СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ОРОСИТЕЛЬНОЙ ВОДЫ ПРИ ПОЛИВЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTROLLING DISTRIBUTION OF IRRIGATION WATER DURING IRRIGATION AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к сельхозмашиностроению и может быть использовано в дождевальной технике для создания на поле равномерно увлажненной почвы под сельскохозяйственными культурами путем управления расходом и направлением струи каждого дождевального аппарата дождевальной машины и осуществления прецизионного орошения (Концепция дождевальной машины нового поколения для технологии прецизионного орошения. Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, №2(26), 2017 г., стр. 1-18. Код доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec477-field6.pdf).
Известен дождевальный насадок (RU 2380167, 27.01.2010), содержащий монтируемый посредством ниппеля водоподводящего трубопровода корпус, закрепленный на стойке дефлектор и сопло с центральным отверстием, дефлектор выполнен в виде параболоида вращения с бордюрной направляющей, сопряженной с образующей параболой вращения по дуге окружности, а на наружной поверхности параболоида предусмотрены направляющие лопасти, выполненные по эвольвенте круга с левосторонней направленностью, стойка дефлектора включает каркас из удерживающих элементов, который зафиксирован с помощью резьбовой гайки на наружной поверхности корпуса.
Недостатком насадки является невозможность автоматизированного управления расходом и направлением струи каждого дождевателя для выравнивания влажности почвы под дождевальной машиной после предыдущего полива.
Известен дождеватель (RU 2361681, 20.07.2009), выполненный в виде цилиндрического насадка с острой входной кромкой и цилиндрической частью с треугольными канавками на рабочей поверхности дефлектора. Канавки расположены в виде веера с углом обхвата 180° со смещенным центром веера в сторону сжимающего отверстия. Для фиксации насадки в нужной плоскости служит контргайка. Техническим результатом изобретения является снижение интенсивности дождя, размера капель и энергии воздействия на почву, повышение ветроустойчивости.
Недостатком насадки является сложность управления интенсивностью дождя и размером капель при ручной настройке насадки.
Известна насадка (RU 2174876, 20.10.2001), содержащая корпус, закрепленный на стойке дефлектор, и сопло с центральным отверстием, при этом сопло и корпус выполнены единой деталью. Центральное отверстие сопла сопряжено с полостью корпуса и выполнено с сужением в направлении среза сопла, а установленный на стойке дефлектор выполнен в виде тела вращения переменного сечения, нижняя резьбовая часть стойки смонтирована в полости корпуса посредством кронштейна. В насадке на верхнем срезе дефлектора выполнено фасонное углубление под размер торца шестигранного воротка.
Недостатком данной насадки является сложность конструкции, невысокая надежность.
Известна также насадка (SU 613179, 15.12.1990), содержащая цилиндрический корпус с осевым каналом подачи жидкости и выпускными отверстиями в торце корпуса, размещенный на торце корпуса посредством хвостовика дефлектор и узел регулировки выпускных отверстий, при этом он снабжен жестко соединенным с хвостовиком дефлектора многовинтовым шнекообразным сердечником, установленным с возможностью свободного вращения вокруг своей оси, при этом дефлектор выполнен с криволинейными лопастями.
Недостатками данной насадки являются невысокая производительность и сложность конструкции.
Известна дождевальная дефлекторная насадка (RU 2615574, 05.04.2015), содержащая корпус с выходным отверстием и резьбой для присоединения. Дефлектор имеет криволинейно вогнутую поверхность. В центре дефлектора расположен бульб выпуклой эллипсовидной формы. Большая ось бульба совпадает с осью дефлектора. На дефлекторе выполнены уступы треугольной формы переменного сечения. Сечение попеременно увеличивается и уменьшается к периферии. Обеспечивается получение мелкодисперсного дождя с более равномерными каплями и их равномерное распределение в дождевом облаке.
Известна дождевальная дефлекторная насадка (RU 2616842, 18.04.2015), состоящая из корпуса с резьбой и конического дефлектора, установленного на ножках конусом в сторону выходного отверстия. Дефлектор имеет круглую или многогранную форму. На периферийной части выполнены рассекатели в виде гребенки. Обеспечивается получение мелкодисперсного дождя с равномерными каплями с равномерным распределением в дождевом облаке. Упрощается конструкция и повышается надежность насадки.
Известен насадок дождевального агрегата (RU 2173584, 20.09.2001), содержащий водоподводящий корпус, закрепленный на стойке дефлектор выполнен в виде обращенной в сторону сопла вогнутой чаши с выпуклостью в ее средней части и совмещенным с осью симметрии резьбовым отверстием, разделенной ребрами жесткости на отсеки, каждый из отсеков по высоте дефлектора имеет переменное сечение, при этом снабженный возможностью бесступенчатого перемещения дефлектора и сопло соединены посредством стойки.
Известен дождевальный аппарат секторного типа (RU 2587566, 20.04.2016), обеспечивающий регулирование расхода и направления струи воды, осуществляемый по команде процессора для выравнивания влажности почвы по всему полю.
Известен способ распределения искусственного дождя по орошаемому полю, который предусматривает использование короткоструйных дефлекторных насадок с одинаковым диаметром выходного отверстия. Располагают насадки с переменным шагом из расчета одинакового расхода воды на каждый метр длины поливного трубопровода. Способ повышает эксплуатационную надежность, снижает затраты труда на обслуживание дождевателей (RU 2383128, 10.03.2010).
Известен способ распределения искусственного дождя на зарубежных дождевальных машинах фирмы «Bauer» (Австрия), «Vally», «Valmont» «linear II Valle» (США) (Роторные дождеватели Senninger UP3. Режим доступа http://rainfineirrigation.ru/7-12-sprinkler-parts/195085). Равномерное распределение искусственного дождя достигается за счет постоянного расхода дефлекторных дождевальных насадок с помощью регулятора давления, устанавливаемого перед каждой насадкой. В качестве насадок чаще используют известные роторные дождеватели Senninger UP3 со смещенным центром, обеспечивающие высокую равномерность полива при низком давлении и экономном расходе энергии.
Недостатком всех перечисленных выше способов распространения искусственного дождя и устройств дождевальных насадок (дождевателей) является необходимость в ручной настройке расхода воды и направления распространения дождевого облака, отсутствие возможности автоматизации управления дождевателями широкозахватных дождевальных машин для равномерного увлажнения и выравнивания влажности почвы всего поля при прецизионной технологии орошения (Концепция дождевальной машины нового поколения для технологии прецизионного орошения. Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. - №2(26). - 2017 г. - стр. 1-18. Код доступа: http://www.rosniipm-sm.rn/dl_files/udb_files/udb13-rec477-field6.pdf).
Цель - повышение урожайности сельскохозяйственных культур за счет создания способа и устройств для прецизионной технологии орошения дождевальными машинами.
Для достижения цели предлагается способ прецизионной технологии орошения дождеванием оцифрованного и разбитого на сегменты поля (по результатам дистанционного зондирования), состоящий из выравнивания влажности почвы по всему полю путем привязки экспозиции каждого дождевателя дождевальной машины к сегментам поля и использования дождевателей, управляемых процессором дождевальной машины и способных изменять расход и направление струи воды с учетом влажности почвы сегментов поля. Для осуществления способа предлагаются устройства - управляемые процессором дождеватели с изменяющимся положением сопла в выходном отверстии по отношению к неподвижному дефлектору или изменяющимся положением дефлектора относительно неподвижного выходного отверстия дождевателя, что позволяет управлять направлением и расходом струи каждым дождевателем для выравнивания влажности почвы по всем сегментам поля по команде управляющего процессора.
Способ и устройство описываются фигурами: фиг. 1 - Дождеватель, вид сбоку; фиг. 2 - Вид сверху дождевателя по разрезу А-А и клапан переключатель цилиндров для отклонения сопла дождевателя; фиг. 3 - Перевод дождевателя из кругового (а) в секторный режим полива: б) назад (сухой след); в) влево; г) вправо; фиг. 4 - Дождеватель с отклоняющимся дефлектором.
Дождеватель (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с выходным отверстием 2 и резьбой 3 для присоединения к штуцеру ДМ, держателем-кронштейном с дефлектором 4, опирающимся на упор 5 (дно корпуса 1), дефлектор 4 выполнен с чередующимися углублениями 6 и выступами 7, сопла 8, свободно вращающегося с шарообразным наголовником 9, размещенном в направляющем штуцере 10, вкрученном резьбой 11 в корпус 1, клапана-переключателя 12 гидроцилиндров 13, регулирующих положение сопла 8 относительно вершины неподвижного дефлектора 14, датчика положения 15 дефлектора 4 и гидроцилиндра 16 с поршнем 17 и штуцером 18, процессором 19, обрабатывающим данные об увлажнении почвы по сегментам поля и управляющий штоком 21 клапана-переключателя 12 и гидроцилиндров 13.
Клапан-переключатель 12 (фиг. 2) содержит корпус 19 с навинчиваемой крышкой 20, шток 21 с нанесенными в определенном порядке углублениями 22, штуцера впускные 23 и выпускные 24, систему трубопроводов впускных 25 (соединенных с напорным трубопроводом ДМ 26) и выпускных 27, соединенных с (тремя и более) гидроцилиндрами 13, прикрепленными к ребрам жесткости 29 корпуса 1, шток цилиндра заканчивается подвижным наконечником 28, приводимым в движение гидроцилиндром 13, датчики положения 30 (на клапане-переключателе 12) и 31 (на гидроцилиндре 13) передают данные в процессор 19 гидроцилиндра 32 и 13, приводящего в движение шток 21 клапана-переключателя 12.
Отклонение сопла 8 в одну из сторон позволяет дождевателю поливать по кругу или секторами, как показано на фиг. 3, если гидроцилиндров 13 будет более трех, то количество секторов увеличивается и угол покрытия почвы дождем уменьшается.
На фиг. 4 показано устройство дождевателя для второго способа управления расходом и направлением струи воды. Устройство состоит из корпуса 1, подвижного дефлектора 14 с концевиком 33, дефлектор имеет чередующиеся углубления 34 и выступы 35, гидроцилиндра 36 со штоком 37, и датчиком положения штока 38, датчика положения 39 концевика 40 дефлектора 33, штуцера 41, в верхней части корпуса 1 имеется резьба для присоединения к штуцеру 42 дождевальной машины, неподвижный выход 43, ребра жесткости, округлой нижней поверхности 44, клапан-переключатель 12, процессор 19.
Для усовершенствования технологии орошения необходимо внедрить в дождевальную технику элементы прецизионного орошения с привязкой к конкретным сегментам поля, когда сравнивается информация, полученная по данным дистанционного зондирования о равномерности увлажнения поля перед поливом (например, с использованием малой авиации, оборудованной спектральными или радиолокационными камерами, с привязкой к сегментам заданного размера: 3×3 м, 6×6 м и т.д. данного поля) и по данным позиционирования движущейся работающей дождевальной машины (ДМ). Например, сравнивая данные дистанционного зондирования и позиционирования ДМ процессор определил, что слева от «n» дождевателя находится участок с низкой влажностью почвы на «n» сегменте и высокой влажностью вправо от дождевателя, процессор 19 подает команду «n» дождевателю о переходе на полив сектора (фиг. 3в) «n» сегмента. Для этого возможны два варианта устройства дождевателя.
Первый способ управления поливом предполагает изменение направления струи дождевателя и расхода воды путем изменения конструкции дождевателя - устройства подвижного сопла и неподвижного дефлектора. Устройство работает следующим способом (фиг. 2): вода под напором подается через штуцер 10 и подвижное сопло 8 на вершину 14 дефлектора 4 и рассеивается чередующимися углублениями 6 и выступами 7 дефлектора 4 по кругу, образуя дождевое облако, которое оседает и увлажняет почву. Для полива по площади недоувлажненного сектора процессором на гидроцилиндр 13 подается команда о включении клапаном-распределителем 12 подачи воды в гидроцилиндр 13, который отклоняет сопло вправо по ходу движения ДМ и вода поступает на левую часть дефлектора 4 и разбрызгивается по сектору влево от дождевателя (фиг. 3в), контроль выполнения команды осуществляют датчики положения 30 и 31, расположенные на гидроцилиндре 13 и на клапане-переключателе 12, и передают данные в процессор 19. В случае получения сведений о переувлажнении почвы «n» сегмента (например, микропонижение рельефа, куда стекла вода от прошлого полива) процессор подает команду о прекращение поливы переувлажненного «n» сегмента, тогда гидроцилиндр 16 выдвигает шток концевика 33 вверх, и дефлектор 4 перекрывает сопло 8 частично и уменьшает расход дождевателя или перекрывает полностью, датчик положения 15 передает исполнение команды на процессор 19. Для предотвращения создания глубокой колеи обеспечения прохода ДМ по сухой почве используется прием «сухой след», когда струя воды подается по сектору (фиг. 3б) назад, т.е. поливается почва после прохода ДМ.
Второй способ управления поливом предполагает отклонение верхушки дефлектора от струи, поступающей из выходного отверстия 14 для изменения направления дождевого облака, что позволяет выравнивать увлажнение почвы по сегментам (фиг. 4). Отклонение вершины дефлектора 14 вправо направляет струю воды влево по ходу движения ДМ, если вперед - полив осуществляется сектором и струя воды направлена назад (фиг. 4б). Устройство содержит дефлектор 14 с округлой нижней поверхностью 44, насаженный жестко на концевик 33 и фиксируется упором 5, по команде процессора 19 клапан-переключатель 12 подает воду через штуцер 41 в гидроцилиндр 36, шток 37 гидроцилиндра выдвигается и наклоняет концевик 33 и вершину дефлектора 14 в нужном направлении и обеспечивает подачу воды на дефлектор в заданном процессором 19 направлении, контроль выполнения команды осуществляет датчик положения концевика 40 и передает сведения в процессор 19, уменьшение расхода или перекрытие выхода воды из сопла осуществляются гидроцилиндром 38, который выдвигает концевик 33 и вершина дефлектора 14 перекрывает проход воды из неподвижного сопла 8.
Таким образом, предлагаемые способ и устройства позволяют осуществлять технологию прецизионного орошения путем изменения направления и расхода воды каждым дождевателем ДМ и обеспечивается выравнивание влажности почвы на всем поле, что способствует управлению технологией прецизионного орошения и созданию благоприятных условий роста и развития растений на всем поле и повышению урожайности.