VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Внедрение широкозахватных дождевальных машин (ШДМ) фронтального действия типа «Кубань-Л» с электроприводом опорных тележек, которые предназначены для полива сельскохозяйственных культур, в том числе высокостебельных, делает актуальной задачу энергетической оценки, которая отражает качества выполнения энерготехнологического процесса полива.

Система автоматического управления движением машины, основанная на взаимодействии рычажно-тросовых механизмов, не исключает возможности случайных срабатываний регуляторов системы синхронизации тележек в линию и стабилизации курса при случайных внешних возмущениях (ветер, неровность поля, и т.п.), что может приводить к неравномерному движению и не эффективному расходу энергии и оросительной воды на полив орошаемого участка, а также к аварийным остановкам.

Перспективным является построение системы управления ШДМ на базе микропроцессорных средств управления (МСУ) с фильтрацией случайных сигналов, поступающих на регуляторы движения. Для разработки алгоритма функционирования МСУ требуется детальное изучение объекта управления и, прежде всего, составления его математического описания.

ШДМ «Кубань-Л» состоит из ферменного водопроводящего трубопровода, который установлен на опорных тележках (16 шт.) с электроприводом и энергетической установки. В состав энергетической установки входит двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (ЯМЗ-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 генератора в электрическую энергию.

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 м³/га. Конструктивная длина ШДМ с учетом консолей составляет 787 м, а ширина захвата дождем – 807 м.

Множество факторов, влияющих на качество выполнения энерготехнологического процесса полива, условно можно разделить на две группы:

• факторы, не зависящие от характера движения машины (например, разновидность дождевальных насадок и их расположение по длине машины, производительность насоса, стабильность давления воды по длине водопроводящего трубопровода);

• факторы, связанные с равномерностью движения машины (например, разброс скоростей движения опорных тележек и настроечные параметры систем синхронизации тележек в линию и стабилизации курса).

Влияние первой группы факторов на показатели качества полива изучено достаточно широко. Поэтому наибольшую актуальность представляют исследования второй группы.

Теоретические исследования влияния второй группы факторов на показатели качества полива путем математического моделирования движения ШДМ, учитывающие неравномерность движения отдельных опорных тележек машины недостаточны и в основном ограничиваются получением модели движения машины, никак не связанных с показателями качества полива. Разработанная автором математическая модель движения позволила установить зависимости, связывающие показателей качества полива и энергоэффективности процесса полива с характеристиками движения. Получение такой модели усложняется большой протяженностью машины, большим количеством опорных тележек и сугубо нелинейными характеристиками регуляторов систем синхронизации тележек в линию и стабилизации курса.

При моделировании, имеющем цель выявить влияния неравномерности движения машины на энергетическую эффективность полива, необходимо предположить, что статическая составляющая неравномерности полива отсутствует, то есть интенсивность дождя по всей длине машины постоянна. Динамическая составляющая неравномерности полива зависит от неравномерности движения опорных тележек, и как следствие, неравномерности распределения оросительной воды на орошаемом участке полива.

Такое разделение оправдано тем, что необходимое снижение составляющих достигается различными методами:

-статическая неравномерность может быть снижена за счет увеличения количества дождевальных насадок и изменения их характеристик;

-динамическая составляющая может быть снижена путем изменения алгоритма управления движением ШДМ и конструкции ее регуляторов.

Важнейшее прикладное значение разработанной математической модели заключается в использовании ее для разработки значительно более сложных энергоэффективных алгоритмов управления, которые могут быть реализованы при помощи МСУ с целью повышение качества полива и экономии оросительной воды, и как следствие, снижение энергоемкости энерготехнологического процесса полива, что особенно актуально при точном земледелии. Неравномерность полива приводит к неравномерному произрастанию сельскохозяйственных культур и нерациональному расходованию оросительной воды, образованию участков переполива, которые могут вызвать эрозию почвы.

Энергоресурсобережение на ШДМ предполагает повышения эффективности использования энергии и оросительной воды при выполнении энерготехнологического процесса (ЭТП) полива. Для разработки методов энергоресурсосбережения при поливе разработана автономная энергетическая система ШДМ. Основные особенности энергетической системы заключены в энергетических линиях, по которым энергия движется к месту потребления, образующих энергетическую сеть путем разветвления в узлах ЭТП [1].

Применительно к ШДМ, можно назвать три основных ЭТП использования потребленной энергии:

-ЭТП подачи оросительной воды при помощи водяного насоса в водопроводящий трубопровод, равномерное распределение по дождевальным насадкам и образование дождевого облака;

-ЭТП передвижения ШДМ с заданной скоростью при помощи электропривода опорных тележек;

-ЭТП, который обеспечивает необходимые условия жизнедеятельности - освещение и сигнализация.

ЭТП позволяет определять вид необходимой энергии для выполнения процесса полива.

Анализ автономной энергетической системы позволит провести оценку эффективности использования энергоресурсов (дизельное топливо) и оросительной воды на существующей конструкции машины, а также на перспективных конструкциях, определить потенциальные возможности повышения их энергоэффективности и разработать энергоресурсосберегающие мероприятия.

До 30…40% экономии энергии может быть обеспечено в результате внедрения энергоресурсосберегающих ШДМ фронтального действия путем разработки алгоритмов управления движением, определения оптимальных параметров диаметра водопроводящего трубопровода, снижения рабочего давления насосного агрегата и дождевальных насадок и другие.

Перспективным направлением снижения энергоемкости ЭТП полива при помощи ШДМ является замена ДВС ( на централизованный источник электроснабжения переменного тока (380В, 50 Гц.) с троллейной системой передачи электрической энергии на электродвигатель насосного агрегата и электропривод опорных тележек.

Сложность и трудоемкость экспериментальных исследований, направленных на совершенствование ШДМ с целью снижения энергоемкости энерготехнологического процесса полива и повышение качества полива, обуславливает необходимость создания математической модели движения машины, позволяющей с помощью ЭВМ эффективно решать многовариантные задачи оценки показателей энергоэффективности и качества полива при различных значениях конструктивных и настроечных параметров машины и алгоритмов ее управления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карпов В.Н. Энергосбережение. Метод конечных отношений: монография. / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев. СПб.: -СПбГАУ. -2010. -147 с.

2. Юлдашев З.Ш. Методы определения показателей качества полива дождевальных машин фронтального действия./ З.Ш. Юлдашев.// -ИЗВЕСТИЯ Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2011. -№24. -С. 338-343.

Код для цитирования: Скопировать