Дождевальная машина "КАСКАД"
SPRINKLER MACHINE "CASCADE"

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в конструкциях круговых и фронтальных дождевальных машин, служащих для орошения сельскохозяйственных культур.
Известна дождевальная машина «Кубань» (Дождевальная машина «Кубань». Луцкий В.Г., Ильин С.П. - М.: Агропромиздат, 1985. - 64 с. Стр. 9-14. - аналог), содержащая шарнирно сочлененные секции машины с длиной пролета 52,5 м, каждая секция машины состоит из шпренгельной фермы, один конец которой, с помощью шарнира карданного типа, соединен с предыдущим пролетом, а второй зафиксирован на самоходной тележке, имеющей электропривод, ферма пролета содержит трубопровод, раскосы, поперечины и шпренгели, при этом трубопровод состоит из четырех труб ∅168×3,2 мм, соединенных с помощью фланцев, между которыми установлены пластиковые прокладки, на концевых трубах, для соединения с соседними пролетами, приварены стойки с проушинами, к которым подвижно закреплено восьмиугольное кольцо шарнира карданного типа, герметичность стыков между трубопроводами соседних пролетов обеспечивается резиновой муфтой, также крайние шпренгели на своих концах, обращенных к концам пролета, имеют резьбу и крепятся к кронштейнам на концевых трубах гайками.
Недостатком аналога является малая длина пролетов. В современных аналогах зарубежных дождевальных машин (Zimmantic, Bauer, Reinke, RKD) длина пролетов, выполненных из труб ∅168 мм, может составлять более 59 метров. Машины с малой длиной пролетов имеют большее число самоходных тележек, что увеличивает себестоимость их изготовления. Также большее число тележек в машине приводит к увеличению площади земли отчуждаемой под колею. Кроме того, в рассматриваемом аналоге шпренгели и трубы пролета имеют несколько типов конструктивного исполнения, а для  соединения соседних шпренгелей, концов раскосов и поперечин используется несколько болтовых соединений, которые можно заменить одним, все это усложняет конструкцию фермы.
Известна дождевальная машина «Zimmatic» (Katalog-irrigacionnoy-produkcii-predstavlyaem-novinki-v-produkcii.html), содержащая шарнирно сочлененные секции машины с длиной пролета 61,26 м, каждая секция машины состоит из шпренгельной фермы, которая с помощью шарнира карданного типа одним концом соединена с предыдущим пролетом, а вторым зафиксирована на самоходной тележке с электроприводом, ферма пролета содержит трубопровод с дождевальными насадками, восемь секций раскосов, поперечины и универсальные шпренгели одинаковой длины, трубопровод пролета состоит из концевых патрубков и универсальных труб диаметром 168 мм, соединенных с помощью фланцев, между которыми установлены пластиковые прокладки, на концевых патрубках, для соединения с соседними пролетами, приварены стойки с проушинами, к которым подвижно закреплено кольцо шарнира карданного типа, герметичность стыков между трубопроводами соседних пролетов обеспечивается резиновой муфтой, шпренгели фермы выполнены в виде круглого прутка с бобышками на концах, а концы шпренгелей, раскосов и поперечин соединены с помощью креплений, состоящих из выгнутых пластин с прорезями и нескольких болтовых соединений, концы крайних шпренгелей, обращенных к концам пролета, с помощью креплений из платин соединены с короткими стержнями, имеющими бобышки на концах и приваренными к концевым патрубкам, раскосы и поперечины выполнены из уголка, при этом противоположные раскосы в средних секциях фермы дополнительно соединены между собой с помощью трапециевидных пластин.
Недостатком прототипа является то, что для соединения концов раскосов, поперечин и шпренгелей используется достаточно сложное крепление, состоящее из выгнутых пластин с прорезями и нескольких болтовых соединений,что значительно усложняет конструкцию фермы. Причем при таком способе соединения элементов, для обеспечения жесткости в средних секциях фермы, раскосы дополнительно соединены между собой с помощью трапециевидных пластин. Также для формирования бобышек на концах шпренгеля и калибровки его длины требуется достаточно сложное технологическое оборудование. При этом наиболее рационально использовать шпренгели, имеющие по концам проушины, выполненные в виде пластин, которые более просты в изготовлении и позволяют упростить соединение элементов фермы. Еще одним недостатком прототипа является чрезмерный изгиб трубопровода в первых и последних двух секциях фермы, что указывает о неравномерности распределений усилий в шпренгельной ферме. Кроме того, в настоящее время российской промышленностью выпускаются тонкостенные трубы с максимальным диаметром 159 мм и толщиной стенки 3 мм. При этом масса погонного метра трубы ∅159×3 мм заполненной водой на 2,9 кг меньше, чем масса погонного метра трубы ∅168×3 мм с водой, что позволяет на основе трубы ∅159×3 мм сделать более длинный пролет без увеличения его массы. При этом увеличение длины пролетов позволит сократить число тележек в машине, что снизит ее себестоимость и уменьшит площадь земли отчуждаемой под колею.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции шпренгельной фермы, а также снижение себестоимости дождевальной машины и уменьшение площади земли отчуждаемой под колею за счет увеличения длинны пролетов и сокращении числа самоходных тележек.
Задача достигается тем, что в дождевальной машине содержащей последовательно соединенные с помощью шарниров карданного типа секции машины, состоящие из размещенной на самоходной тележке шпренгельной фермы, содержащей раскосы, поперечины, универсальные шпренгели и трубопровод с дождевальными насадками, выполненный из концевых патрубков и содержащих по четыре пары креплений раскосов универсальных труб, соединенных вместе с помощью фланцев, между которыми установлены пластиковые прокладки, концы крайних шпренгелей, обращенных к концам пролета, соединены с концевыми патрубками, имеющими стойки с проушинами, к которым подвижно закреплено кольцо шарнира карданного типа, герметичность стыков трубопроводов соседних пролетов обеспечена резиновой муфтой, где согласно изобретению с целью увеличения длины пролета, трубопровод фермы выполнен из труб ∅159×3 мм и удлинен дополнительной укороченной трубой, для чего число секций раскосов в шпренгельной ферме увеличено до десяти, при этом укороченная труба снабжена с одной стороны креплениями для раскосов, а с другой проушинами для соединения с опорными стойками самоходной тележки, причем для соединения концов раскосов последней секции фермы, содержащей укороченную трубу, с концевым патрубком при помощи универсального шпренгеля, укороченная труба выполнена длиной равной:
где  - длина укороченной трубы, мм;
- длина универсальной трубы, мм;
- толщина прокладки, мм;
при этом расстояние от центра креплений раскосов до края укороченной трубы равно:
к
где s - расстояние от центра креплений раскосов до края укороченной трубы, мм;
s - расстояние между центрами креплений секции раскосов на универсальных трубах;
- толщина прокладки, мм.
Также для обеспечения равномерности распределения усилий в секциях фермы удлиненного пролета, трубопровод фермы, в вертикальной продольной плоскости, выполнен в виде плавной дуги, концы которой обращены вниз, а для придания трубопроводу указанного изгиба, в каждой секции раскосов фермы, раскосы имеющие наклон в сторону середины фермы выполнены длиннее, чем раскосы с наклоном в сторону конца фермы, при этом, чем дальше расположена секция раскосов от середины фермы, тем больше разница в длине данных раскосов, в целях обеспечения жесткости фермы, поперечины секций выполнены из отрезка трубы со сплюснутыми и отогнутыми вниз под углом 54,5° концами, имеющими монтажное отверстие, при этом величина угла между противоположными раскосами в плоскости перпендикулярной оси трубопровода равна 71°, также по концам универсальных шпренгелей приварены проушины, выполненные в виде пластин, причем концы раскосов, поперечин и проушины соседних шпренгелей соединены вместе при помощи одного высокопрочного болтового соединения, при этом проушины шпренгеля размещены на безрезьбовой части высокопрочного болта, для крепления крайних шпренгелей концевые парубки оснащены проушинами, выполненными в виде пластин приваренных встык к фланцу, при этом угол между данными проушинами равен 71°, также для машин с перемещением по кругу, в целях снижения нагрузки на элементы привода последней и предпоследней тележки, трубопровод предконсольного пролета выполнен из труб ∅133×3 мм.
Отличия предлагаемой дождевальной машины от прототипа заключаются в том, что длина пролетов увеличена за счет дополнительной укороченной трубы, для чего число секций раскосов в шпренгельной ферме увеличено до десяти, а трубопровод выполнен из более легких труб ∅159×3 мм. При этом использование более длинных пролетов позволяет сократить число самоходных тележек, что снижает себестоимость дождевальной машины и уменьшает площадь отчуждения земель под колею. Укороченная труба устанавливается в последней секции фермы и с помощью проушин соединяется с опорными стойками самоходной тележки. При этом для соединения концов раскосов последней секции фермы, содержащей укороченную трубу, с концевым патрубком при помощи универсального шпренгеля, длина укороченной трубы должна учитывать толщину пластиковой прокладки устанавливаемой между фланцами соседних труб. Таким образом, длина укороченной трубы должна составлять:
где  - длина укороченной трубы, мм;
- длина универсальной трубы, мм;
- толщина прокладки, мм.
Также, с учетом толщины прокладки, крепления раскосов на укороченной трубе смещены к ее краю, а расстояние от центра креплений раскосов до края укороченной трубы составляет:
к
где s - расстояние от центра креплений раскосов до края укороченной трубы, мм;
s - расстояние между центрами креплений секции раскосов на универсальных трубах;
- толщина прокладки, мм.
Кроме того, для обеспечения равномерного распределения усилий в секциях фермы удлиненного пролета, трубопровод фермы, в вертикальной продольной плоскости, выполнен в виде плавной дуги, концы которой обращены вниз. А чтобы придать трубопроводу указанный изгиб, в каждой секции раскосов фермы, раскосы имеющие наклон в сторону середины фермы выполнены длиннее, чем раскосы с наклоном в сторону конца фермы, при этом, чем дальше расположена секция раскосов от середины фермы, тем больше разница в длине данных раскосов. В целях упрощения конструкции и обеспечения достаточной жесткости фермы, поперечины выполнены из отрезка трубы со сплюснутыми и отогнутыми вниз под углом 54,5° концами, имеющими монтажное отверстие. При этом угол между противоположными раскосами в плоскости перпендикулярной оси трубопровода составляет 71°. Причем по концам универсальных шпренгелей приварены проушины, выполненные в виде пластин, что упрощает изготовление шпренгелей. Кроме того, такое конструктивное исполнение поперечин и шпренгелей позволяет соединить вместе концы раскосов, поперечин и проушины шпренгелей с помощью одного высокопрочного болтового соединения, причем при такой схеме соединения поверхности всех указанных элементов плотно прилегают друг к другу, чем обеспечивается большая жесткость конструкции фермы. Также одноточечная схема соединения раскосов, поперечин и шпренгелей обеспечивает простоту конструкции фермы и упрощает ее монтаж. А для обеспечения прочности и надежности фермы проушины шпренгеля размещаются на безрезьбовой части высокопрочного болта. В предлагаемой конструкции фермы, для крепления крайних шпренгелей, концевые парубки оснащены проушинами, выполненными в виде пластин приваренных встык к фланцу, при этом угол между данными проушинами равен 71°. В круговых машинах привод последней и предпоследней тележки чаще всего включается в работу и быстрее вырабатывает свой ресурс. Поэтому в целях снижения нагрузки на элементы привода последней и предпоследней тележки круговых машин, трубопровод предконсольного пролета предлагается изготавливать из более легких труб ∅133×3 мм.
На фиг. 1 представлена секция дождевальной машины, вид сбоку;
на фиг. 2 - то же, вид сверху;
на фиг. 3 - шарнир карданного типа;
на фиг. 4 - вид А на фиг. 3;
на фиг. 5 - универсальный шпренгель;
на фиг. 6 - последняя секция шпренгельной фермы, содержащая укороченную трубу;
на фиг. 7 - схема для определения длины укороченной трубы и места расположения на ней креплений для раскосов;
на фиг. 8 - поперечина;
на фиг. 9 - секция раскосов в плоскости перпендикулярной оси трубопровода;
на фиг. 10 - болтовое соединение концов раскосов, поперечин и проушин соседних шпренгелей;
на фиг. 11 - то же, в разрезе.
Предлагаемая дождевальная машина состоит из секций 1 (фиг. 1, 2) последовательно соединенных с помощью шарниров карданного типа 2 (фиг. 3, 4). Каждая секция 1 содержит шпренгельную ферму 3, которая с помощью шарнира карданного типа 2 одним концом соединена с предыдущим пролетом, а вторым зафиксирована на самоходной тележке 4. Шпренгельная ферма 3 содержит трубопровод, десять секций раскосов 5, поперечины 6 и универсальные шпренгели 7, которые имеют одинаковую длину и изготовлены из круглых стержней 8, имеющих по концам приваренные проушины 9, выполненные в виде пластин (фиг. 5).
Трубопровод фермы 3 выполнен из трубы ∅159×3 мм и состоит из концевых патрубков 10 и 11, одной укороченной трубы 12 и пяти универсальных труб 13, соединенных вместе с помощью фланцев 14, между которыми установлены пластиковые прокладки 15. Универсальные трубы 13 имеют по четыре пары креплений 16 для раскосов 5. Укороченная труба 12 установлена в последней секции фермы 3 (фиг. 6), для чего она снабжена с одной стороны креплениями 16 для раскосов 5, а с другой проушинами 17 для соединения с опорными стойками 18 самоходной тележки 4. Для соединения концов раскосов 5 последней секции фермы 3, содержащей укороченную трубу 12, с концевым патрубком 11 при помощи универсального шпренгеля 7, длина укороченной трубы 12 должна учитывать толщину пластиковой прокладки 15 устанавливаемой между фланцами 14. Таким образом, длина укороченной трубы 12 должна составлять (фиг. 7):
где  - длина укороченной трубы 12, мм;
- длина универсальной трубы 13, мм;
- толщина прокладки 15, мм.
Также, с учетом толщины прокладки 15, крепления 16 для раскосов 5 на укороченной трубе 12 смещены к ее краю, а расстояние от центра креплений 16 до края укороченной трубы 12 составит (фиг. 7):
к
где s - расстояние от центра креплений 16 до края укороченной трубы 12, мм;
s - расстояние между центрами креплений 16 в секции раскосов 5 на универсальных трубах 13;
- толщина прокладки 15, мм.
Последняя секция раскосов 5 фермы 3 дополнительно связана двумя трубчатыми ребрами жесткости 19 с опорными стойками 18 самоходной тележки 4.
По краям пролета размещаются концевые патрубки 10 и 11, имеющие стойки 20 с проушинами 21, к которым подвижно закреплено кольцо 22 шарнира карданного типа 2, а герметичность стыков соседних трубопроводов обеспечивает резиновая муфта 23. Причем в начале пролета устанавливается концевой патрубок 10 с горизонтальным размещением проушин 21, а в конце пролета монтируется концевой патрубок 11 с вертикальным расположением проушин 21, который также снабжен проушинами 17 для соединения с опорными стойками 18 самоходной тележки 4. Для крепления крайних шпренгелей 7 концевые парубки 10 и 11 оснащены проушинами 24, выполненными в виде пластин приваренных встык к фланцу 14, при этом угол между проушинами 24 составляет 71° (фиг. 4).
Для обеспечения жесткости фермы 3 поперечины 6 выполнены из отрезка трубы со сплюснутыми и отогнутыми вниз под углом 54,5° концами, имеющими монтажное отверстие 25 (фиг. 8). Также величина угла между противоположными раскосами 5 в плоскости перпендикулярной оси трубопровода равна 71° (фиг. 9). Концы раскосов 5, поперечин 6 и проушины 9 соседних шпренгелей 7 соединяются вместе при помощи одного высокопрочного болтового соединения 26 (фиг. 10). Такая одноточечная схема соединения элементов обеспечивает простоту конструкции фермы 3, упрощает ее монтаж и придает ей большую жесткость, за счет плотного прилегания поверхностей всех соединяемых элементов. Для обеспечения дополнительной прочности фермы 3 проушины 9 шпренгелей 7 размещаются на безрезьбовой части высокопрочного болта болтового соединения 26 (фиг. 11).
На укороченной трубе 12 и универсальных трубах 13 монтируются дождевальные насадки 27.
Для обеспечения равномерности распределения усилий в секциях фермы 3, трубопровод, в вертикальной продольной плоскости, выполнен в виде плавной дуги, концы которой обращены вниз. С целью придания трубопроводу указанного изгиба, в каждой секции раскосов 5 фермы 3, раскосы 5 имеющие наклон в сторону середины фермы 3 выполнены длиннее, чем раскосы 5 с наклоном в сторону конца фермы 3. При этом, чем дальше расположена секция раскосов 5 от середины фермы 3, тем больше разница в длине данных раскосов 5.
В круговых машинах в целях снижения нагрузки на элементы привода последней и предпоследней тележки 4, трубопровод предконсольного пролета изготавливается из более легкой трубы ∅133×3 мм.
Использование предлагаемого технического решения в дождевальных машинах кругового и фронтального действия позволит упростить конструкцию фермы и увеличить длину пролетов, что снизит себестоимость машины и уменьшит площадь земли, отчуждаемой под колею, за счет сокращения числа самоходных тележек.