Ферменный пролет дождевальной машины Российский патент 2024 года по МПК A01G25/09 

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в конструкциях круговых, ипподромных и фронтальных широкозахватных дождевальных машин, служащих для орошения сельскохозяйственных культур.

Дождевальные машины устанавливаются и эксплуатируются под открытым небом, как правило, на участках со спокойным рельефом, не имеющих искусственных и естественных преград, в результате чего входящие в состав машины ферменные пролеты достаточно часто подвергаются ветровому воздействию различной интенсивности на протяжении всего срока службы.

Пролет дождевальной машины представляет собой шпренгельную ферму, размещенную одним концом на самоходной тележке. Верхний пояс фермы образован водопроводящим трубопроводом, а два нижних, несущих пояса состоят из шпренгелей, работающих на растяжение. Пояса шпренгельной фермы имеют параболическое очертание, приближенное по своей форме к эпюре моментов, что позволяет при минимальной металлоемкости изготавливать пролеты достаточно большой длины. Так, например, в состав дождевальных машин «Valley» и «Каскад» могут входить ферменные пролеты длиной свыше 70 метров [1, 2].

Под воздействием ветровой нагрузки происходит возникновение колебаний шпренгельной фермы, она начинает раскачиваться вверх-вниз, при этом максимальная амплитуда колебании наблюдается в центральной части фермы. Из-за возникающих под воздействием ветра колебаний конструктивные элементы фермы периодически воспринимают знакопеременные нагрузки, которые со временем вызывают усталость металла и приводят к образованию микротрещин, что в целом снижает долговечность и надежность конструкции пролета. При увеличении длины пролета возрастает амплитуда и энергия колебаний, которая достигает наибольших величин при воздействии на ферму поперечного ветра.

Снизить амплитуду колебаний можно повысив продольную жесткость шпренгельной фермы. Также рассеять энергию колебаний можно за счет использования в конструкции фермы динамических гасителей колебаний.

Известен пролет фермы дождевальной машины [3] (прототип), содержащий размещенную одним концом на самоходной тележке шпренгельную ферму, представляющую собой сборную, предварительно напряженную конструкцию, верхний пояс которой образован водопроводящим трубопроводом, состоящим из стальных оцинкованных труб, соединенных при помощи фланцев, на водопроводящем трубопроводе смонтированы секции раскосов, каждая из которых образована четырьмя раскосами и соединяющей их концы поперечиной, понизу секции раскосов соединены между собой при помощи шпренгелей, образующих два нижних пояса фермы, для соединения с соседними пролетами по концам фермы установлены шарнирные узлы, снабженные креплениями для крайних шпренгелей, последняя секция раскосов фермы при помощи трубчатых ребер жесткости соединена со стойками самоходной тележки, оснащенной электроприводом и пневмоколесами, при этом шпренгельная ферма оснащена двумя продольными тросами, проходящими внутри фермы по обеим ее сторонам, концы каждого троса закреплены в точках соединения крайних шпренгелей фермы с водопроводящим трубопроводом, также каждый из тросов при помощи блоков, натяжных устройств и динамических гасителей колебаний в виде пружинных демпферов связан с центральными секциями раскосов фермы в точках соединения шпренгелей с раскосами данных секций.

Недостатком прототипа является сложность конструкции, выраженная в большом количестве деталей, что также усложняет процесс монтажа ферменного пролета.

Кроме того, предложенные в прототипе технические решения позволяют модернизировать только те ферменные пролеты, в конструкции которых использованы шпренгели с проушинами.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции ферменного пролета, выполненного с возможностью рассеивания энергии колебаний, возникающих при воздействии ветра.

Поставленная задача достигается в ферменном пролете дождевальной машины, содержащем размещенную одним концом на самоходной тележке шпренгельную ферму, представляющую собой сборную, предварительно напряженную конструкцию, верхний пояс которой образован водопроводящим трубопроводом, состоящим из стальных оцинкованных труб, соединенных при помощи фланцев, на водопроводящем трубопроводе смонтированы секции раскосов, каждая из которых образована четырьмя раскосами и соединяющей их концы поперечиной, понизу секции раскосов соединены между собой при помощи шпренгелей, образующих два нижних пояса фермы, для соединения с соседними пролетами по концам фермы установлены шарнирные узлы, снабженные креплениями для крайних шпренгелей, последняя секция раскосов фермы при помощи трубчатых ребер жесткости соединена со стойками самоходной тележки, оснащенной электроприводом и пневмоколесами, помимо этого, водопроводящий трубопровод оснащен дождевальными насадками, также шпренгельная ферма снабжена динамическими гасителями колебаний, где согласно изобретению динамические гасители колебаний установлены на верхнем или на нижних поясах шпренгельной фермы, при этом каждый динамический гаситель колебаний выполнен в виде пружины растяжения, которая одним концом закреплена к верхнему или нижнему поясу фермы, а на другом конце пружины зафиксировано грузило, при этом динамические гасители колебаний расположены в центральной части шпренгельной фермы и размещены симметрично относительно центра фермы и ее продольной оси.

В динамических гасителях колебаний использованы пружины растяжения с одинаковым модулем упругости, также их грузила выполнены с одинаковой массой.

Грузило дополнительно соединено с конструкцией фермы при помощи гибкой связи, выполненной в виде страхующего троса.

Грузило выполнено металлическим.

В другом варианте грузило выполнено в виде емкости, заполняемой водой или песком.

На верхнем поясе шпренгельной фермы размещены один или два динамических гасителя колебаний.

Динамические гасители колебаний закреплены к фланцевым соединениям водопроводящих труб.

В другом варианте динамические гасители колебаний закреплены на водопроводящем трубопроводе при помощи хомутов.

В другом варианте на нижних поясах шпренгельной фермы размещены два или четыре динамических гасителя колебаний.

Динамические гасители колебаний закреплены в точках соединения шпренгелей.

Емкость выполнена с возможностью автоматического заполнения и слива воды.

Заполнение емкости водой осуществлено от водопроводящего трубопровода.

Емкость выполнена из алюминия или нержавеющей стали или оцинкованной стали.

В другом варианте емкость выполнена из устойчивого к воздействию солнечной радиации полиэтилена или пластика.

Страхующий трос выполнен стальным или нейлоновым.

Отличия предлагаемого изобретения от прототипа заключаются в следующем.

Предлагаемое техническое решение имеет более простую конструкцию и может быть использовано для модернизации ферменных пролетов дождевальных машин любого производителя.

Динамические гасители колебаний выполнены в виде снабженных грузилом пружин растяжения. При этом динамические гасители колебаний размещены в центральной части шпренгельной фермы, так как в центре пролета достигается максимальная амплитуда колебаний, вызванных воздействием ветровой нагрузки.

Размещение динамических гасителей колебаний на верхнем поясе шпренгельной фермы, позволяет осуществлять полив высокостебельных сельскохозяйственных культур.

Установка динамических гасителей колебаний на нижних поясах фермы позволяет уменьшить высоту центра тяжести ферменного пролета, что дополнительно повышает его ветроустойчивость и общую устойчивость.

Использование в конструкции динамического гасителя колебаний страхующего троса, предотвращает падение и потерю грузила в случае поломки пружины растяжения.

Также с целью снижения металлоемкости грузило может быть выполнено в виде емкости, заполняемой водой или песком.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан ферменный пролет дождевальный машины, оснащенный четырьмя динамическими гасителями колебаний, которые симметрично размещены на нижних поясах шпренгельной фермы, вид сбоку;

на фиг. 2 - то же, вид сверху;

на фиг. 3 представлен ферменный пролет дождевальный машины, оснащенный двумя динамическими гасителями колебаний, которые симметрично размещены на нижних поясах шпренгельной фермы, вид сбоку;

на фиг. 4 - то же, вид сверху;

на фиг. 5 изображен ферменный пролет дождевальный машины, оснащенный двумя динамическими гасителями колебаний, которые симметрично размещены на верхнем поясе шпренгельной фермы, вид сбоку;

на фиг. 6 - то же, вид сверху;

на фиг. 7 показан ферменный пролет дождевальный машины, оснащенный одним динамическим гасителем колебаний, который размещен на верхнем поясе шпренгельной фермы по ее центру, вид сбоку;

на фиг. 8 - то же, вид сверху;

на фиг. 9 - изображен динамический гаситель колебаний, грузило которого снабжено страхующим тросом, вид сбоку.

Ферменный пролет дождевальной машины содержит шпренгельную ферму 1, размещенную одним концом на самоходной тележке 2 (фиг. 1-8). Шпренгельная ферма 1 представляет собой сборную, предварительно напряженную конструкцию. Верхний пояс 3 шпренгельной фермы 1 образован водопроводящим трубопроводом 4, состоящим из стальных тонкостенных оцинкованных труб 5, соединенных посредством фланцев 6. Водопроводящий трубопровод 4 оснащен дождевальными насадками 7. На водопроводящем трубопроводе 4 смонтированы секции раскосов 8, каждая из которых образована четырьмя раскосами 8 и соединяющей их концы поперечиной 9. Понизу секции раскосов 8 соединены между собой при помощи шпренгелей 10, которыми образованы два нижних пояса 11 шпренгельной фермы 1. Для соединения с соседними пролетами по концам фермы 1 установлены шарнирные узлы 12 и 13, снабженные креплениями для крайних шпренгелей 10. Последняя секция раскосов 8 шпренгельной фермы 1 при помощи трубчатых ребер жесткости 14 соединена со стойками самоходной тележки 2, имеющей электропривод и опирающейся на пневмоколеса 15.

С целью рассеивания энергии колебаний, возникающих при воздействии ветра, на верхнем поясе 3 или на нижних поясах 11 шпренгельной фермы 1 размещены динамические гасители колебаний 16. При этом каждый динамический гаситель колебаний 16 выполнен в виде пружины растяжения 17, которая одним концом закреплена к верхнему поясу 3 или к нижнему поясу 11 шпренгельной фермы 1, а на другом конце пружины 17 зафиксировано грузило 18. Причем динамические гасители колебаний 16 расположены в центральной части шпренгельной фермы 1 и размещены симметрично относительно центра фермы 1 и ее продольной оси.

В динамических гасителях колебаний 16 использованы пружины растяжения 17 с одинаковым модулем упругости, также их грузила 18 выполнены с одинаковой массой.

Грузило 18 дополнительно соединено с конструкцией фермы 1 при помощи гибкой связи, выполненной в виде страхующего троса 19 (фиг. 9).

Также грузило 18 может быть выполнено металлическим.

В другом варианте грузило 18 может быть выполнено в виде емкости, заполняемой водой или песком.

На верхнем поясе 3 шпренгельной фермы 1 могут быть размещены один или два динамических гасителя колебаний 16. При этом в одном варианте динамические гасители колебаний 16 закреплены к фланцам 6 водопроводящих труб 5 (не показано). А в другом варианте динамические гасители колебаний 16 закреплены на водопроводящем трубопроводе 4 при помощи хомутов (не показано).

В другом варианте на нижних поясах 11 шпренгельной фермы 1 могут быть размещены два или четыре динамических гасителя колебаний 16. Причем в данном случае динамические гасители колебаний 16 закреплены в точках соединения шпренгелей 10 (фиг. 9).

В другом варианте служащая в качестве грузила 18 емкость может быть выполнена с возможностью автоматического заполнения и слива воды. Причем заполнение емкости водой может быть осуществлено от водопроводящего трубопровода 4.

В другом варианте служащая в качестве грузила 18 емкость может быть выполнена из алюминия или нержавеющей стали или оцинкованной стали.

В другом варианте служащая в качестве грузила 18 емкость может быть выполнена из устойчивого к воздействию солнечной радиации полиэтилена или пластика.

Страхующий трос 19 может быть выполнен стальным или нейлоновым.

Дождевальные машины устанавливаются и эксплуатируются под открытым небом, как правило, на участках со спокойным рельефом, не имеющих искусственных и естественных преград, в результате чего входящие в состав машины ферменные пролеты достаточно часто подвергаются ветровому воздействию различной интенсивности на протяжении всего срока службы.

Под воздействием ветровой нагрузки шпренгельная ферма 1 начинает совершать раскачивающиеся движения вверх-вниз, при этом максимальная амплитуда колебании наблюдается в центральной части фермы 1. Когда под действием сил упругости ферма 1 изменяет направление движения и начинает двигаться вверх, грузило 18 под воздействием сил инерции продолжает двигаться вниз, растягивая при этом пружину растяжения 17, из-за чего происходит смещение общего центра масс. Это приводит к рассеиванию энергии колебаний и их затуханию.

Рассеивание энергии колебаний позволяет уменьшить знакопеременные нагрузки, которые воспринимают конструктивные элементы шпренгельной фермы 1, что позволяет повысить надежность и долговечность конструкции ферменного пролета.

Размещение динамических гасителей колебаний 16 на верхнем поясе 3 шпренгельной фермы 1 позволяет осуществлять полив высокостебельных сельскохозяйственных культур (кукуруза, подсолнух).

Установка динамических гасителей колебаний 16 на нижних поясах 11 фермы 1 позволяет уменьшить высоту центра тяжести ферменного пролета, что дополнительно повышает его ветроустойчивость и общую устойчивость.

Использование в конструкции динамического гасителя колебаний 16 страхующего троса 19, предотвращает падение и потерю грузила 18 в случае поломки пружины растяжения 17.

Использование в качестве грузила 18 емкости, заполняемой водой или песком, позволяет снизить металлоемкость.

Использование предлагаемого изобретения позволит упростить конструкцию ферменного пролета, обеспечив при этом эффективное рассеивание энергии колебаний, возникающих при воздействии ветра на шпренгельную ферму. Кроме того, предлагаемое техническое решение может быть использовано для модернизации ферменных пролетов дождевальных машин любого производителя.

Источники литературы:

1. Брошюра «Valley Long Spans». Valmont Industries, Inc. 2016 г. - 4 с.

2. Брошюра «КАСКАД 65Т. Серия 65Т. Дождевальные машины кругового действия», ФГБОУ ВО Вавиловский университет, г. Саратов, 2023 г., 16 с.

3. Патент № 2789034 Российская Федерация, МПК A01G 25/09 (2006.01). Пролет фермы дождевальной машины (варианты) : № 2021137673 : заявлено 16.12.2021 : опубликовано 27.01.2023, Бюл. № 3 / Соловьев Д. А., Колганов Д. А., Кузнецов Р. Е., Загоруйко М. Г.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО "Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова" - 19 с. : ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Ферменный пролет дождевальной машины содержит размещенную одним концом на самоходной тележке (2) шпренгельную ферму (1), представляющую собой сборную конструкцию, верхний пояс (3) которой образован водопроводящим трубопроводом (4), состоящим из стальных оцинкованных труб (5), соединенных при помощи фланцев (6). На водопроводящем трубопроводе (4) смонтированы секции раскосов (8), каждая из которых образована четырьмя раскосами (8) и соединяющей их концы поперечиной. Понизу секции раскосов (8) соединены между собой при помощи шпренгелей (10), образующих два нижних пояса (11) фермы (1). Для соединения с соседними пролетами по концам фермы (1) установлены шарнирные узлы (12, 13), снабженные креплениями для крайних шпренгелей (10). Последняя секция раскосов (8) фермы (1) при помощи трубчатых ребер жесткости соединена со стойками самоходной тележки (2), оснащенной электроприводом и пневмоколесами (15). Водопроводящий трубопровод (4) оснащен дождевальными насадками (7). Шпренгельная ферма (1) снабжена динамическими гасителями колебаний (16), установленными на верхнем или на нижних поясах (3, 11) шпренгельной фермы (1). Каждый динамический гаситель колебаний (16) выполнен в виде пружины растяжения (17), которая одним концом закреплена к верхнему или нижнему поясу (3, 11) фермы (1), а на другом конце пружины (17) зафиксировано грузило (18). Динамические гасители колебаний (16) расположены в центральной части шпренгельной фермы (1) и размещены симметрично относительно центра фермы (1) и ее продольной оси. Обеспечивается упрощение конструкции ферменного пролета, выполненного с возможностью рассеивания колебаний, возникающих при воздействии ветра. 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Ферменный пролет дождевальной машины, содержащий размещенную одним концом на самоходной тележке шпренгельную ферму, представляющую собой сборную конструкцию, верхний пояс которой образован водопроводящим трубопроводом, состоящим из стальных оцинкованных труб, соединенных при помощи фланцев, на водопроводящем трубопроводе смонтированы секции раскосов, каждая из которых образована четырьмя раскосами и соединяющей их концы поперечиной, понизу секции раскосов соединены между собой при помощи шпренгелей, образующих два нижних пояса фермы, для соединения с соседними пролетами по концам фермы установлены шарнирные узлы, снабженные креплениями для крайних шпренгелей, последняя секция раскосов фермы при помощи трубчатых ребер жесткости соединена со стойками самоходной тележки, оснащенной электроприводом и пневмоколесами, помимо этого, водопроводящий трубопровод оснащен дождевальными насадками, также шпренгельная ферма снабжена динамическими гасителями колебаний, отличающийся тем, что динамические гасители колебаний установлены на верхнем или на нижних поясах шпренгельной фермы, при этом каждый динамический гаситель колебаний выполнен в виде пружины растяжения, которая одним концом закреплена к верхнему или нижнему поясу фермы, а на другом конце пружины зафиксировано грузило, при этом динамические гасители колебаний расположены в центральной части шпренгельной фермы и размещены симметрично относительно центра фермы и ее продольной оси.

2. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 1, отличающийся тем, что в динамических гасителях колебаний использованы пружины растяжения с одинаковым модулем упругости, также их грузила выполнены с одинаковой массой.

3. Ферменный пролет дождевальной машины по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что грузило дополнительно соединено с конструкцией фермы при помощи гибкой связи, выполненной в виде страхующего троса.

4. Ферменный пролет дождевальной машины по пп. 1-3, отличающийся тем, что грузило выполнено металлическим.

5. Ферменный пролет дождевальной машины по пп. 1-3, отличающийся тем, что грузило выполнено в виде емкости, заполняемой водой или песком.

6. Ферменный пролет дождевальной машины по пп. 1-5, отличающийся тем, что на верхнем поясе шпренгельной фермы размещены один или два динамических гасителя колебаний.

7. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 6, отличающийся тем, что динамические гасители колебаний закреплены к фланцевым соединениям водопроводящих труб.

8. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 6, отличающийся тем, что динамические гасители колебаний закреплены на водопроводящем трубопроводе при помощи хомутов.

9. Ферменный пролет дождевальной машины по пп. 1-5, отличающийся тем, что на нижних поясах шпренгельной фермы размещены два или четыре динамических гасителя колебаний.

10. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 9, отличающийся тем, что динамические гасители колебаний закреплены в точках соединения шпренгелей.

11. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 5, отличающийся тем, что емкость выполнена с возможностью автоматического заполнения и слива воды.

12. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 11, отличающийся тем, что заполнение емкости водой осуществлено от водопроводящего трубопровода.

13. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 5 или 11, отличающийся тем, что емкость выполнена из алюминия, или нержавеющей стали, или оцинкованной стали.

14. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 5 или 11, отличающийся тем, что емкость выполнена из устойчивого к воздействию солнечной радиации полиэтилена или пластика.

15. Ферменный пролет дождевальной машины по п. 3, отличающийся тем, что страхующий трос выполнен стальным или нейлоновым.