РАЗБРЫЗГИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СЛИВНОЙ СИСТЕМЫ ГИДРОПРИВОДОВ ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2004 года по МПК A01G25/09 

Изобретение относится к разбрызгиванию и равномерному распределению сливаемой в зоне тележек из гидроприводов воды с помощью системы сливного трубопровода и дождеобразующего шара, может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известно устройство для уменьшения эрозии почвы путем повышения равномерности распределения сливаемой с гидропривода воды в виде воздушно-капельной суспензии, включающее трубу-cтояк и дождевальную насадку, соединенныe через дополнительный кран с инжектором, водовоздушной емкостью и дождевальным аппаратом (А.с. 1519593, МКИ A 01 G 25/09, опубл. 07.11.89, бюл. 41. )
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и большая материалоемкость.

Применение дополнительной полурамы с водонепроницаемым кожухом впереди с целью улучшения условий эксплуатации многоопорной дождевальной машины путем отвода воды от колеи в процессе дождевания (А.с. 1551287, МКИ A 01 G 25/09, опубл. 23.03.90, бюл. 11) не защищает колею от сливаемой воды из гидроприводов тележек и оказывает дополнительное механическое воздействие на почву своими движителями.

С целью повышения надежности работы известное устройство, где сливные трубопроводы гидроприводов самоходных опор каждого предыдущего пролета соединены с водопроводящим трубопроводом в начале последующего пролета (А.с. 1628978, МКИ A 01 G 25/09, опубл. 23.02.91, бюл. 7), экономически нецелесообразно из-за затрат на монтаж, демонтаж и обслуживание конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для повышения равномерности распределения сливаемой в зоне тележек из гидроприводов воды путем увеличения радиуса слива, содержащее разбрызгивающее устройство, патрубок которого на выходе снабжен четырехгранным расширяющимся раструбом, сопряженным в широкой части по периметру раструба с дефлектором, выполненным в виде части сферы и снабженным рядами сужающихся к выходу отверстий, оси которых расположены по нормалям к сфере с углами наклонов в пределах 20^o вверх и 40^o вниз от горизонтальной и ±30^o от вертикальной по фронту машины плоскостей (А.с. 1664193, МКИ A 01 G 25/09, опубл. 23.07.91, бюл. 27 - прототип).

Однако из-за фронтального ветра сливаемая вода попадает в колею, т.к. разбрызгивающее устройство находится в непосредственной близости от тележки, а также отсутствие подтвержденных расчетами численных параметров устройства может повлиять на его работоспособность.

Технической задачей предлагаемого изобретения является отвод отработанной воды от тележек и равномерное распределение ее в пролетах машины за счет оптимизации количества отверстий в дождеобразующем шаре и длины полета струи.

Поставленная задача достигается в разбрызгивающем устройстве сливной системы гидроприводов дождевальной машины, содержащeм патрубок с водовыпускным отверстием, перекрываемым дефлектором сферической формы, где согласно изобретению патрубок соединен со сливным трубопроводом, выполненным в виде четырех колен, отходящим от клапана-распределителя, а дефлектор расположен на выходе сливного трубопровода и имеет форму шара, состоящего из двух полусфер радиусом R= 0,045 м, отверстия в котором выполнены по кругу и по нормалям к поверхности сферы и имеют диаметры 2 мм, при этом третья часть отверстий расположена выше "экватора" шара, а две третьих части отверстий расположены ниже "экватора" шара, кроме того, одно сливное отверстие выполнено диаметром 3 мм в нижней части шара, а число отверстий определено расходом сливаемой воды через дождеобразующий шар по формуле:

где Q - расход воды через дождеобразующий шар, м³/с;
n - число отверстий, шт.;
μ - коэффициент расхода;
ω_отв - площадь отверстия, м²;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
P₁- давление воды на выходе из клапана-распределителя, Па;
γ - удельный вес воды, Н/м³;
z - вертикальное расстояние от верхней крышки гидроцилиндра до нижней точки дождеобразующего шара, м;
ω_тр - площадь поперечного сечения трубопровода, м²;
k_э- коэффициент шероховатости трубопровода, м;
d_тр - диаметр трубопровода, м;
R_e - число Рейнольдса;
l - длина всей сливной магистрали, м;
ζ_вн.c- коэффициент внезапного сужения трубопровода (относится к участку после клапана-распределителя на входе в сливной трубопровод);
ζ₉₀°- коэффициент поворота трубопровода (относится к участкам поворота сливного трубопровода).

Кроме того, задача достигается тем, что дождеобразующий шар имеет отверстия в количестве 150-170 штук при условии, что расход сливаемой воды равен действительному расходу через сливную систему гидроприводов дождевальной машины, при этом пятьдесят два отверстия расположены выше "экватора" шара на 5 мм, пятьдесят два отверстия расположены ниже "экватора" на 5 мм, тридцать восемь отверстий расположены ниже "экватора" на 23,5 мм, а девятнадцать отверстий расположены ниже "экватора" на 47,1 мм. При превышении числа отверстий, установлено экспериментальным путем, резко уменьшается длина полета струи и, следовательно, качество распыла, при уменьшении числа отверстий наблюдается задержка времени цикла холостого хода механизма передвижения, что, в свою очередь, влияет на его кинематику и работу всей машины в целом.

Наличие в предлагаемом устройстве изобретения доказывается тем, что отсутствуют подобные надежные и доступные устройства для отвода отработанной воды от тележек и равномерного распределения ее в виде воздушно-капельной суспензии на почтительном расстоянии от тележек в зоне пролетов и обладающие высокой универсальностью по сравнению с существующими устройствами за счет расширения возможностей, т. к. это устройство может работать на любых скоростных режимах дождевальной машины.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что длина сливного трубопровода согласована (подтверждено расчетным и экспериментальным путем) с максимальным вылетом воздушно-капельной суспензии, это исключает возможность попадания отработанной воды в колею даже при фронтальном ветре.

Устройство поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 - зависимость расхода сливаемой воды от числа отверстий; на фиг.3 - убывающая, характеризующая процесс уменьшения длины полета струи по мере увеличения числа отверстий в дождеобразующем шаре; на фиг.4 - разбрызгивающее устройство с гидроцилиндром и клапаном-распределителем в сборе.

Разбрызгивающее устройство сливной системы гидроприводов дождевальной машины содержит патрубок 1 с водовыпускным отверстием и внешней резьбой (фиг. 1), дефлектор сферической формы, имеющий форму шара 2 и состоящий из двух полусфер радиусом R=0,045 м, отверстия 3 в котором выполнены по кругу и по нормалям к поверхности сферы и имеют диаметры 2 мм, при этом пятьдесят два отверстия располагаются выше "экватора" шара на 5 мм, пятьдесят два отверстия - ниже на 5 мм (l₁), тридцать восемь отверстий - ниже на 23,5 мм (1₂), девятнадцать отверстий - ниже на 47,1 мм (1₃), кроме того, одно сливное отверстие выполнено диаметром 3 мм в нижней части шара 2, а расстояние между отверстиями с=5 мм. Шар 2 выполнен радиусом 0,045 м для того, чтобы пропорционально разместить на нижней его полусфере отверстия 3, а отверстия 3, выполненные в верхней части, предназначены для подвода воздуха из атмосферы, с целью получения воздушно-капельной суспензии. Отверстия 3 выполнены по кругу и по нормалям к поверхности для того, чтобы вода под разными углами к вертикали и горизонтали разбрызгивалась на орошаемый участок, создавая дождевое пятно площадью, достаточной для бесстокового слива воды. Выполнены отверстия 3 диаметром 2 мм для того, чтобы диаметр капель не превышал допустимых норм при поливе сельскохозяйственных культур. Патрубок 1 соединен со сливным трубопроводом 4, выполненным в виде четырех колен, отходящим от клапана-распределителя. Диаметр сливного трубопровода равен 0,03 м, длины колен следующие: L₁= 0,3 м, L₂=1 м, L₃=4 м, L₄=0,2 м, длина колена L₃ получились расчетным путем.

Устройство работает следующим образом.

Вода поступает в сливной трубопровод 4 и заполняет полости патрубка 1 и дефлектора, имеющийся в шаре 2 воздух и поступающий через верхние отверстия 3 смешивается с водой и в виде воздушно-капельной суспензии разбрызгивается во все стороны по кругу на участок поля, удаленный от колеи.

На фиг. 2 графически изображена зависимость расхода сливаемой воды "Q" от числа отверстий в шаре, что позволяет определить оптимальное количество отверстий при действительном расходе "Q_д" через сливную систему гидропривода дождевальной машины.

На фиг. 3 представлен график зависимости дальности полета капель "Х_пол" от числа отверстий в шаре. Таким образом, выбрав оптимальное количество отверстий в шаре, можно определить оптимальную дальность полета капель.

Задаваясь числом отверстий, исходя из технологических требований (максимальное удаление воды от тележек, качество распыла), получаем расход воды и длину полета струи. Варьируя параметрами (длина сливного трубопровода: третье колено; число отверстий в шаре), получаем их оптимальные значения.

При числе отверстий n=162 расход воды 0,0014 м³/с (норма), длина струи 1,6 м. Как показали результаты испытаний опытного образца устройства, максимальное число отверстий не должно превышать 170-200 штук и не быть менее 150 штук.

На фиг. 4 представлено разбрызгивающее устройство с гидроцилиндром и клапаном-распределителем в сборе: 6 - клапан-распределитель; 2 - дефлектор сферической формы; 7 - гидроцилиндр, 4 - сливной трубопровод; 5 - верхняя крышка гидроцилиндра.

Таким образом, использование изобретения позволяет достичь следующих результатов:
разбрызгивающее устройство сливной системы гидроприводов дождевальной машины благодаря выявленной аналитической зависимости длины сливного трубопровода, расхода воды и полета струи от числа отверстий в шаре обеспечивает отвод отработанной воды от тележек и равномерно распределяет ее в пролетах машины в виде воздушно-капельной суспензии, что улучшает ее проходимость, тем самым повысит производительность, а значит и качество полива.

Предлагаемая конструкция не нарушает кинематику механизмов гидропривода при правильном подборе числа отверстий в дождеобразующем шаре.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для равномерного распределения сливаемой из гидроприводов воды с помощью сливного трубопровода и дождеобразующего шара. Устройство содержит сливной трубопровод и дефлектор в форме шара. По кругу и по нормалям к поверхности шара выполнены отверстия. Число отверстий определяется по приведенной формуле. За счет оптимизации количества отверстий в дождеобразующем шаре обеспечивается отвод и равномерное распределение отработанной воды в пролетах дождевальной машины, что улучшает ее проходимость. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Разбрызгивающее устройство сливной системы гидроприводов дождевальной машины, содержащее патрубок с водовыпускным отверстием, перекрываемым дефлектором сферической формы, отличающееся тем, что патрубок соединен со сливным трубопроводом, выполненным в виде четырех колен, отходящим от клапана-распределителя, а дефлектор расположен на выходе сливного трубопровода и имеет форму шара, состоящего из двух полусфер радиусом R=0,045 м, отверстия в котором выполнены по кругу и по нормалям к поверхности сферы и имеют диаметры 2 мм, при этом третья часть отверстий расположена выше "экватора" шара, а две третьих части отверстий расположены ниже "экватора" шара, кроме того, одно сливное отверстие выполнено диаметром 3 мм в нижней части шара, а число отверстий определено расходом сливаемой воды через дождеобразующий шар по формуле

где Q - расход воды через дождеобразующий шар, м³/с;

n - число отверстий, шт.;

μ - коэффициент расхода;

ω _отв - площадь отверстия, м²;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Р₁ - давление воды на выходе из клапана-распределителя, Па;

γ - удельный вес воды, Н/м³;

z - вертикальное расстояние от верхней крышки гидроцилиндра до нижней точки дождеобразующего шара, м;

ω _тр - площадь поперечного сечения трубопровода, м²;

k_э - коэффициент шероховатости трубопровода, м;

d_тр - диаметр трубопровода, м;

R_е - число Рейнольдса;

l - длина всей сливной магистрали, м;

ζ _вн.с - коэффициент внезапного сужения трубопровода;

ζ _90?- коэффициент поворота трубопровода.