ГИДРОПРИВОД ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНЫ
SPRINKLING MACHINE HYDRAULIC DRIVE

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для полива сельскохозяйственных культур.
Известны самодвижущиеся дождевальные машины для полива сельскохозяйственных культур, осуществляющие полив дождеванием в движении по кругу (Мелиорация и водное хозяйство. Орошение: справочник / под ред. Б.Б. Шумакова. - М.: Колос, 1999. - 432, с.: ил.,; стр. 111-126).
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является самоходная многоопорная дождевальная машина унифицированная (ДМУ) «Фрегат» (Мелиорация и водное хозяйство. Орошение: справочник / под ред. Б.Б. Шумакова. - М.: Колос, 1999. - 432, с.: ил.,; стр. 111-119). Недостатком данного технического решения является необходимость высокого напора (давления) на входе в машину - 72,4 м и в низконапорных модификациях ДМУ с 15-17 тележками - выше 51,0 м. Высокое давление в оросительном трубопроводе ДМУ «Фрегат» необходимо для качественной работы средне-струйных дождевальных аппаратов (дождеватели типа «Роса» №1, 2, 3 и 4) и для работы гидропривода машины, приводящего ДМУ «Фрегат» в движение. Однако в последние годы все более широкое распространение на дождевальных машинах марки Walley, Bauer, TL и др. марок машин получают дождеватели типа спринклеров (дождеватели i-Wob компании «Senninger»), требующие для качественной работы низкое давление от 0,08 до 0,25 МПа (напор от 8 до 25 м), вместо среднеструйных или щелевых дождевальных аппаратов с давлением до 0,7 МПа. Для установки таких дождевателей на ДМУ «Фрегат» необходимо уменьшить давление (напор) в трубопроводе на входе в машину с 0,72 до 0,30÷0,35 МПа, т.е. почти в два раза. Но в этом случае при давлении в трубопроводе 0,3÷0,5 МПа существующая система гидропривода не сможет обеспечить передвижения дождевальной машины из-за падения давления в гидроцилиндре и снижения усилия на рычаг и толкатели (приводы) колес, так как усилие, создаваемое одним поршнем и передаваемое на толкатели, приводящие в движение колеса, окажется недостаточным.
Сохранение функции самодвижущейся ДМУ «Фрегат» с гидравлическим приводом при снижении давления в два раза возможно за счет: 1) увеличения длины плеча на силовом рычаге; 2) увеличения в два раза диаметра цилиндра и площади поршня и 3) установки в существующем гидроцилиндре двух поршней, тем самым увеличив суммарную площадь двух поршней в два раза. Однако первое и второе конструкторские решения требуют внесение конструктивных изменений в гидроцилиндре, рычагах (толкателях) и самой тележке, что является нежелательным. Нами предлагается использовать третье наиболее простое техническое решение, т.е. установка в существующем гидроцилиндре второго поршня со штоком с противоположной стороны от существующего с изменением верхней крышки и места крепления гидроцилиндра, также изменена система передачи усилий на рычаг и толкатели за счет оборудования гидроцилиндра параллелограммом.
2
Сущность изобретения выражается в усовершенствовании гидропривода ДМУ «Фрегат» для работы при низком давлении в трубопроводе, которое достигается за счет оборудования существующего гидроцилиндра вторым поршнем со штоком с противоположной стороны от существующего с изменением верхней крышки и места крепления гидроцилиндра, что позволяет увеличить в два раза суммарную площадь поршней, на которую вода оказывает давление в гидроцилиндре. Изменение системы передачи усилий на рычаг и штанги толкателя за счет оборудования гидроцилиндра параллелограммом увеличит усилия на рычаги гидропривода, тем самым обеспечивая работоспособность гидропривода при снижении давления в два раза с 7,2 до 3,5 кг⋅с/см (или с 0,72 до 0,35 МПа). Попеременная подача воды в пространство между поршнями и между поршнями и крышками цилиндра позволит осуществлять возвратно-поступательное движение штоков (вниз-вверх) и всех элементов гидропривода.
Совокупностью существенных признаков, раскрывающих сущность изобретения, является установка в существующем гидроцилиндре гидропривода ДМУ «Фрегат» второго поршня с верхним штоком, верхней крышкой с направляющими бортиками, при этом основание верхнего штока прикрепляется шарнирно к раме опоры тележки, а основание существующего нижнего штока прикрепляется шарнирно к концу рычага силового и тем самым обеспечивается передача усилия двух поршней со штоками на рычаг силовой и через штанги толкателя на колеса. Для обеспечения равномерного сближения и расхождения поршней в гидроцилиндре оборудован параллелограмм. Возвращение поршней в исходное состояние осуществляется автоматическим переключением крана (клапана) для поочередной подачи воды в пространство между поршнями и между крышками цилиндров и поршнями, а также одновременного открытия сливного трубопровода из гидроцилиндра для слива воды.
В совокупности устройство обеспечивает достижение цели - обеспечение работы гидропривода при снижении давления в трубопроводе ДМУ «Фрегат» в два и более раза.
Изобретение поясняется фиг. 1-3.
На фиг. 1 приведена схема гидроцилиндра, на фиг. 2 - схема тележки ДМУ «Фрегат» существующая (прототип) и на фиг. 3 - схема тележки ДМУ «Фрегат» с предлагаемым устройством.
Устройство состоит из цилиндра 1, нижней крышки 2 и верхней крышки 3 с направляющими бортиками 4, нижнего 5 и верхнего 6 поршней, установленных на штоки: нижний 7 и верхний 8, штуцеров 9 и 10, крана (клапана) 11, имеются отверстия 12 и 13 в штоках, основание нижнего штока 7 через отверстие 12 шарнирно крепится к рычагу силовому 14, верхний шток 8 через отверстие 13 крепится шарнирно к раме тележки 15, параллелограмм состоит из двух длинных рычагов 16 и 17 и двух коротких рычагов 18 и 19, направляющего 20, один конец длинных рычагов 16 и 17 шарнирно скреплены между собой, а другой конец скреплен шарнирно с одним из штоков 7 и 8, в сборе параллелограмм обеспечивает равномерный ход поршней.
Устройство работает следующим образом.
Вода под давлением из оросительного трубопровода 21 ДМУ «Фрегат» через открытый кран 11, штуцер 9 подается в цилиндр 1 в промежуток между двумя поршнями (нижним 5 и верхним 6), под действием давления воды приводятся в движение поршни 5 и 6, которые раздвигаются и передают усилия штоков 7 и 8 на рычаг силовой 14, толкатели 22 приводят в движение колеса, тележка ДМУ «Фрегат» перемещается на новую позицию на шаг движения толкателя 22, после раздвижения верхнего 8 и нижнего штока 7 до установленного положения, существующими на прототипе ДМУ «Фрегат» устройствами автоматически прекращается подача воды в штуцер 9, а кран 11 открывает отверстие подачи воды в пространство между крышками 2 и 3 цилиндра 1 и поршнями 5 и 6, кран 11 одновременно открывает отверстие для слива воды, находящееся между поршнями, слив воды происходит под поступательным действием двух поршней, новый цикл работы гидроцилиндра выполняется автоматически при включении существующим датчиком хода тележки, параллелограмм обеспечивает равномерное движение поршней в цилиндре.
Расчет гидроцилиндров
Основными параметрами поршневого гидроцилиндра являются: диаметры поршня D, рабочее давление Р (http://gidravl.narod.ru/gidrocil.html).
Рассмотрим гидроцилиндр с односторонним поршнем и штоком. По основным параметрам можно определить следующие зависимости:
1
- площадь поршня F определяется по формуле
1
2
F=π⋅D/4;
1
- усилие R, развиваемое одним поршнем и штоком гидроцилиндра при его выдвижении соответственно:
1
1
1
mp
R=F⋅P⋅k,
mp
где k=0,9÷0,98 - коэффициент, учитывающий потери на трение;
1
2
P - давление воды в цилиндре, кгс/см.
Давление в поршневой полости гидроцилиндра принимаем равным нулю и не рассчитываем, так как в крышках гидроцилиндра имеются штуцера для сброса накопившейся воды.
Усилие, развиваемое двумя поршнями гидроцилиндра при выдвижении штока, равно
общ
1
1
mp
2
2
mp
R=F⋅Р⋅k+F⋅Р⋅k,
1
1
mp
2
2
mp
так как F⋅P⋅k и F⋅Р⋅k равны, то общее усилие увеличивается в два раза.
При одинаковом рабочем давлении Р и установке двух поршней одинакового диаметра D их общая площадь F увеличивается вдвое и, соответственно, увеличивается в два раза усилие R, передаваемое через два штока на силовой рычаг, и толкатели, приводящие в движение колеса тележки ДМУ.
Например:
При внутреннем диаметре цилиндра 0,15 м = 15 см площадь одного поршня равна
.
2
Усилие, развиваемое на существующих ДМУ одним поршнем и штоком при давлении жидкости в напорном трубопроводе 7,0 кгс/см, составляет
.
2
При снижении давления в напорном трубопроводе вдвое, до 3,5 кгс/см, усилие, развиваемое одним поршнем и штоком гидроцилиндра, составляет
.
Усилие, развиваемое двумя поршнями, составляет
.
2
Таким образом, при снижении давления в напорном трубопроводе в два раза (с 7,0 до 3,5 кгс/см) для получения равного усилия 1011,4 кг необходимо установить в гидроцилиндре два поршня.
В совокупности измененное устройство позволяет снизить вдвое требуемое давление в напорном трубопроводе и гидроцилиндре, обеспечить работу гидропривода ДМУ «Фрегат» при низком давлении и установить дождеватели типа спринклеров (например, дождеватели i-Wob компании «Senninger»), требующие для нормальной работы низкое давление от 0,08 до 0,25 МПа. Снижение давления в рабочем трубопроводе несколько снижает расход воды в трубопроводе, однако позволяет почти вдвое снизить затраты энергоресурсов на перекачку воды.