УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРИПОЧВЕННОГО ИМПУЛЬСНОГО ДИСКРЕТНОГО ПОЛИВА РАСТЕНИЙ
DEVICE FOR INTERNAL SOIL PULSE DISCRETE WATERING OF PLANTS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к орошению почв, и предназначено для полива различных растений.
Известен способ капельного орошения, при котором вода подается в почву из труб с отверстиями (капельницами), уложенных на поверхности почвы, причем интенсивность подачи воды регулируется так, чтобы на поверхности почвы формировался небольшой контур промачивания, а внутри почвы вода растекалась в корневой системе растений (Колпаков В.В., Сухарев И.П. Сельскохозяйственные мелиорации. М.: Изд-во МСХА, 1981. 328 с. С.140 - прототип).
Этот способ имеет следующий недостаток:
- необходимость прокладки большого количества трубопроводов на поверхности почвы с большим количеством отверстий для подачи воды, что повышает стоимость и снижает надежность использования капельного способа орошения.
Известно устройство для подачи жидкости в почву, включающее барабан с замкнутой внутренней полостью и иглы с выполненными в них каналами, сообщенными с замкнутой полостью барабана (RU 2220530 С1, 10.01.2004 (кол-во с.5)).
Это устройство имеет следующий недостаток:
- низкая надежность устройства ввиду отсутствия механизма компенсации деформации находящихся в почве игл при движении устройства по поверхности почвы и вращении барабана.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является исключение необходимости прокладки большого количества трубопроводов на поверхности почвы с большим количеством отверстий для подачи воды, снижение стоимости и повышение надежности полива растений.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании изобретения, является создание возможности производить полив растений посредством дискретной циклической последовательной во времени пошаговой в пространстве поливного участка импульсной подачи воды через шприцевые элементы для подачи воды внутрь почвы в дискретную зону корневой системы растения дозированными согласно поливной норме порциями, повысить надежность устройства и снизить затраты энергии и воды на проведение полива при использовании устройства.
Для решения поставленной технической задачи предлагаемое устройство для выполнения способа внутрипочвенного импульсного дискретного полива растений имеет блок колесного шасси, блок подачи воды, блок управления, сервопривод, при этом на оси блока колесного шасси смонтирован диск с внутренней замкнутой полостью, сообщенный с блоком подачи воды, причем диск снабжен шприцевыми элементами для подачи воды внутрь почвы, связанными с сервоприводом;
шприцевые элементы для подачи воды внутрь почвы, которые установлены над плоскостью диска по внешней окружности диска, направлены от центра диска под углом в сторону вращения диска, причем шприцевые элементы имеют механическую направляющую систему, боковое отверстие для воды и цилиндрический канал с гидравлическим уплотнением на конце, в котором с возможностью продольного перемещения установлен выдвижной шприц;
упругие эластичные муфты, имеющие внутренний канал, посредством которых шприцевые элементы соединены с диском;
выдвижной шприцевой элемент выполнен с открытым наружным концом и глухим внутренним концом, причем со стороны внутреннего конца шприц имеет боковое отверстие в цилиндрической части, вдоль оси наружной поверхности которой смонтирована (лучше, все же, «выполнена» вместо «смонтирована») зубчатая рейка линейного реверсивного сервопривода с шестерней зацепления;
зубчатую рейку, выполненную жесткой в позиции выступа зуба зацепления продольной зубчатой рейки линейного реверсивного сервопривода, а в позиции впадины между зубьями шестерни (лучше, все же, «зацепления» вместо «шестерни») выполненную упруго-эластичной.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами: на фиг.1 показано предлагаемое устройство для выполнения способа внутрипочвенного импульсного дискретного полива растений; на фиг.2 показан шприцевой элемент для импульсной подачи воды внутрь почвы.
Устройство для выполнения способа внутрипочвенного импульсного дискретного полива растений по фиг.1 включает блок электрического питания 1, блок колесного шасси 2, блок управления 3, блок подачи поливной воды 4 (например, емкость для воды и водяной насос с приводом), диск 5 на оси 6 колеса шасси 2, шприцевой элемент для импульсной подачи воды в почву 7, упругую эластичную муфту 8 с центральным каналом 9, выдвижной шприц 10.
Шприцевой элемент для импульсной подачи воды внутрь почвы 7 с помощью упругой эластичной муфты 8 с центральным каналом 9 присоединен к диску 5.
Шприцевой элемент для импульсной подачи воды внутрь почвы по фиг.2 включает корпус с механической направляющей системой выдвижного шприца 11, упругую эластичную муфту 8 с центральным каналом 9, выдвижной шприц 10 с боковым отверстием 12 на цилиндрической поверхности внутреннего конца выдвижного шприца, зубчатую рейку 13 линейного реверсивного сервопривода выдвижного шприца 10, гидравлическое уплотнительное кольцо 14, сервопривод выдвижного шприца 15.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
По фиг.1 блок электрического питания 1 обеспечивает энергопитание устройства. Блок колесного шасси 2 движется по полю влево по фиг.1. Диск 5, жестко установленный на оси 6 шасси 2, вращается вместе с колесной опорой шасси против часовой стрелки. Окружная скорость установленных на диске 5 упругих эластичных муфт 8, соединенных с диском 5 по окружности, практически совпадает с окружной скоростью опорной поверхности колеса шасси.
По фиг.2 в исходном положении выдвижной шприц 10 расположен в механической направляющей системе выдвижного шприца 11 так, что гидравлическое уплотнительное кольцо 14 занимает позицию напротив выступа зуба зубчатой рейки линейного реверсивного сервопривода выдвижного шприца 10.
По фиг.1 блок управления 3 циклически вырабатывает сигнал управления, по которому шприцевой элемент 7 из исходного положения выдвижного шприца 10 над почвой в позиции 7 заглубляет выдвижной шприц 10 в почву в позиции 7.1. По фиг.2 заглубление в почву выдвижного шприца 10 происходит следующим образом. Включается сервопривод 15. Его шестерня вращается по часовой стрелке, своими зубьями поочередно посредством вдавливания входит в зацепление с упруго-эластичными впадинами между зубьями зацепления (показаны без штриховки) зубчатой рейки 13 линейного реверсивного сервопривода выдвижного шприца 10.
В момент зацепления с зубом цилиндрической шестерни сервопривода 15 впадина между зубьями зацепления зубчатой рейки линейного реверсивного сервопривода выдвижного шприца 10 эластично деформируется внутрь шприца. Выступ зуба зацепления рейки, который выполнен жестким, занимает позицию впадины между зубьями зацепления цилиндрической шестерни сервопривода 15.
Цилиндрическая шестерня сервопривода 15 увлекает зубчатую рейку 13 линейного реверсивного сервопривода выдвижного шприца 10 вместе со шприцем 10 наружу из исходного положения внутри корпуса шприца 11 в рабочее положение. В зоне гидравлического уплотнительного кольца 14 упругоэластичные впадины между зубьями зацепления (показаны без штриховки) зубчатой рейки 13 линейного реверсивного сервопривода выдвижного шприца 10 не находятся в зацеплении с цилиндрической шестерней сервопривода 15 и занимают положение образующей наружной цилиндрической поверхности шприца, причем контакт с гидравлическим уплотнительным кольцом 14 обеспечивает гидравлическое уплотнение шприцевого элемента.
В рабочем положении выдвижного шприца 10 ось центрального канала 9 упругой эластичной муфты 8 совпадает с осью бокового отверстия 12 на цилиндрической поверхности внутреннего конца выдвижного шприца 10. При этом внутренняя полость выдвижного шприца 10 гидравлически соединяется с внутренней полостью диска 5 гидравлическим запорным устройством выдвижного шприца в виде цилиндрической полости механической направляющей системы корпуса 11 выдвижного шприца, наружной поверхности выдвижного шприца 10, бокового отверстия 12 на цилиндрической поверхности внутреннего конца выдвижного шприца 10, привод которого выполняют линейным реверсивным сервоприводом 13, 15 выдвижного шприца 10.
По фиг.1 в позиции 7.1 диск 5 гидравлически соединен с блоком подачи поливной воды 6. Вода под давлением из блока подачи поливной воды 6 поступает во внутреннюю полость диска 5.
Далее по фиг.2 вода под давлением через внутреннюю полость диска 5, канал упругой эластичной муфты 9, боковое отверстие 12 на цилиндрической поверхности внутреннего конца выдвижного шприца 10, внутреннюю полость выдвижного шприца 10 поступает внутрь почвы.
По фиг.1 в позиции 7.1 начинается выполнение дискретного импульса полива из заглубленного в почву выдвижного шприца 10. Шприцевой элемент 7 и вместе с ним выдвижной шприц 10, начиная с позиции 7.1, неподвижны относительно почвы в направлении движения блока колесного шасси 2.
Диск 5 равномерно вращается на оси 6 шасси 2, равномерно движущегося в направлении проведения полива. В процессе движения шасси 2 выдвижной шприц 10 через корпус шприцевого элемента 7, упругую эластичную муфту 8 получает усилие от диска 5, направленное внутрь почвы. При этом выдвижной шприц 10 из позиции 7.1 продолжает углубляться в почву вплоть до достижения позиции 7.2, а после этого, до момента достижения позиции 7.3, немного извлекается из почвы. Подача воды внутрь почвы из выдвижного шприца ведется, начиная с момента достижения позиции 7.1, вплоть до момента достижения позиции 7.3.
По фиг.1 по достижении выдвижным шприцем позиции 7.3 блок управления 3 вырабатывает сигнал управления, по которому по фиг.2 включается реверс сервопривода 13, 15. Шестерня сервопривода 15 вращается против часовой стрелки, своими зубьями поочередно входит в зацепление с упруго-эластичными впадинами между зубьями зацепления (показаны без штриховки) зубчатой рейки линейного реверсивного сервопривода 13 выдвижного шприца 10 и увлекает ее вместе с выдвижным шприцем 10 внутрь корпуса 11 из рабочего положения в исходное положение. В исходном положении выдвижного шприца 10 ось центрального канала упругой эластичной муфты 8 не совпадает с осью бокового отверстия 12 на цилиндрической поверхности внутреннего конца выдвижного шприца 10. Гидравлическое запорное устройство выдвижного шприца в виде цилиндрической полости механической направляющей системы корпуса 11 выдвижного шприца 10, наружной поверхности выдвижного шприца 10, бокового отверстия 12 на цилиндрической поверхности внутреннего конца выдвижного шприца 10 с линейным реверсивным сервоприводом выдвижного шприца 13, 15 гидравлически отсоединяет внутреннюю полость выдвижного шприца 10 от внутренней полости диска 5.
Дискретный импульс полива завершен.
По фиг.1 упругая эластичная муфта 8 в процессе перемещения шприцевого элемента 7 из позиции 7.1 в позицию 7.3 получает упругую деформацию в результате фиксации выдвижного шприца 10 в почве. Деформация складывается из двух составляющих: деформация кручения по часовой стрелке в результате поворота шприцевого элемента 7 относительно диска 5; продольная деформация в результате неравенства поступательной скорости шасси 2 и, по фиг.2, окружной скорости точки прикрепления упругой эластичной муфты 8 к диску 5.
По фиг.1 в момент возврата выдвижного шприца 10 в исходное положение его фиксация в почве прекращается. Усилие деформации упругой эластичной муфты 8 возвращает шприцевой элемент 7 в исходное положение, проворачивая его против часовой стрелки. Возврат идет по этапам. Вначале, в позиции 7.3 корпус шприцевого элемента 7, выдвижной шприц 10 которого только что извлечен из почвы, опирается на корпус следующего по ходу вращения диска 5 шприцевого элемента 7, находящегося в позиции 7.2. Затем, в позиции 7.4 шприцевой элемент 7 немного отклоняется по часовой стрелке относительно диска 5 под механическим воздействием корпуса очередного выдвижного шприца, находящегося в почве и занявшего позицию 7.3. После позиции 7.4 шприцевой элемент 7 плавно отклоняется против часовой стрелки относительно диска 5, пока, наконец, в позиции 7.5 полностью занимает исходное положение относительно диска 5.
Постепенный характер перехода шприцевого элемента 7 в исходное положение снижает динамическую нагрузку на элементы устройства и ослабляет колебательный процесс в механической системе «диск 5, упругая эластичная муфта 8, шприцевой элемент 7».
В процессе проведения полива с помощью устройства очередная дискретная порция воды подается в почву импульсом, однако в почве одновременно находятся сразу несколько шприцев, поэтому устройство в целом имеет практически постоянный расход воды и высокий коэффициент использования рабочего времени при проведении полива.
Количество воды, подаваемое устройством в процессе полива, регулируется согласно поливной норме напором воды в блоке подачи поливной воды 4, скоростью движения шасси 2 по полю, внутренним диаметром выдвижного шприца 10.
Использование новых элементов в виде
диска 5 по фиг.1, расположенного на оси шасси, снабженного внутренней замкнутой полостью, соединенной с блоком подачи воды,
шприцевого элемента для импульсной подачи воды внутрь почвы 7, установленного по внешней окружности диска в направлении внешней стороны диска под углом в сторону вращения диска, направленного от центра диска под углом в сторону вращения диска,
механической направляющей системы в виде корпуса 11 выдвижного шприца 10 с боковым отверстием 12 для воды и цилиндрическим каналом с гидравлическим уплотнительным кольцом 14, на конце, в котором с возможностью продольного перемещения установлен выдвижной шприц 10, упругой эластичной муфты 8 с внутренним каналом 9, соединяющей механическую направляющую систему шприцевого элемента для импульсной подачи воды внутрь почвы 7 с диском 5,
линейного реверсивного сервопривода выдвижного шприца 10 в виде зубчатой рейки 13, выполненной на выдвижном шприце 10, и цилиндрической шестерни сервопривода 15,
зубчатой рейки 13 линейного реверсивного сервопривода 5 выдвижного шприца 10, поверхность которой выполнена по образующей наружной цилиндрической поверхности выдвижного шприца 10, выполнена жесткой в позиции выступа зуба зацепления продольной зубчатой рейки линейного реверсивного сервопривода, выполнена упруго-эластичной в позиции впадины между зубьями зацепления,
позволяет
производить полив растений посредством дискретной циклической последовательной во времени пошаговой в пространстве поливного участка импульсной подачи воды через шприцевые элементы для подачи воды внутрь почвы в дискретную зону корневой системы растения дозированными согласно поливной норме порциями, повысить надежность устройства и снизить затраты энергии и воды на проведение полива при использовании устройства,
т.к. исключается
необходимость прокладки большого количества трубопроводов на поверхности почвы с большим количеством отверстий для подачи воды, снижается стоимость и повышается надежность полива растений.