ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, а именно, к поливочной технике, и позволяет повысить надежность и качество измерения и удобства эксплуатации при регистрации параметров, и на основе регистрированных параметров определения характеристик энергоэффективности дождевальных машин, например, дождевальных машин фронтального действия.
Известно конструкция дождевальной машины фронтального действия типа «Кубань-Л» (В.И.Городничев. Автоматизация технологических процессов орошения: производственно-практическое издание. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. -268 с.).
ШДМ «Кубань-Л» состоит из форменного водопроводящего трубопровода, который установлен на опорных тележках (16 шт.) с электроприводом и энергетической установки. В состав энергетической установки входит двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (ЯМ3-238НБ, мощность 168 кВт), трехфазный генератор (мощность 30 кВт) и водяной насос (мощность на валу 100 кВт).
Уникальность ШДМ заключается в том, что она представляет собой автономный мобильный агрегат, где в качестве источника энергии используется ДВС, потребляющий дизельное топливо, механическая энергия которого тратится на привод водяного насоса и преобразуется при помощи трехфазного генератора в электрическую энергию.
3
Оросительная вода из оросительного канала, проложенного посередине поля, подается при помощи водяного насоса в водопроводящий трубопровод, на котором равномерно размещены дождевальные насадки (307 шт.) Полив осуществляется при движении в автоматическом режиме, обеспечивая установленную норму полива в пределах 79…790 м/га. Конструктивная длина ШДМ с учетом консолей составляет 787 м, а ширина захвата дождем - 807 м.
Система автоматического управления движением машины обеспечивает сихронизацию движения всех опорных тележек в линию, стабилизацию машины по направлению движения по направляющему тросу, который протянут вдоль оросительного канала. Также существует система аварийного отключения при выходе контролируемых параметров за пределы допустимых значений и выдачи соответствующих сигналов на щит управления машиной.
Недостатками известной конструкции дождевальной машины фронтального действия являются отсутствие возможности измерения, регистрации параметров и на основе зарегистрированных параметров определять показатели энергоэффективности дождевальных машин при производственной эксплуатации, а также при проведении опытных и заводских испытаний и научных исследованиях. Также отсутствует возможность архивирования результатов предыдущих регистрации для анализа и синтеза системы управления движением машины.
Известен измерительный комплекс для испытаний многоопорных дождевальных машин (Измерительный комплекс для испытаний многоопорных дождевальных машин. Информационный листок №886-86. Номер государственной регистрации - 81030240. Составители: З.Ш.Юлдашев и С.В.Новицкий.) (копия прилагается). Измерительный комплекс для испытаний многоопорных дождевальных машин предназначен для сбора информации при проведении испытаний машин фронтального действия типа «Каравелла-Л» и «Кубань-Л». В состав измерительного комплекса входит: блок коммутации и управления, блок питания, таймер, датчики пути, цикличности и курса движения дождевальной машины, регистрирующие приборы и соединительные провода и кабели.
Недостатком известного измерительного комплекса для испытаний многоопорных дождевальных машин являются: наличие большого количества блоков, приборов и устройств, обеспечивающих измерение параметров, каждый из которых вносит свои погрешности в результаты измерений. Регистрация осуществляется на бумажном носителе (самописец, осциллограф), требуется большое количество времени и ручного труда на камеральную обработку результатов регистрации и частичное определение показателей энергоэффективности (например, площадь полива, время работы), отсутствует возможность оперативной регистрации, определения показателей энергоэффективности (расход топлива, расход оросительной воды, площадь полива, фактическая норма полива (слой дождя)) и архивирования результатов регистрации.
Задачей полезной модели является повышение точности и качества измерения и удобства эксплуатации при регистрации параметров дождевальной машины фронтального действия.
Поставленная задача решается за счет того, что информационно-измерительная система для определения энергоэффективности дождевальных машин, включающее датчики пути, цикличности и курса, установленных на дождевальной машине, блок питания, таймер, блок коммутации и управления и регистрирующие приборы, на входе двигателя внутреннего сгорания дождевальной машины устанавливается расходомер топлива, а выход двигателя внутреннего сгорания через датчик момента вращения и датчик его угловой скорости вращения соединен с входом редуктора, первый выход которого соединен со входом водяного насоса, выход которого через расходомер оросительной воды и манометр соединен с водопроводящим трубопроводом, второй выход редуктора соединен через трехфазный генератор с интегральным электронным счетчиком электрической энергии, при этом на дождевальной машине установлены метеостанция с возможностью измерения температуры, влажности и скорости и направления ветра, амперметр, вольтметр и расходомер воды через дождевальную насадку, при этом выходы всех датчиков, блока питания и пульта управления соединены со входами микропроцессорного блока контроля и управления, входы-выходы последнего соединены с электронным дисплеем и интерфейсным устройством.
Новые существенные признаки:
1. На входе двигателя внутреннего сгорания дождевальной машины устанавливается расходомер топлива, а выход двигателя внутреннего сгорания через датчик момента вращения и датчик его угловой скорости вращения соединен с входом редуктора.
2. Первый выход редуктора соединен со входом водяного насоса.
3. Выход водяного насоса через расходомер оросительной воды и манометр соединен с водопроводящим трубопроводом.
4. Второй выход редуктора соединен через трехфазный генератор с интегральным электронным счетчиком электрической энергии.
5. На дождевальной машине установлены метеостанция с возможностью измерения температуры, влажности и скорости и направления ветра, амперметр, вольтметр и расходомер воды через дождевальную насадку.
6. Выходы всех датчиков, блока питания и пульта управления соединены со входами микропроцессорного блока контроля и управления, входы-выходы последнего соединены с электронным дисплеем и интерфейсным устройством.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат, заключающийся в повышении точности и качества измерения и удобства эксплуатации при одновременном измерении и регистрации множество параметров дождевальной машины, например, дождевальной машины фронтального действия при помощи установленных датчиков, позволит значительно сократить сроки проведения исследований, повысить качество и достоверность полученных данных по показателям энергоэффективности.
Информационно-измерительная система для определения энергоэффективности дождевальных машин фронтального действия может быть смонтирована на щите управления машиной, а также использована, помимо проведения исследования опытных образцов, также при эксплуатации машины в поливной сезон. Это позволит постоянно контролировать энергетические параметры машины, периодически сравнивать настроечные параметры с заданными (паспортными) значениями, вести учет в журнале качества выполнения энерготехнологического процесса полива орошаемого участка поля: фактическая норма полива за каждый проход машины с фиксацией зон переполива и недополива относительно заданных или фактических норм полива и суммарный внесенный объем оросительной воды с начала поливного сезона. Это позволить контролировать качество выполнения энерготехнологического процесса полива и оперативно на основе полученных данных измерения определять режимные изменения, потерь энергии и относительные энергоемкости работы каждого элемента и ЭТП полива.
Информационно-измерительная система для определения энергоэффективности дождевальных машин фронтального действия с возможностью регистрировать одновременно все необходимые параметры движения и оперативно, в масштабе реального времени, определяющий энергетические параметры машины, в рамках определенного хозяйства (региона) позволяет проводить приборный энергоаудит дождевальных машин, которые находятся в эксплуатации и разработать энерго- и ресурсосберегающие мероприятия по повышению энергоэфффективности ЭТП полива.
На фиг.1 приведена функциональная схема информационно-измерительной системы для определения энергоэффективности дождевальных машин фронтального действия.
Информационно-измерительная система для определения энергоэффективности дождевальных машин фронтального действия состоит из микропроцессорного блока контроля и управления (МБКУ) 1, выходы блока питания 2, пульта управления 3 соединены со входами МБКУ 1, входы-выходы последнего соединены со входами электронного дисплея 4, который предназначен для визуализации результатов определения показателей энергоэффективности и интерфейсного устройства 5. Для измерения и преобразования различных параметров движения дождевальной машины в электрический сигнал, удобный для регистрации используются: датчик пути 6 и датчик цикличности 7, который фиксирует моменты времени включения и отключения электродвигателей приводов и установлены на опорных тележках (на фиг.1 не показаны), амперметр 8 и вольтметр 9, которые предназначены для измерения значения электрического тока и напряжения в цепи, расходомер оросительной воды 10, манометр 11, который измеряет напор оросительной воды, расходомер топлива 12, датчик курса 13, который измеряет боковое отклонение от курса движения, интегральный счетчик электрической энергии 14, который измеряет значение израсходованной электрической энергии, расходомер 15, который предназначен для измерения расхода оросительной воды через дождевальную насадку 16 (количество дождевальных насадок 307 шт.), датчик угловой скорости вращения 17, датчик момента вращения 18 и метеостанция 19. Метеостанция 19 предназначена для измерения скорости и направления ветра, температуры и влажности воздуха. При скорости ветра более 5-6 м/с полив при помощи дождевальных машин не рекомендуется. А также при высоких температурах и низкой влажности воздуха и в световой день (особенно в солнечный день) полив также не рекомендуется (коэффициент испарения очень высок).
Объект, на котором производится измерение - дождевальная машина, например, дождевальная машина фронтального действия, состоит из двигателя внутреннего сгорания 20, механическая энергия которого передается на редуктор 21 через датчиков угловой скорости вращения 17 и момента вращения 18, выходы редуктора 21 соединены с водяным насосом 22 и трехфазным генератором 23. Водяной насос 22 подает оросительную воду из оросительного канала (на фиг.1 не показана) через расходомер оросительной воды 10 и манометр 11 в водопроводящий трубопровод 24. Водопроводящий трубопровод 24 установлен на опорных тележках (две крайние ведущие 25 и шестнадцать промежуточные опорные тележки 26).
Перед проведением измерений и регистрации параметров движения дождевальной машины фронтального действия необходимо установки и настройки соответствующих датчиков на дождевальной машине. Расходомер топлива 12 устанавливается на входе двигателя внутреннего сгорания 20, датчик угловой скорости вращения 17 и датчик момента вращения 18 - на выходе двигателя внутреннего сгорания 20. Метеостанция 19 крепится на раме дождевальной машины, например, на мачте (на фиг.1 не показана). Расходомер оросительной воды 10 и манометр 11 устанавливаются непосредственно после водяного насоса 22 перед водопроводящим трубопроводом 24. Интегральный счетчик электрической энергии 14 устанавливается на выходе трехфазного генератора 23. Электрическая энергия от интегрального счетчика электрической энергии 14 распределяется для питания системы управления машиной и на электроприводы опорных тележек 25 и 26 (на фиг.1 не показана). Датчик пути 6 и датчик цикличности 7 устанавливаются на соответствующих опорных тележках, где необходимо проведение измерений (согласно программы исследований). Амперметр 8 и вольтметр 9 подключаются в электрическую цепь, где необходимо проводить измерение. Датчик курса 13 устанавливается непосредственно над направляющим тросом (на фиг.1 не показан) и крепится на раме дождевальной машины. Расходомер 15 устанавливают на дождевальной насадке 16, на которой необходимо проводить измерение расхода оросительной воды через дождевальную насадку 16. Все датчики подключаются на микропроцессорный блок контроля и управления 1. Блок питания 2 обеспечивает питанием микропроцессорный блок контроля и управления 1 и датчиков. Пульт управления 3 служит для ввода конфигурации измерений (активируется необходимые датчики) и алгоритма расчета показателей энергоэффективности дождевальной машины.
Информационно-измерительная система для определения энергоэффективности дождевальных машин фронтального действия работает следующим образом.
Оператор машины на основе показаний метеостанции принимает решение о целесообразности полива по следующим характеристикам: скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха. Оператор также должен учитывать метеосводку на ближайшие дни с целью корректировки сроков и нормы полива.
После прогрева двигателя внутреннего сгорания 20 и забора оросительной воды в водопроводящий трубопровод 24 и начала движения дождевальной машины происходит измерение и регистрация параметров движения (количество регистрируемых параметров зависит от программы исследований и может быть задано через пульт управления 3).
Регистрация по всем каналам измерения может быть осуществлена с интервалом 1 с, 5 с, 10 с, 30 с, 1 мин. Выбор интервала регистрации зависит от динамических характеристик протекающих процессов.
На основании результатов регистрации определяются следующие показатели энергоэффективности, например:
- средняя скорость движения машины;
- площадь полива;
фактическая норма полива;
- расход топлива на единицу площади полива;
- слой дождя после прохода машины;
- энергоемкость полива единицы площади;
3
- энергоемкость подачи 1 м оросительной воды и другие энергетические характеристики.
Аналоговые датчики, используемые при измерениях должны иметь цифровой выход для надежной передачи измеренной информации на расстояние до 400 м.
В качестве датчика пути, пройденного опорными тележками, рекомендуется использовать специально разработанный датчик пути, на результат измерения которого влияние неровности поля (рельефа поля) и условия функционирования опорных тележек (постоянно под струей дождевальных насадок, налипание грязи и др.) сведены до минимума.
Результаты регистрации и вычислений могут быть архивированы и переданы через интерфейсное устройство 5 по каналам связи в систему высшего уровня (USB, RS-232). МБКУ 1 через интерфейсное устройство 5 по каналам связи может быть перепрограммирован на измерение и регистрацию различных параметров движения дождевальной машины согласно программы исследований.