ДОЖДЕВАЛЬНАЯ МАШИНА
SPRINKLING MACHINE

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в поливной технике, а именно на дождевальных машинах, перемещающихся фронтально или по кругу вокруг неподвижной опоры.
Известна дождевальная машина типа «Фрегат», состоящая из неподвижной опоры, тележек с гидроприводом, на которых расположен водопроводящий трубопровод из стальных оцинкованных труб с дождевальными аппаратами (Сапунков А.П. Механизация полива дождеванием. - М., Колос, 1984. - 271 с.).
Недостатками дождевальных машин типа «Фрегат» является то, что водопроводящий трубопровод выполнен из стальных тонкостенных труб, являющихся неотъемлемой частью поддерживающей его фермы, что усложняет ремонт и замену трубопровода. Кроме того, тонкостенные стальные оцинкованные трубы в настоящее время в России не производятся, т.к. обладают низкой коррозионной стойкостью, что ограничивает срок эксплуатации дождевальной машины до 12 лет. [Справочник по орошаемому земледелию. Сост. проф. Н.А. Масиенко. - Саратов: Приволж. кн. изд-во, 1993. - С. 135-140].
Известна дождевальная машина, пролеты водопроводящего трубопровода которой выполнены из полимерных труб. Трубы сварены между собой и смонтированы в каркасе. Каркас выполнен из металлических уголков. Металлические уголки соединены между собой пластинами, кронштейнами и поперечинами, образующими жесткую конструкцию. Конструкция поддерживается в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Концы каркаса крепятся к рамам опорных тележек (Патент РФ №2494378).
Недостатком этой дождевальной машины является большая масса каркаса, выполненного из металлических уголков, соединенных между собой пластинками, кронштейнами и поперечинами, высокая трудоемкость ее изготовления, обусловленная высокой трудоемкостью слесарных и сварочных работ по изготовлению каркаса. Необходимое увеличение массы для обеспечения требуемой жесткости и прочности конструкции отражается на материалоемкости дождевальной машины и, как следствие, повышают ее себестоимость.
Известна дождевальная машина, которая содержит самоходные тележки с приводами, водопроводящий трубопровод с дождевальными насадками. Водопроводящий трубопровод из полиэтиленовых труб укладывается на пролеты тележек, выполненные в виде напряженных объемных ферм мостового типа треугольного сечения, которые своими концами шарнирно крепятся к самоходным тележкам. Раскосы ферм, образующие стороны треугольника, крепятся к продольному уголку на вершине фермы таким образом, что их концы находятся выше этого уголка, образуя козлы, в которые укладываются и крепятся полиэтиленовые трубы, соединяющиеся своими фланцами с короткими трубами на самоходных тележках (Патент РФ №2535158).
Недостатком данного изобретения является также большая масса дождевальной машины, обусловленная необходимостью использования стандартного продольного уголка на вершине фермы. Для обеспечения достаточной жесткости и прочности конструкции пролетов необходимо использовать продольные уголки больших сечений и, следовательно, большой массы. Увеличение массы ухудшает эксплуатационные характеристики дождевальной машины и повышает ее материалоемкость и себестоимость.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения целесообразно рассмотреть дождевальную машину фронтально-кругового перемещения Centerliner 168 CLS производства компании BAUER (Австрия), содержащую самоходные тележки, расположенный на них дугообразный водопроводящий трубопровод, размещенные на водопроводящем трубопроводе укосины, которые служат для поддержки водопроводящего трубопровода и связаны байтовыми растяжками с самоходными тележками. Водопроводящий трубопровод выполнен из отдельных соединенных между собой фланцами внешних стальных труб с внутренним покрытием из полиэтилена высокой плотности (HDPE) толщиной 4.0 и 4.9 мм. (Захаров Р.Ю., Софроний И. Н. Рекомендации по технической модернизации дождевальных машин BATJER-LINESTAR 5000 // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов. - Симферополь: НАПКС, 2007. - Вып. 19-20. - С. 126-129).
Недостатками этой дождевальной машины являются высокая себестоимость дождевальной машины на основе трубопровода с внутренним покрытием из полиэтилена, обусловленная низкой производительностью, высокими энергозатратами и высокой трудоемкостью процесса покрытия стальной трубы полиэтиленом, повышенная масса машины при использовании трубопровода с полиэтиленовым покрытием и, как следствие, повышенное давление на грунт.
Задачей предлагаемого изобретения является создание дождевальной машины, в которой сокращается использование подверженных коррозии сталей при одновременном обеспечении необходимой прочности конструкций, уменьшается масса машины и нагрузка на грунт, увеличивается реальный срок эксплуатации и обеспечивается абсолютная коррозионная стойкость трубопровода при подаче агрессивных жидкостей, например раствора минеральных удобрений, сокращаются эксплуатационные затраты.
Поставленная задача решается за счет того, что в дождевальной машине, содержащей самоходные тележки, расположенный на них по дуге водопроводящий трубопровод, выполненный из отдельных соединенных между собой фланцами внешних стальных труб с дождевателями, размещенные на водопроводящем трубопроводе укосины, которые служат для поддержки водопроводящего трубопровода и связаны байтовыми растяжками с самоходными тележками, внешние стальные трубы выполнены в виде тонкостенного стального корпуса, состоящего из крышки и основания из прямых отрезков труб с поперечным сечением произвольной формы, а фланцы коробчатой конструкции образованы из неразъемно связанных наружной и внутренней частей, заполненных жестким пенополиуретаном, и неразъемно связаны с основанием и крышкой стального корпуса. Дополнительно установлена в корпусе внутренняя водопроводящая полимерная труба из непластифицированного поливинилхлорида, размещенная в вырезах стальных внутренних поперечных перегородок корпуса, причем центры окружностей вырезов внутренних поперечных перегородок расположены по дуге для обеспечения изгиба внутренней полимерной трубы. Внутренние полости между перегородками заполнены жестким пенополиуретаном до образования конструкции единого трехслойного металлополимерного трубопровода.
Повышение давления при пенообразовании полиуретана создает напряжение растяжения в стальном тонкостенном корпусе и напряжения сжатия во внутренней водопроводящей трубе, которые положительно влияют на прочность и жесткость конструкции. После отверждения жесткий пенополиуретан, обладающий высокой адгезией к металлам и непластифицированному поливинилхлориду, прочно соединяет внутреннюю полимерную трубу и стальной корпус, образуя единую трехслойную конструкцию, которая усилена стальными перегородками с вырезом под крепление полимерной внутренней трубы.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид дождевальной машины.
На фиг. 2 представлен отрезок трехслойного металлополимерного трубопровода.
Дождевальная машина содержит (фиг. 1) самоходные тележки 1 с размещенным на них водопроводящим трубопроводом 2, выполненным из отдельных, соединенных между собой фланцами 3 отрезков трубопровода 4. Установленные на водопроводящем трубопроводе 2 укосины 5 служат для его поддержки и связаны шпренгелем 6 и байтовыми растяжками 7 с самоходными тележками 1. Отдельные отрезки трубопровода 4 выполнены в виде трехслойной металлополимерной конструкции (фиг. 2), состоящей из полимерной внутренней трубы 8 из непластифицированного поливинилхлорида, изогнутой по дуге окружности и стального корпуса 9. Стальной корпус 9 состоит из основания 10 и крышки 11, которые неразъемно соединены между собой в единую конструкцию с фланцами 3 по краям. Между основанием 10 и крышкой 11 стального корпуса 9 установлены стальные перегородки 12 с вырезами под полимерную внутреннюю трубу 8. Участки стальных перегородок 12, контактирующих с полимерной внутренней трубой 8 заканчиваются полукольцами 13, которые служат ложементом для поддержания внутренней полимерной трубы 8 в изогнутом положении и снижают контактное напряжение между трубой 8 и перегородками 12. Внутренние полости между полимерной внутренней трубой 8 из непластифицированного поливинилхлорида и стальным корпусом 9 заполнено пеной жесткого полиуретана 14, который после отверждения прочно соединяет внутреннюю трубу 8 и стальной корпус 9, образуя единую трехслойную конструкцию 4. На внешней поверхности корпуса 9 закреплены кронштейны 15 для крепления укосин 5 (фиг. 1).
Фланцы 3 коробчатой конструкции образованы из неразъемно связанных наружной 16 и внутренней 17 частей. Наружная часть 16 фланца неразъемно связана с основанием 10, а внутренняя часть 17 фланца неразъемно соединена с основанием 10 и крышкой 11 стального корпуса 9. Пространство между наружной 16 и внутренней 17 частями фланцев 3 заполнено пеной жесткого полиуретана. Внешние плоскости наружных частей 16 фланцев 3 установлены перпендикулярно касательной к оси трубы 8 в местах ее пересечения с внешней плоскостью наружных частей 16 фланцев 3.
Отрезки трубопровода 4 (фиг. 1) между собой соединяются в конструкцию трубопровода 2 с помощью фланцев 3, в которых имеются сквозные отверстия для крепежных деталей. Полимерные внутренние трубы 8 (фиг. 2) между собой соединяются шипом, выступающим за пределы наружной части фланца 3 с одной стороны и раструбом другой трубы 8, расположенным внутри стального корпуса 9.
Отводы 18 для подачи воды дождевателям приклеиваются к трубе 8 и через отверстия в крышке 11 выводятся наружу за пределы корпуса 9.
Снижение массы дождевальной машины обеспечивается конструкцией трехслойного металлополимерного трубопровода, который обладает достаточной прочностью и жесткостью при использовании потому, что имеет замкнутое поперечное сечение тонкостенного стального корпуса. Корпус усилен установкой поперечных перегородок, которые поддерживают полимерную трубу. Корпус с перегородками и внутренняя полимерная труба соединены между собой в единую конструкцию пеной жесткого полиуретана. Пенополиуретан при отверждении создает в стальном корпусе напряжения растяжения, а в полимерной трубе напряжения сжатия. Эти напряжения позволяют максимально снизить толщину стенок корпуса и полимерной трубы при сохранении достаточной жесткости, устойчивости и прочности поддерживающей конструкции и водовода. Сочетание использования незначительно изогнутой внутренней полимерной трубы с одновременным расположением по дуге прямых стальных корпусов повышает производительность и снижает напряженность в трубах, что обеспечивает долговечность конструкции.
Снижение массы дождевальной машины приводит к уменьшению материалоемкости и, следовательно, приводит к снижению себестоимости.
Снижение себестоимости обеспечивается также применением в конструкции серийно выпускаемых труб из непластифицированного поливинилхлорида, находящихся в самом низком ценовом диапазоне из всех полимерных материалов.
Снижение себестоимости обеспечивается снижением трудоемкости изготовления металлоконструкций трехслойной металлополимерной трубы, потому что при их изготовлении используются высокопроизводительные и малоотходные технологии металлообработки. Профили корпуса получаются прокатом листового рулонного штрипса. Перегородки и детали фланцев изготавливаются листовой холодной штамповкой. Неразъемное соединение деталей корпуса обеспечивается контактной сваркой в среде углекислого газа.
К числу преимуществ предлагаемого технического решения по сравнению с аналогами и прототипом следует отнести:
- уменьшение массы дождевальной машины и нагрузки на грунт до 15% за счет уменьшения массы трехслойной металлополимерной трубы на 30-40%. Например, масса одной стальной трубы с внутренним полимерным покрытием диаметром 168 мм и длиной 6000 мм в дождевальной машине BAUER-LINESTAR 5000 составляет 95 кг. При этом масса трехслойной металлополимерной трубы с аналогичными параметрами не превышает 65 кг;
- сокращение использования подверженных коррозии сталей при сохранении необходимой прочности конструкций;
- увеличение реального срока эксплуатации и обеспечение коррозионной стойкости трубопровода при подаче агрессивных жидкостей, например раствора минеральных удобрений;
- снижение до 50% потерь давления воды, водопровод из трубы ПВХ не подвержен отложениям, засорению и поражению микроорганизмами;
- сокращение эксплуатационных затрат и обеспечение высокотехнологичной ремонтопригодности.