Технические науки

Доцент, канд. техн. наук З.Ш. Юлдашев

Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Россия

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ

ШИРОКОЗАХВАТНЫХ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН

ФРОНТАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

Внедрение широкозахватных дождевальных машин (ШДМ) фронтального действия типа «Кубань-Л» с электроприводом опорных тележек и типа «Каравелла-Л» с гидроприводом опорных тележек, которые предназначены для полива сельскохозяйственных культур, в том числе высокостебельные, делает актуальной задачу энергетической оценки качества выполнения энерготехнологического процесса полива [1].

Существующая система 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 неэффективному расходу энергии и оросительной воды на полив и к аварийной остановке, и следовательно, к неравномерному поливу орошаемого участка.

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 математическое описание. 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 (ЯМЗ-238НБ), трехфазный генератор, мощностью 30 кВт и водяной насос.

Оросительная вода из оросительного канала, проложенного по середине 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 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 крайне недостаточны и в основном ограничиваются получением модели движения машины, никак не связанных с показателями качества полива. Математическое моделирование позволит 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 ШДМ.

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 движения водопроводящего трубопровода.

Такое разделение оправдано тем, что необходимое снижение составляющих достигается различными методами: -статическая неравномерность может быть снижена за счет увеличения количество дождевателей 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. Неравномерность полива приводит к неравномерному произрастанию сельскохозяйственных культур, образованию участков переполива, которые могут вызвать эрозию почвы и нерациональному расходования оросительной воды.

Сложность и трудоемкость экспериментальных исследований, направлен-ных на совершенствование ШДМ с целью повышение качества полива, обуславливает необходимость создания математической модели движения машины, позволяющей с помощью ЭВМ эффективно решить многовариантные задачи оценки показателей энергоэффективности и качества полива при различных значениях конструктивных и настроечных параметров машины.

Литература

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