4.4. Негативные экологические последствия при отказах элементов дождевальной машины "Фрегат".

Особенности дождевальной машины "Фрегат" с точки зрения повреждения растений, уплотнения почвы и загрязнения смазочными веществами определяются сложностью ее конструкции.

Неисправности системы автоматической синхронизации тележек вызывают нарушение прямолинейного хода, образование уширенной колеи и повреждения сельскохозяйственных культур. При высоких нормах полива колея может образоваться очень глубокая, что препятствует нормальной работе других сельскохозяйственных машин, например, уборочных комбайнов. Как меры борьбы, мы можем рекомендовать: увеличение ширины колес, применение сдвоенных колес, что позволит снизить удельное давление на грунт.

Поломки и отказы на данной машине устраняются в основном заменой узлов и элементов. Из-за сложности конструкции машины, из-за

наличия систем автоматики, из-за взаимосвязи многих узлов часто при отказах отдельных элементов требуется остановка всей машины, то есть имеет место недополив сельскохозяйственных культур.

Например, поломка гидроцилиндра приводит к поломке всей машины, так как при остановке одной тележки возникает необходимость остановки всей машины, требуется замена цилиндра.

На рис. 4.7 показана схема экологического воздействия на орошаемое поле при работе ДМ "Фрегат".

Сложность конструкции ДМ определяет особенности влияния машины на возможность возникновения почвенного размыва.

Аналогично ДМ "Волжанка" качество создаваемого дождя во многом зависит от давления в сети, то есть давления на входе в машину, а также на качество дождя влияет работа дождевальных аппаратов.

Слив воды на поле во время полива ДМ "Фрегат" может происходить при проведении ежесменного технического обслуживания, а также при отказах системы автоматики или при поломках трубопровода, когда для проведения сварочных работ требуется его опорожнение - объем воды в трубопроводе 10м³.

Определение количества воды, выливаемой на поле при работе гидроцилиндров самоходной тележки "Фрегат".

При каждом цикле тележка передвигается на 150мм. Цилиндр диаметром 100мм и рабочим ходом 670мм дойдя до верхнего положения с помощью вилки рычага-переключателя и клапана-распределителя перекрывает доступ воды под давлением, открывая одновременно отверстия для слива отработанной воды. На поле сбрасывается через сливную трубу 5,3 литра при каждом цикле работы.

Зная размер радиуса расположения тележки, определяем длину пути при завершении одного круга работы: L=2_πR_тел. Последняя 16 тележка установлена на растоянии R₁₆=438 м, при m=220 м³/га..

Цикл работы цилиндра n=5,5 ходов в минуту.

Диаметр рабочего цилиндра - 100 мм, то есть r=50 мм;

Рабочее перемещение - 670 мм;

Объем поступающей в цилиндр воды V=πr²l: V=3,14 • 50²* 670=5259=5,Зл.

За минуту работы гидроцилиндр 16 тележки сбросит 5,5-5,3=29 л/мин.

Число циклов 15 тележки будет зависеть от пути, который ей надо будет пройти, то есть L₁₅= 2πR₁₅=2<*3,14*408=2565 м; число циклов n= L₁₅n/l₁₆ n=2565*5,5/2751=5,1; сброс воды 5,1*5,3=27 л/мин.

L14	=2 π 379=2380 м	n=2380*5,5/2751=4,7	4,7 5,3=25 л/мин
L13	=2 π 349=2192 м	n=2192*5,5/2751=4,4	4,4 5,3=23 л/мин
L12	=2 π 320=2009 м	n=2009*5т5/2751=4,0	4,0 5,3=21 л/мин
L11	=2 π 290=1821 м	n=1821*5,5/2751=3,6	3,6 5,3=19 л/мин
L10	=2 π 260=1633 м	n=1633*5,5/2751=3,2	3,2 5,3=17 л/мин
L9	=2 π 231=1450 м	n=1450*5,5/2751=2,9	2,9 5,3=15 л/мин
L8	=2 π 201=1262 м	n=1262*5,5/2751=2,5	2,5 5,3=13 л/мин
L7	=2 π 172=1080 м	n=1080*5,5/2751=2,1	2,1 5,3=11 л/мин
L6	=2 π 147=923 м	n=923*5,5/2751=1,8	1,8 5,3=9 л/мин
L5	=2 π 122=766 м	n=766*5,5/2751=1,5	1,5 5,3=8 л/мин
L4	=2 π 98=615м	n=615*5,5/2751=1,2	1,2 5,3=6,5 л/мин
L3	=2 π 73=458 м	n=458*5,572751=0,9	0,9 5,3=5 л/мин
L2	=2 π 50=314 м	n=314*5,5/2751=0,6	0,6 5,3=3 л/мин
L1	=2 π 24=151 м	n=151*5,5/2751=0,3	0,3 5,3=1,6 л/мин

Суммировав значения сброса, получили 233л/мин, то есть на перемещение машины каждую минуту требуется 233 литров воды. За час количество отработанной и сбрасываемой на почву воды 233 60=13986 л/час, то есть 13,9 м³/час, а за один оборот (51 час) сброс воды составит 13986-51 =713286 л, то есть 713,3 м³ и повышается до 750 м³ в зависимости от нормы полива.

На примерах при m=1000м³ /га и m=600м³ /га рассмотрим, сколько будет сброшено на поле воды при работе гидроцилиндров и при приеме смен из сливных клапанов. По рис. 4.8 определим, что при m=1000м³/га число циклов гидроцилиндра n_ц 16 тележки будет равно 1,5. ДМ на полный круг затратит время 200 часов или 25 смен по 8 часов каждая.

Сброс воды при 5,5 циклах составит 233л/мин, соответственно при

1,5 - 63,5 л/мин. За полный круг при m=1000м /га объем воды составит 762м³.

При m=600м /га число циклов будет 2,5 , время 120 часов или 15, смен объемы соответственно -106 л/мин и 763м³.

Промывка трубопровода также наносит ущерб окружающей среде. Время промывки находится в пределах 3-10 минут. При расходе ДМ 100л/сек через открытую концевую заглушку и дождевальные аппараты пройдет объем воды соответственно от 18 до 60 м³.

Гидропривод последней тележки машины имеет 5,5 циклов в минуту. Скорость передвижения трубопровода по кругу задается механизмом регулировки последней тележки в зависимости от поливной нормы. Остальные 15 самоходных тележек регулируются так, чтобы обеспечить равномерное движение по всей длине трубопровода.

Водная эрозия почвы возникает от сброса отработанной воды гидропривода тележек, что составляет 233л/мин, то есть 13980 л/час, при полном обороте ДМ, а за 51 час - 713 м³ . С учетом двух смен и двух возможных неисправностей ДМ останавливается не менее 4 раз, сбрасываемая вода через сливные клапана за один раз - 10 м³ и за один оборот - 40 м³. Если пересчитать на 100га, получим 66,6 м³ воды.

С увеличением нормы полива растет число смен, например, при m=600м³/га ДМ на полный круг затратит 120 часов - 15 смен, а при m=1000м³/га 200 часов - 25 смен, что соответственно увеличит сброс воды с 150 м³ до 250 м³.

Продолжительность одного оборота ДМ

116

Число циклов 16 тележек в минуту - т, м³/га — . — - t полного оборота

Рис. 4.8. Зависимость нормы полива от числа полных ходов цилиндра гидропривода

Сброс воды через сливные клапана

Сброс воды при работе гидропривода

Суммарный сброс воды ¹

На рис. 4.8 показана зависимость нормы полива (ш м³/ч) от числа ходов цилиндра гидропривода ДМ "Фрегат" и продолжительность в часах для обхода одного круга. На рис. 4.9 отражена зависимость расхода воды ДМ от поливной нормы (m м³/га), числа смен и объема сливаемой воды при работе гидропривода.

Образование колеи при работе ДМ "Фрегат".

При нормальной работе водопроводящий трубопровод представляет собой плавную линию со стрелой прогиба от 1,5 до 2 м в сторону движения. Задние колеса самоходных опорных тележек должны идти по колее передних колес. Водопроводящий трубопровод как гибкая система подвержен периодическим колебаниям как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях. На эти колебания влияет состояние поверхности поля.

Колеса приводных самоходных тележек вынуждены реагировать на изгибы водопроводящего трубопровода, траектория колеи принимает волнообразный характер (с различным периодом и амплитудой). Все это вызывает уширение колеи в пределах от 240 до 400 мм, также повреждение культурных растений.

Для выяснения влияния разворота тележки (угла α) по отношению радиуса вращения было принято графическое построение процесса. При построении принималось во внимание то, что оси колес приводной тележки разнесены на 3,5 м (обозначим через l ) Каждая из тележек имеет свой радиус вращения R. На рис. 4.10 приведены примеры изменения ширины колеи от угла а.

Положение I. Трубопровод не имеет изгиба, движение происходит по радиусу R, угол а-0. Ширина колеи переднего и заднего колес соответствует ширине обода (обозначим как В). В этом положении В=22единицам.

Рис. 4.10. Графическое построение зависимости изгиба трубопровода ДМ "Фрегат".

Положение И. При значении а-3°, трубопровод развернул тележку и точка b линии соприкосновения обода колеса с почвой стала перемещаться по увеличенному радиусу. Ширина колеи принимает значение В=26единицам, то есть на 11,8% больше, чем в положении I.

Положение III. Величина а =8°, ширина колеи В=32единицы или на 14,5% больше, чем при а-0. (рис. 4. 10)

Для проверки правильности графического решения процесса образования уширенной колеи от колес приводной тележки ДМ "Фрегат" нами был изготовлен макет трубопровода с тележкой.

Колеса макета тележки имели диаметр 41,5 мм, ширина обода 9,5 мм, оси колес разнесены на l =60 мм, радиусы вращения R_l=740мм и R₂=78мм. Угол, а изменялся в пределах от 0 до 10°.

На рис. 4.11 зафиксированы результаты замеров ширины колеи при отношениях R₂/l=78/6=13 и R₁/l =740/6=123 и различных углах а.

На реальной машине R₂/l=50/3,5= 14,3, что соответствует

расположению 2-ой тележки, и R_l/l=438/3,5= 125, что соответствует расположению 16-ой тележки.

На макете "агрофоном" служила поваренная соль.

На рис. 4.11 показаны примеры при различных изменениях угла а. При а =0° ширина колеи составила 9,5 мм, переднее и заднее колеса следовали по одной и той же колее. Изменение угла а до 3° повлекло за собой уширение колеи в районе второй тележки до 13 мм на 14,4%, а в районе 16 тележки несколько меньше - до 12 мм на 13,3%.

Увеличение угла а до 10° резко изменило образование колеи. В районе второй тележки образовались две самостоятельные колеи - одна от переднего колеса, другая от заднего, между колеями образовался валок шириной 4 мм. Колеи колес разошлись на расстояние 22 мм. В районе 16-ой тележки наблюдалась аналогичная картина, но валок имел ширину 3 мм, колеи колес разошлись на 21 мм.

Рис. 4.11. Образование колеи на макете ДМ "Фрегат"

Рассмотрим потерю посевной площади от образования колеи колесами дождевальной машины. Ширина колеи тележки в пределах 0,24 -0,4 м. При рассмотрении принимаем, что первые 7 тележек имеют ширину (b_1-7) до 0,2 м (ширина обода колес 0,16 м ), а от 8 тележки до 16- ой (b_8-16) принимаем ширину колеи 0,4 м. Площадь кольца: S=π(R²-r²)=π(R+r)(R-r)=2πR_ср

От прохода по кольцу площадь 16-ой тележки составит:

S₁₆= я-(438,2+437,8)(438,2-43Т,8)0,4=440 м², то есть 0,044 га;

S₁₅= яг(408,2+407,8)(408,2-407,8)0,4=409,9 м², то есть 0,041 га;

S₁₄= к (379,2+378,8)(379,2-378,8)0,4=381 м², то есть 0,038 га;

S₁₃= п (349,2+348,8)(349,2-348,8)0,4=351 м², то есть 0,035 га;

S₁₂= тс (320,2+319,8)(320,2-319,8)0,4=321 м², то есть 0,032 га;

S₁₁= к(290,2+289,8)(290,2-289,8)0,4=291 м², то есть 0,029 га;

S₁₀= я-(260,2+259,8)(260,2-259,8)0,4=261 м², то есть 0,026 га;

S₉= п (231,2+230,8)(231,2-230,8)0,4=232 м², то есть 0,023 га;

S₈= /г (201,2+200,8)(201,2-200,8)0,4=202 м², то есть 0,020 га;

S₇= яг(172,1+171,9)(172,1-171,9)0,2=43 м², то есть 0,004 га;

S₆= ^(147,1+146,9)(147,1-146,9)0,2=37 м², то есть 0,0037 га;

S₅= я-(122,1+121,9)(122,1-121,9)0,2=31 м²,то есть 0,0031 га;

S₄= яг(98,1+97,9)(98,1-97,9)0,2=25 м², то есть 0,0025 га;

S₃= лг(73,1+72,9)(73,1-72,9)0,2=18 м², то есть 0,0018 га;

S₂= я(50,1+49,9)(50,1-49,9)0,2=12 м², то есть 0,0012 га;

S₁= тс (24,1+23,9)(24,1 -23,9)0,2=6 м², то есть 0,0006 га;

Суммировав значения площадей, получили 1,1 га.

S_кр=πR² S_кр=π438² =602390 м² или R_кр=60,2 га

Если 60,2га -100%, то 1,1га -? Получаем 1,83%, в пересчете на 100га, то есть если 60,2га -1,83%, то 100га -? Получаем 3,3% отчуждается на образование колеи на каждые 100га посевов. Поврежденность растений составляет 0,8-1,3%. КЗИ в пределах обхода последней тележки составляет 0,98%.

Таблица 4.6

Расход и сбрасывание воды при работе гидропривода

№	Расстояние от	Число циклов	Расход воды,	Площадь
тележ­	гидранта, м	в минуту	л/мин	колеи полного
ки				круга, га
16	438	5,5	29	0,044
15	408	5,1	27	0,041
14	379	4,7	25	0,038
13	349	4,4	23	0,035
12	320	4,0	21	0,032
11	290	3,6	19	0,029
10	260	3,2	17	0,026
9	231	2,9	15	0,023
8	201	2,5	13	0,020
7	172	2,1	11	0,004
6	147	1,8	9	0,0037
5	122	1,5	8	0,0031
4	98	1,2	6,5	0,0025
3	73	0,9	5	0,0018
2	50	0,6	3	0,0012
1	24	0,3	1,6	0,0006
∑			233 л/мин	1,1 га

Определим протяженность пути прохода операторами при ЕТО.

При m=400м³/га - время полного оборота машины составит 76 часов или 9 смен операторов. При норме m=750м³/га - 136 часов или 17 смен операторов. Протяженность прохода оператора при 9 сменах составляет 3,9 км, при 17 - 7,4 км. Обходя каждую из 16 тележек, оператор протаптывает тропы, заминает, а то и ломает часть сельскохозяйственных растений. При работе на одной позиции ДМ "Фрегат" потеря посевной площади от колеи колес тележек составляет 1,1га или 1,83%. На двух позициях соответственно - 2,2 га.

При перемене позиции повреждаются сельскохозяйственные растения на площади 0,29+0,13=0,42га. Степень повреждения растений составляет от 2,4 до 2,5%. Зерновые культуры заминаются на площади не более 0,5%.

ГЛАВА У. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОЛИВНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ И УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ОРОШАЕМОГО МАССИВА