Анатольевич, Краснодар



Vf Я S?

Ks-к-л

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Свистунов Юрий Анатольевич

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗВЕНА РИСОВЫХ СИСТЕМ

Специальность 06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант доктор технических наук, профессор В.А. Волосухин

Краснодар, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1 СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ОРОШЕНИИ РИСА И КОНСТРУКЦИЯХ РИСОВЫХ СИСТЕМ 12 1.10сновные сведения о рисе и рисовой системе 12

. 1 ^Характеристика и особенности внутрихозяйственного звена рисовой оросительной системы 23

1.3 Анализ способов и технических средств автоматизации рисовых систем 34

1.4. Цели и задачи разработок и исследований 56

2 ОПТИМИЗАЦИЯ И ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ВОДНОГО РЕЖИМА РИСОВЫХ ЧЕКОВ 59 2.1 Исполнение проектного режима орошения 59 2.2. Способ получения всходов риса из под слоя воды 67

2.2.1 Методика проведения исследований 67

2.2.2 Результаты исследований 69 2.3 Режим орошения риса 79

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗВЕНА РИСОВЫХ СИСТЕМ 83

3.1 Структура системы водораспределения 83

3.2 Устойчивость систем автоматического регулирования 87 уровней воды

3.3 Технологические особенности регулирования уровней воды авторегуляторами непрерывного регулирования 91

3.4 Технологические особенности регулирования уровней воды авторегуляторами релейного типа 100

3.5 Способ автоматизации внутрихозяйственного звена рисовой системы 122

4 КОНСТРУИРОВАНИЕ АВТОРЕГУЛЯТОРОВ ДЛЯ РИСОВЫХ 136 СИСТЕМ

4.1. Методика решения конструкторско-изобретательских задач 136

4.2. Облегченные авторегуляторы 139

4.3. Сифонный регулятор для рисовых систем 154

4.4. Прогнозирование перспективности разработанных авторегуляторов 162

5 ОПТИИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ АВТОРЕГУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ 171 ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1 Состав, методика и аппаратура исследований 171

5.2 Гидравлические исследования по выявлению рациональной конструкции эластичного запорно-регулирующего органа 177

5.3 Исследования запорно-регулирующего органа авторегулятора РК 183

5.4 Исследования запорно-регулирующего органа авторегулятора РУР-200 201

5.5 Гидравлические исследования ленточного клапана

датчика уровня 211

6 ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

ТКАНЕВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ 218

6.1 Конструкционные материалы, применяемые для регуляторов 220

6.1.1 Методика проведения экспериментальных исследований 223

6.1. 2 Результаты экспериментальных исследований 224

6.2. Модели физико-механических свойств тканевых материалов 228

6.3 Расчет конических рабочих органов регуляторов 237

6.4 Расчет оболочек рукавных и щелевых регуляторов 256

6.5 Методика рационального раскроя оболочек регуляторов 259

6.6 Физические модели материала регулятора 264

6.7 Методика определение напряжений, возникающих в материале регулятора и формы поверхности в

деформированном состоянии 268

7 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ 275

7.1 Получение всходов риса из-под слоя воды 275

7.1.1 Описание объекта, состав исследований 275

7.1.2 Результаты исследований 277

7.2 Исследование надежности работы облегченных регуляторов 280

7.2.1 Описание объекта, состав производственных исследований 280

7.2.2 Обоснование уровня вероятности безотказной работы и расчет плана исследований 282

7.2.3 Результаты исследований 297

7.2.4. Исследование точности поддержания уровней воды в чеках 302

7.2.5. Исследование работоспособности системы автоматизации дренажно-сбросной сети 304

7.3 Проверка работоспособности сифонных регуляторов для 309 рисовых систем

7.3.1 Место проведения испытаний 309

7.3.2 Методика проведения испытаний 312

7.3.3 Результаты испытаний сифонного регулятора 315

7.4 Экономическая эффективность разработок 321 ВЫВОДЫ 330 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 334 ПРИЛОЖЕНИЯ 370

ВВЕДЕНИЕ

Из основных жизненно необходимых продуктов питания только рис находится в постоянном дефиците, причем, по данным ЮНЕСКО, этот дефицит ежегодно увеличивается на 3 % в связи с активным ростом населения в странах Юго-Восточной Азии и Африки. Несмотря на избыток рабочей силы и пустующих земель в этих странах, проблема дефицита не решается по причине исчерпания водных ресурсов. Поэтому экономное и рациональное использование речных вод является одной из главных задач стран, расположенных в зонах недостаточного или неустойчивого увлажнения. Для рисоводства нашей страны это актуально вдвойне, так как без воды урожай риса получить невозможно.

Одним из возможных путей успешного решения обозначенной проблемы является автоматизация орошения риса. Она позволит избежать или, по крайней мере, снизить до минимума аварийно-транзитные сбросы оросительной воды, добиться строгого соблюдения научно обоснованного водного режима рисовых чеков и тем самым повысить урожай риса и уменьшить затраты труда на поливе, которые в структуре себестоимости риса в настоящее время составляют 15-20 %. Все вместе взятое позволит в экономике рисоводческих хозяйств добиться прибыли, обеспечивающей рентабельность производства не менее 15-20 %, при которой хозяйства имеют возможность поддерживать инженерную рисовую систему в надлежащем техническом состоянии, выполнять в полном объеме и на высоком агромелиоративном уровне элементы зональных технологий возделывания риса, развивать производственную и

социальную инфраструктуру.

Решением проблемы автоматизации орошения риса в Российской Федерации занимаются давно (около 30 лет). За это время создано более 300 автоматических устройств и способов, но практического применения на рисовых полях страны они так и не нашли. Главными причинами являются:

отсутствие теоретических основ автоматизации рисовых систем, включающих методику конструирования и гидравлических испытаний гидроавтоматов, а также расчетов на надежность и эффективность;

сложность конструкций, их высокая стоимость и недостаточная надежность;

сложность водного режима рисовых чеков.

Целью настоящей работы является разработка технологических основ автоматического регулирования водораспределения и полива во внутрихозяйственном звене рисовых систем, совершенствование режима орошения риса за счет сокращения количества изменений слоя воды на рисовом поле, разработка и исследование технологических схем и средств автоматизации, обеспечивающих необходимое качество регулирования, высокую надежность.

В соответствии с целями работы, в задачи исследований входило: 1. Разработать технологию предпосевной обработки семян риса и усовершенствовать режим орошения с целью подавления злаковых сорняков слоем воды без применения гербицидов, увеличения урожайности за счет густоты стояния растений, при уменьшении нормы высева и сокращении непроизводительных сбросов воды в период вегетации риса.

2. Разработать способ автоматизации внутрихозяйственного звена рисовой системы, отвечающий особенностям культуры.

3. Разработать конструкции авторегуляторов для трубчатых сооружений рисовых систем.

4. Выполнить гидравлические и статические исследования рабочих органов, определить конструктивные элементы, влияющие на изменение настроечных параметров. Разработать методику расчета.

5. Апробировать в производственных условиях авторегуляторы. С учетом организации обслуживания автоматизированного участка обосновать уровень надежности. Исследовать качество регулирования, работоспособность и надежность авторегуляторов для рисовых систем.

Методы исследований. Работа выполнена путем проведения комплексных теоретических, лабораторных и натурных исследований в течение 1981 -98 гг. Основная часть поставленных задач решалась аналитическими методами и моделированием процессов на ПЭВМ.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием теории планирования экспериментов на моделях различных масштабов. Гидравлические исследования проводились на аттестованном региональной метрологической службой оборудовании, количество измерений и их численные значения оценивались с использованием теории ошибок, анализ функций отклика и регрессионных зависимостей осуществлялся с помощью статистических методов, обработка результатов экспериментальных исследований выполнялась с применением методов дисперсионного и регрессионного анализов. Результаты численных экспериментов со-

9 >

поставлялись с данными лабораторных и натурных исследований. Производственные испытания проводились в рисосеющих хозяйствах Краснодарского края.

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в том, что в ней впервые применен комплексный эколого- и социальноэкономический подход к решению задач, на основании которого получены количественные зависимости эффективности производства риса от методов и новых технических средств по управлению водным режимом рисовых чеков.

На защиту выносятся положения, отраженные в следующих конечных результатах исследований:

способ получения всходов риса из-под слоя воды; технологические схемы водорапределения на рисовых системах, обеспечивающие оптимальные условия для выращивания риса;

комплекс технических средств автоматизации водораспределения на рисовых системах с использованием новых конструкционных материалов; прикладные методы расчета регуляторов для рисовых систем. Новизну конструктивных решений по результатам исследований диссертационной работы подтверждают 18 авторских свидетельств на изобретения. Практическая значимость заключается:

в обосновании и разработке способа получения всходов риса из-под слоя воды, направленного на повышение урожайности и снижение трудозатрат за счет широкого использования средств гидравлической автоматизации водораспределения и полива;

в расчетном обосновании регулирования процессами водораспределе-

ния во внутрихохяйственном звене рисовых системах;

в разработке комплекса высокоэффективных и надежных средств автоматизации;

в повышении производительности труда и улучшении условий работы эксплуатационного персонала на рисовых системах.

Ценность для науки и практики, полученных в диссертации результатов исследований подтверждается их использованием в народном хозяйстве.

Личный вклад автора. Результаты научных разработок, изложенные в работах автора, получены на основе разработанных им программ и методик исследований. Автору принадлежит идея и основные решающие приемы, направленные на совершенствование технологии водораспределения и полива, повышение надежности работы внутрихозяйственного звена рисовых систем. Во всех комплексных научных разработках по теме диссертации автор являлся научным руководителем или ответственным исполнителем.

Внедрение результатов исследований осуществлялось автором: по способу получения всходов риса из-под слоя воды совместно с Г.И. Третьяковым; по авторегуляторам рисовых систем совместно с В.А. Волосухиным, A.A. Бы-стровым, Е.А. Быстровой. Участие соавторов по внедрению отражено в актах по внедрению результатов НИР.

Реализация результатов работы. Внедрение результатов исследований автора диссертации осуществлено на площади более 40 тыс. га рисовых систем и подробно отражено в актах, составленных в соответствии с установленной формой. Разработки неоднократно включались в планы внедрения новой техники Минводхоза СССР в 1984 - 88 гг. Созданные и исследо-

ванные нами автоматические регуляторы для рисовых чеков с коническими и рукавными рабочими органами приняты межведомственными комиссиями и рекомендованы к серийному производству. Заводом ОЭЗ "Водавтоматика" освоен серийный выпуск регуляторов.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы из 342 наименований и 10 приложений. Работа изложена на 369 с. машинописного текста, включая 68 рисунков и 52 таблицы.

1 СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ОРОШЕНИИ РИСА И КОНСТРУКЦИЯХ РИСОВЫХ СИСТЕМ

1.1 Основные сведения о рисе и рисовой системе

Способы возделывания риса в мировой практике весьма разнообразны. У народов различных стран они складывались исторически и связаны с многовековым опытом и традициями населения, с природными условиями, уровнем развития сельскохозяйственной техники. Несмотря на огромное разнообразие уровней технологии возделывания риса, рис остается наиболее продуктивным злаком планеты [10,11, 24, 30, 31, 54, 93, 139, 207].

Основным агротехническим приёмом, распространённым в районах нового рисосеяния, является посев семян непосредственно на место, то есть выращивание риса без пересадки. Этот способ выращивания господствует в Соединённых Штатах Америки, России и в ряде стран Западной Европы [9]. Рис здесь возделывается исключительно с искусственным орошением [55, 92, 106, 111, 137, 162], путём затопления поля слоем воды. Управление водой целиком находится в руках человека. Среди создателей научного отечественного рисоводства в первую очередь следует отметить П.А. Витте, Б.А. Шумакова, Г.Г. Гущина, П.С. Ерыгина, В.Б. Зайцева, Н.Б. Натальина. Вопросам значительного повышения продуктивности риса на основе расширения представления о культуре растения, совершенствованию технологии производства, хранения и переработки зерна риса посвятили свои исследования многие ученые. Среди них такие известные специалисты как Е.П. Алешин, А.И. Ап-

род, В.Д. Агарков, М.А. Андрюшин, Ф.А. Бараев, Е.Б. Величко, Г.В. Воропаев, А.П. Джулай, М. Жалбасбаев, И.С. Жовтоног, Н.П. Красноок, И.П. Кружилин, Е.В. Кузнецов, Б.А. Неунылов, В А. Попов, А.Г. Pay, Г.А. Романенко, A.B. Сер-бинов, А.П. Сметанин, Г.И. Усатенко, З.Ф. Тулякова, П.Д. Чаус, Ю.Г. Шабель-ников, К.П. Шумакова.

Высокий уровень агротехники на рисовых полях - наиболее надёжное условие поддержания их в чистом от сорняков состоянии. Однако не всегда агротехническими приёмами удаётся освободиться от засорителей рисовых полей [3]. За последние 20-25 лет наблюдается всё возрастающее внесение на рисовые поля пестицидов. При неправильном их использовании в сбросных водах могут содержаться повышенные концентрации аммония, нитратов, хлорорганики, остатков гербицидов [11]. Правильное использование химических веществ в рисоводстве обеспечивает полное разложение остатков пестицидов, поглощение остатков минеральных удобрений почвой и растениями [4]. Применительно к гербицидам это означает тщательное соблюдение мер [209,215], не допускающих распространения неразложившихся остатков гербицидов со сбросными водами.

Обеспечение благоприятных условий для роста и развития риса, снижения засоренности его посевов осуществляется в севооборотах [82, 99, 162, 194, 211, 230]. Лучшими предшественниками для риса являются многолетние бобовые травы [20, 55, 82, 210, 280]. Они лучше других выдерживают повышенное увлажнение почвы, оструктуривают её, способствуя активному окислению пахотного слоя, обогащению почвы азотом. Бобовые травы дают наиболее полноценные корма, обогащают почву органическим веществом. Высо-

кие урожаи многолетних бобовых в рисовых севооборотах создают условия для получения высоких урожаев риса.

Критериями предельно допустимого насыщения посевами риса рисового севооборота являются максимальная урожайность риса, приходящаяся на 1 га рисового севооборота и минимальное количество сорной, в первую очередь, болотной растительности. В восьмипольной схеме севооборота, разработанной учеными ВНИИриса [194, 210, 211, 214], при химических методах борьбы с сорняками степень насыщения рисом составляет 62,5 %. Для улучшения плодородия почвы на полях с двухлетними, трехлетними посевами риса по рису рекомендуется выращивание промежуточных культур. При выращивании риса без применения пестицидов в восьмипольном севообороте под рис занимают 50 % пашни, сопутствующими культурами 25 % и паровыми полями 25 %. Здесь также целесообразно уплотнение рисовых полей промежуточными культурами. Восьмипольные севообороты с многолетними травами и паровым полем вошли в систему земледелия в Краснодарском крае. Они применяются в большинстве рисосеющих хозяйств. Кроме восьмипольных, в отдельных хозяйствах, фрагментально, занимая небольшую часть площадей, применяются трех-, четырех- и шестипольные севообороты.

Обязательным компонентом рисового севооборота, предложенного В.П. Амелиным [21, 230], является мелиоративное поле, в котором сочетаются эксплуатационная планировка чеков, очистка каналов и ремонт гидротехнических сооружений с возделыванием одноукосных кормовых злаково-бобовых травосмесей. На мелиоративном поле обеспечивается сочетание мелиоративных приемов повышения урожайности с фитомелиоративными.

Эта схема не вошла в зональную систему рисоводства, так как в рисоводческих хозяйствах нет мелиоративных отрядов для капитального ремонта рисовых полей, без чего, в нынешних условиях, введение агромелиоратив