АВТОМАТИЧЕСКИЙ САМОХОДНЫЙ ДОЖДЕВАТЕЛЬ ПОЧВЫ

Предлагаемая полезная модель относится к технике и технологии полива сельскохозяйственных культур способом дождевания.
Полив почвы, особенно в засушливых районах, является необходимой технологической операцией обеспечивающей рентабельность растениеводства. Практикой установлено, что в растениеводстве урожайность с орошаемого гектара в 1,5…4 раза выше, чем с богарного. Поэтому совершенствование существующих и разработка новых способов и устройств в этой области техники, включая системы и средства автоматического управления, является актуальной технико-экономической задачей.
Анализ научно-технической литературы и патентов за последние десять лет показал, что в этой области патенты на изобретения и полезные модели содержат технические решения, направленные на совершенствование способов и устройств полива почвы. Так как широко распространенные в настоящее время высокопроизводительные передвижные устройства полива не снабжены средствами автоматизации, то полив осуществляется по нормам и расход воды не зависит от локальной влажности почвы, что не позволяет осуществлять процесс в оптимальном режиме и делает его малоэффективным.
Известно устройство для автоматической подачи воды в оросительную систему [1], состоящее из резервуара с водой, механизма сравнения сил веса и сосуда-испарителя. Устройство, представляющее собой регулятор прямого действия, осуществляет автоматическое регулирование в заданном диапазоне расхода воды в зависимости от влажности почвы, что значительно повышает эффективность процесса полива за счет его оптимизации. Однако, область использования этих устройств ограничена, так как они могут работать только на стационарных системах орошения, которые для крупных сельскохозяйственных предприятий и больших посевных площадей нерентабельны.
Известна так же дождевальная машина ДД-100 ВН, установленная на полуприцепной тележке, транспортируемой в процессе полива по орошаемому полю трактором [2]. Эта машина достаточно мобильна и технически совершенна, она осуществляет диспергирование струи воды и подачу ее на расстояние до 66 м. Однако, расход воды на орошаемом участке остается постоянным и определяется заданной нормой полива. Отсутствие средств автоматизации, в частности, средств измерения влажности почвы в потоке, не позволяет изменять расход воды в зависимости от локальной влажности почвы на орошаемом участке, что значительно снижает технико-экономические показатели дождевальной машины.
По количеству общих признаков, достигаемому результату и возможностям модернизации дождевальная машина ДД-100 ВН [2] является наиболее близким техническим решением и выбрана в качестве прототипа.
Технической задачей является разработка автоматизированного дождевального агрегата полива почвы, который обеспечивал бы высокое качество полива за счет регулирования расхода воды в зависимости от влажности почвы в зоне полива.
В состав предлагаемого автоматизированного самоходного дождевателя входят: сельскохозяйственный трактор с устройствами прицепными, навесными и отбора мощности, дождевальная машина и средства системы автоматизации. В предлагаемой полезной модели система автоматизации состоит из пробоотборника в виде навесного узкопрофильного траншеекопателя, подающего скребкового транспортера с расходным бункером, измерительного ленточного конвейера с контактными датчиками потока и изменяющимся углом наклона, регулирующего прибора, исполнительного механизма и регулирующего органа, установленного на напорном трубопроводе подачи воды на полив.
В нижней и верхней зонах ленты измерительного конвейера установлены датчики потока почвы, которые при помощи регулирующего прибора и реверсивного регулирующего органа управляют углом наклона ленточного конвейера. В равновесном положении средства измерения угол наклона конвейера равен углу естественного откоса почвы, который достаточно хорошо коррелируется с ее влажностью.
Исполнительный механизм рабочего органа трубопровода подачи воды, привод и реверсивный исполнительный механизм угла наклона измерительного конвейера подключены к электрической системе отбора мощности трактора.
При движении агрегата узкопрофильный траншеекопатель, погруженный на глубину корневой системы выращиваемой культуры, поднимает удаленную из траншеи почву на поверхность. Установленный за ним навесной, например, скребковый транспортер непрерывно подает пробы почвы в расходный бункер и далее на движущуюся ленту измерительного конвейера. На ленте конвейера сухая почва движется вниз, а влажная вверх. При разбалансе потоков срабатывает один из датчиков и по сигналу от регулирующего прибора включаются реверсивные исполнительные механизмы угола наклона измерительного конвейера и напорного трубопровода. Схема системы автоматического управления дождеванием составлена так, что при срабатывании нижнего датчика расход воды на полив увеличивается, а при включении верхнего - уменьшается.
Управление процессом дождевания почвы в движении с использованием системы автоматического регулирования расхода воды в зависимости от влажности почвы как функции угла естественного откоса, относится к современным технологиям точного земледелия, и в сравнении с дождеванием по нормативным режимам даст существенный технико-экономический эффект.
В целом, совокупность признаков ограничительной и отличительной частей предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовалась для решения поставленной или других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и полезности.
Структурная схема автоматизированного самоходного дождевателя почвы и элементы системы автоматического регулирования расхода воды на полив представлены на фиг.1,2.
Фиг. 1 - автоматизированный самоходный дождеватель почвы.
Фиг. 2 - измерительный ленточный конвейер.
Примеры конкретного выполнения
В предлагаемом автоматизированном самоходном дождевателе почвы основным силовым агрегатом является сельскохозяйственный трактор с комплектом устройств навески, сцепления и отбора мощности (фиг. 1, поз. 1). Дальнеструйный дождеватель 3 с регулирующим органом подачи воды 4 прицеплен к заднему прицепному устройству трактора. Устройства системы автоматического регулирования установлены на тракторе в качестве боковых навесок.
В систему автоматического регулирования подачи воды на полив входят следующие устройства: траншеекопатель 2, подающий транспортер 5 с расходным бункером 6 и измерительный наклонный ленточный конвейер 7, датчик угла наклона измерительного конвейера 1-1, регулирующий прибор 1-2 и исполнительный механизм 1-3.
Конструкция измерительного конвейера представлена на фиг. 2. Он состоит из рамы 1, закрепленной на опорной площадке с возможностью изменения угла наклона, верхнего и нижнего датчиков потока почвы 2, приводного электродвигателя 3, реверсивного электродвигателя 4 с передаточным механизмом 5.
При движении дождевателя траншеекопатель, выставленный на глубину корневой системы выращиваемой культуры, непрерывно поднимает измельченную почву на поверхность. Движущийся за траншеекопателем подъемный, например скребковый, транспортер поднимает измельченный слой почвы вверх до уровня расходного бункера 7, после которого она самотеком поступает на ленту 6 крутонаклонного измерительного транспортера.
На движущейся под углом вверх ленте транспортера отобранная проба почвы разделяется на два потока, из которых один движется вверх, а другой вниз. Если сумма сил трения почвы о поверхность и внутреннего трения больше проекции силы тяжести, то почва вместе с лентой перемещается вверх. Для более сухой и сыпучей почвы это условие не выполняется и она по ленте будет перемещаться вниз. Измерительный конвейер настраивается так, что при влажности почвы равной заданному значению потоки одинаковы и датчики не срабатывают.
При нарушении баланса срабатывает один из датчиков и через регулирующий прибор автоматически включаются исполнительные механизмы угла наклона измерительного конвейера и напорного трубопровода подачи воды на полив. В равновесном состоянии системы, когда угол наклона конвейера соответствует текущему значению влажности почвы, подача воды на полив стабилизирована.
Пример 2 конкретного выполнения
В автоматизированном самоходном дождевателе почвы по примеру 2 с целью уменьшения погрешности регулирования подачи воды на полив за счет уменьшения систематической погрешности измерения угла естественного откоса в верхней части нисходящей ленты измерительного конвейера установлен подпружиненный скребок 8 (фиг. 2), который очищает ленту от прилипшей к ней влажной почвы.
Автоматизированный самоходный дождеватель почвы комплектуется в основном серийным оборудованием: прицепной дальнеструйной дождевальной машиной, траншеекопателем и скребковым транспортером. В системе автоматического регулирования нестандартным устройством является измерительный конвейер, опытный образец которого планируется изготовить и испытать на различных видах почв в экспериментально-технологической лаборатории ТСХИ - Томского филиала НГАУ в 2014 г. с целью определения его метрологических характеристик.
Источники информации
1. www.fips.ru/cd/cdfi/Fips2009.dII/CurrDoc?SessionKey=EX046GVH7QSU3Q0FUYY L@GotoDoc=82@Query=1. Устройство для автоматической подачи воды в оросительную систему. Авторское свидетельство РФ №1762440
2. Режимы орошения, способы и техника полива овощных и бахчевых культур в различных зонах РФ. Руководство. - ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства - М.: 2010, 82 с.
3. Устройство измерения угла естественного откоса сыпучего материала. Патент РФ на полезную модель №89702