ДОЖДЕВАЛЬНЫЙ АППАРАТ
SPRINKLER APPARATUS

Изобретение относится к области механизации орошения сельскохозяйственных культур и может быть использовано в дождевальной технике, в частности тогда, когда требуется применение малорасходных дождевальных аппаратов, образующих низкоинтенсивный искусственный дождь с мелкими каплями.
Известен дождевальный аппарат №1 ДМ Фрегат, содержащий корпус со штоком и струеобразующей насадкой, подпружиненное коромысло с реактивной лопаткой, шайбы (кольца скольжения), подпружиненный винт рассекатель и втулку [Справочник оператора «Фрегата» и «Волжанки». / Под ред. Г.М. Поповой и Н.М. Щербаковой. М: «Колос», 1976, с. 42.
Справочник по механизации орошения. /Под ред. Б.Г. Штепы. - М.: «Колос», 1979, с. 115].
Недостатками этого дождевального аппарата являются сложность конструкции, высокая материалоемкость и неработоспособность при низких давлениях в диапазоне (0,02…0,08) МПа, что приводит к ограничению его применимости для полива малых участков с малоинтенсивным дождем.
Наиболее близким техническим решением является дождевальный аппарат, включающий установленный на подводящем трубопроводе поворотный корпус со струеобразующим каналом и упором, имеющим косой срез для взаимодействия с таким же упором реактивного привода. В этом дождевальном аппарате корпус выше струеобразующего канала выполнен в виде вертикального штока и снабжен жестко закрепленным на его конце консольным плечом, а реактивный привод выполнен в виде лопатки, установленной на штоке шарнирно с двумя ступенями свободы и снабженной со стороны струеобразующего канала лопастями, при этом упор корпуса размещен на консольном плече, а упор реактивного привода - на обратной относительно струеобразующего канала стороне лопатки, кроме того крепление консольного плеча на штоке выполнено с возможностью изменения его положения в плане относительно оси струеобразующего канала [ПАТЕНТ №2087095, кл. A01G 25/02 В05В 3/06 от 20.08.97. Бюл. №23 (прототип)].
Недостатками этого дождевального аппарата являются невысокая надежность и работоспособность в узком диапазоне изменения рабочего давления из-за фиксированной жесткой установки консоли с упором на штоке. Для эффективной работы дождевального аппарата при больших давлениях необходимо установить консоль с упором на штоке на максимальной высоте, что приводит к неработоспособности при малых давлениях. Для обеспечения работоспособности при малых давлениях необходимо установить консоль с упором на минимальной высоте, что приводит к ухудшению качества дождя и ее распределения по радиусу действия при больших давлениях. Жесткая фиксация консоли с упором на штоке не позволяет обеспечить работоспособность дождевального аппарата в большом диапазоне изменения рабочего давления от 0,02…0,15 МПа, что приводит к ограничению его применимости для полива малых участков с малоинтенсивным дождем. Ограничение осевого перемещения корпуса в накидной гайке посредством выступа в корпусе наверху и жестко посаженный на корпус втулкой снизу приводит к снижению надежности аппарата, так как при работе аппарата втулка постоянно испытывает нагрузки, со временем расслабляется и происходит осевое перемещение, что приводит к параметрическому отказу и снижению надежности. Раздельное изготовление корпуса и втулки и их последовательное жесткое закрепление между собой при сборке аппарата создает возможность нарушения соосности, что не обеспечивает их должное взаимодействие и приводит к утечке воды через кольца скольжения.
Целью настоящего изобретения являются повышение надежности работы дождевального аппарата и расширение его диапазона изменения рабочего давления путем установки консоли с упором на штоке с возможностью осевого перемещения и выполнения верхней части (шток) поворотного корпуса из нержавеющей стали, а нижней части из пластика с неподвижным упорным буртиком и кольцевой выточкой.
Поставленная цель достигается тем, что в дождевальныом аппарате, включающем поворотный корпус со струеобразующим каналом, консоль с упором, имеющим косой срез, накидную гайку и реактивную лопатку с направляющим, лопастями снизу и упором с косым срезом сверху для взаимодействия с упором консоли, корпус выполнен из двух частей, жестко закрепленных между собой, причем верхняя часть выполнена в виде штока из нержавеющей стали, а нижняя часть выполнена из пластика с неподвижным упорным буртиком внизу и кольцевой выточкой для ограничительного резинового кольца наверху, консоль с упором установлена на штоке с возможностью осевого перемещения, высота направляющей реактивной лопатки выполнена меньше суммы высот упоров на лопатке и консоли, а ее внутренний диаметр выполнен размером (1,10-1,15) d, где d - диаметра штока.
Сущность предлагаемого изобретения приведена на рисунках, где на Фиг. 1 - Общий вид дождевального аппарата на стойке; на Фиг. 2 - Общий вид дождевального аппарата на стойке в разрезе; на Фиг. 3 - Реактивная лопатка с лопастями (вид снизу); на Фиг. 4 - Конструктивная схема корпуса в разрезе; на Фиг. 5 - Взаимное расположение консоли и оси струеобразующего канала в корпусе; на Фиг. 6, 7 и 8 - Рабочие моменты дождевального аппарата; на Фиг. 9 и 10 - положение лопатки в момент и после удара об консоль; и на Фиг. 11 - Фото дождевального аппарата.
1
2
Дождевальный аппарат состоит из накидной гайки 1, поворотного корпуса 2, реактивной лопатки 3 и консоли 4 (Фиг. 1). Поворотный корпус 2 выполнен из двух частей, верхняя 5 и нижняя 6. Верхняя часть 5 выполнена в виде штока 7 из нержавеющей стали с прорезом 8 у нижнего конца, а нижняя часть 6 выполнена из пластика с упорным буртиком 9 внизу, кольцевой выточкой 10 наверху, водопроводящим 11 и струеобразующим 12 с углом наклона оси «α» к плоскости перпендикулярной оси поворотного корпуса 2 (Фиг. 6) каналами внутри. Верхняя 5 и нижняя 6 части жестко закреплены между собой благодаря прорезу 8 и совместного изготовления нижней части 6 из пластика путем горячего прессования со штоком 7(Фиг. 4). Поворотный корпус 2 установлен в накидной гайке 1 с возможностью осевого перемещения и вращения. Осевое перемещение корпуса 2 в накидной гайке 1 ограничивается упорным буртиком 9 с кольцами скольжения 13 снизу и ограничительным резиновым кольцом 14, установленным в выточке 10 (Фиг. 2, 4 и 11). Реактивная лопатка 3 снизу имеет маленькие и большие лопасти 15 (Фиг. 3), а сверху упор 16 с косым срезом (Фиг. 7) высотой H и направляющий 17 с высотой Н (Фиг. 1) и внутренним диаметром 18, выполненным размером (1,10-1,15) d, где d - диаметр штока 7 (Фиг. 2). Консоль 4 имеет упор 19 с косым срезом (Фиг. 8) высотой Н (Фиг. 1) и жестко посажена на шток 7 с возможностью осевого перемещения и изменения положения в плане по отношению оси струеобразующего канала 12 на угол β (Фиг. 5, 9 и 10).
Для обеспечения работоспособности дождевального аппарата необходимо соблюдать следующие условия:
1
2
1. H<H+H
2.
где: Н - высота направляющей 17 реактивной лопатки 3, мм;
1
H - высота упора 16, мм;
2
Н - высота упора 19, мм;
3
Н - высота между верхней гранью направляющей 17 и нижней гранью консоли 4, мм;
4
Н - высота между нижней гранью реактивной лопатки 3 и точкой пересечения оси струеобразующего канала 12 и оси поворотного корпуса 2;
L - длина реактивной лопатки 3, мм;
α - угол наклона оси струеобразующего канала 12 к плоскости перпендикулярной оси поворотного корпуса 2.
Дождевальный аппарат (Фиг. 1 и 11) работает следующим образом.
Вода из напорного трубопровода через стояк поступает в полость накидной гайки 1, прижимает поворотный корпус 2 к ней посредством упорного буртика 9 и колец скольжения 13 и далее через водопроводящий 11 и струеобразующий 12 каналы в нижней части 6 поворотного корпуса 2 выбрасывается на орошаемую площадь в виде дождя (Фиг. 2 и 4). При этом струя, выходящая из струеобразующего канала 12, воздействуя на маленькие и большие лопасти 15 приводит реактивную лопатку 3 (Фиг. 3) с любого положения во вращательное движение против часовой стрелке и осевое перемещение вверх по штоку 7 в верхней части 5 (Фиг. 6). В верхнем положении реактивной лопатки 3 маленькие лопасти 15 выходят из взаимодействия со струей (Фиг. 7) и обеспечивают максимальную дальность действия струи, а большие лопасти 15, оставаясь постоянно во взаимодействии со струей, обеспечивают непрерывное вращение реактивной лопатки 3. При этом лопатка 3 упором 16 с косым срезом, благодаря условиям 1, 2 периодически ударяет об упор 19 с косым срезом консоли 4, жестко закрепленной на штоке 7(Фиг. 8), и поворачивает поворотный корпус 2 со струеобразующим каналом 12 на определенный угол против часовой стрелки при каждом ударе. Благодаря выполнению штока 7 из нержавеющей стали и внутреннего диаметра 18 направляющей 17 размером (1,10-1,15)d, где d - диаметр штока 7, создан оптимальный люфт между направляющей 17 и штоком 7, при котором реактивная лопатка 3 свободно совершает возвратно-поступательное движение по штоку 7 вверх-вниз под действием подъемной силы струи снизу и силы толкающей вниз, образованной в момент взаимодействия упоров 16 и 19. Надежный режим работы дождевального аппарата обеспечивается в диапазоне изменения угла β (Фиг. 5) в пределах 70-90°. В этом диапазоне снижено взаимодействие струи с реактивной лопаткой 3 при ударе упоров 16 и 19 (Фиг. 8 и 9) для обеспечения свободного перемещения лопатки 3 вниз, а после ударов упоров 16 и 19 обеспечена немедленное взаимодействие струи с реактивной лопаткой 3 (Фиг. 10) для ее надежного вращения, так как после удара лопатка 3 теряет свою инерцию и может остановиться. При ударах упоров 16 и 19 вращению и осевому перемещению штока 7 по отношению нижней части 6 поворотного корпуса 2 препятствует прорез 8 залитый пластиком при изготовлении путем горячего прессования. Осевому перемещению нижней части 6 поворотного корпуса 2 надежно препятствует снизу упорный буртик 9 при высоких рабочих давлениях и длительной эксплуатации, а сверху - съемное резиновое кольцо 14, установленное в кольцевую выточку 10 при ремонте и регулировке дождевального аппарата.
Работа дождевального аппарата в большом диапазоне изменения рабочего давления 0,02…0,15 МПа достигается путем перемещения консоли 4 по оси штока 7 (Фиг. 2). При низких рабочих давлениях спускают консоль 4 по оси штока 7 вниз, а при больших рабочих давления поднимают консоль 4 вверх, соблюдая условие 2. Таким образом, благодаря тому, что поворотный корпус 2 выполнен из двух частей - верхней 5 и нижней 6, жестко закрепленных между собой, причем верхняя часть 5 выполнена в виде штока 7 из нержавеющей стали, а нижняя часть 6 выполнена из пластика с неподвижным упорным буртиком 9 внизу и выточкой 10 для ограничительного резинового кольца 14 наверху, консоль 4 с упором 19 установлена на штоке 7 с возможностью осевого перемещения вверх-вниз, высота направляющей 17 реактивной лопатки 3 выполнена меньше суммы высот упоров 16 на лопатке и 19 на консоли, а ее внутренний диаметр выполнен размером (1,10-1,15)d, где d - диаметр штока 7, исключена возможность изменения параметров перемещения и вращения поворотного корпуса 2 в большом диапазоне (0,02…0,15)МПа изменения рабочего давления, обеспечено стабильное вращение и перемещение вверх-вниз реактивной лопатки 3 по штоку 7, получены периодические равномерные удары упором 16 об упор 19 для плавного поворота струи дождевального аппарата, что повышает надежность работы дождевального аппарата и расширяет диапазон изменения рабочего давления.
В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2018 году были изготовлены пресс-формы для изготовления накидной гайки 1, поворотного корпуса 2, реактивной лопатки 3 и консоли 4 путем горячего прессования на вертикально-литьевой установке марки СО-228М. В 2019 г изготовлены накидные гайки 1 и поворотные корпуса 2 из полистирола ударопрочного марки УПМ 0508-08, ГОСТ 28250-89, а реактивные лопатки 3 и консоли 4 - из полиэтилена высокого давления (ПВД) марки 15813-020, ГОСТ 16337-77. и собраны экспериментальные образцы в количестве 20 шт (Фиг. 11) со следующими размерами:
Стендовые испытания экспериментальных образцов в диапазоне изменения рабочего давления 0,02…0,15 МПа и угла β=70…90° показали высокую надежность работы дождевальных аппаратов. В течение испытательного периода отказы не наблюдались. Один из экспериментальных образцов дождевального аппарата был установлен на стенд для определения наработки на отказ. Образец отработал круглосуточно 540 часов без единого отказа, после чего опыт был остановлен. При этом скорость поворота дождевального аппарата колебалась в пределах одного оборота за 15…25 с, а визуальный осмотр трущихся деталей позволил оценить их износы как незначительные. Дальнейшие испытания в лабораторных условиях, приусадебных и дачных участках показали высокую равномерность распределение дождя по орошаемому участку при расстановке дождевальных аппаратов по схеме квадрат.
Экспериментальный образец имел следующие технические параметры:
Напор, м 2…15
Расход при напоре 10 м, л/с 0,09
Радиус действия струи при напоре 10 м, м 8,5
Диаметр струеобразующего канала, мм 3,6
Соединительный размер, дюйм 1/2''
Габариты, мм 62×31×60
Применение предлагаемого изобретения в сельском хозяйстве повысит надежность работы дождевального аппарата, расширит диапазон изменения рабочего давления и позволит произвести полив также малых участков с малоинтенсивным дождем.