ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

Н.Н. Дубенок, академик РАН, профессор

Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

РФ, 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

Г.В. Ольгаренко, член-корреспондент РАН, профессор

Б.С. Гордон, кандидат технических наук

Всероссийский научно-исследовательский институт систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга»

РФ, 140483, Московская область, Коломенский р-н, пос. Радужный, д. 38

Е-mail: prraduga@yandex.ru

УДК 631.67

DOI:10.30850/vrsn/2020/4/4-7

РАСЧЕТЫ ПАРАМЕТРОВ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН

КОМБИНИРОВАННОГО ФРОНТАЛЬНО-КРУГОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Если дождевальная техника кругового и фронтального действия имеет свою, индивидуальную технологию орошения,

то дождевальная машина комбинированного перемещения при поливе одного поля, поочередно, использует принципы ра-

боты по кругу и фронтально. Цель работы - создание теоретической базы для расчетов параметров более совершенных

дождевальных машин и модернизации существующей дождевальной техники. Объект исследования - характеристики

дождя дождевальных машин комбинированного фронтально-кругового перемещения, обеспечивающие равномерность оро-

шения, в зависимости от технологии полива и эксплуатационных показателей, размера и конфигурации площади сезонной

нагрузки, а также от режима орошения. Указанная цель достигается решением поставленной задачи по исходным данным

норм и сроков полива, а также эксплуатационным характеристикам и конфигурации площади полива вычисляются расчет-

ные гидромодули дождевальной машины при работе по кругу и фронтально. Моделирование применения на машине разбрыз-

гивающих устройств осуществляется по одной универсальной формуле, когда на поливаемых участках в режиме работы

по кругу и фронтально добиваются равенства обеспечиваемых гидромодулей соответствующим расчетным значениям.

При этом учитываются возможные сочетания частей общей площади обслуживания, орошаемых по разным технологиям.

Ключевые слова: дождевальные машины комбинированного перемещения, дождевальные машины ипподромного типа, пара-

метры дождевальных машин.

N.N. Dubenok, Academician of RAS, Professor

K.A. Timiryazev Russian State Agrarian University - MТАA

RF, 127550, g. Moskva, ul. Timiryazevskaya, 49

G.V. Olgarenko, Corresponding member of RAS, Professor

B.S. Gordon, PhD in Engineering sciences

All Russia Scientific and Research Institute for Irrigation and Farming Water Supply Systems “Raduga”

RF, 140483, Moskovskaya oblast’, Kolomenskij r-n, pos. Raduzhnyj, d. 38

Е-mail: prraduga@yandex.ru

CALCULATION PARAMETERS OF SPRINKLING MACHINES

WITH COMBINED FRONTAL AND CIRCULAR MOVEMENT

If the center pivot or linear moving irrigation machines are operated with their own individual irrigation technologies, but the irrigation

machines with combined center-pivot and linear moving mode are operated on one field in turn as a center pivot and as a linear. The goal

of this work is creation of theoretical base for calculation of improved irrigation machines parameters and existing irrigation equipment

modernizing, according to the different natural conditions. The research object is investigation of characteristics of rain delivered from

irrigation machines with combined center-pivot and linear moving mode, assuring uniform irrigation distribution according to the

irrigation technology and operation parameters, size and configuration of seasonal norm as well as to the irrigation scheduling. The

pointed goal is achieved by the given problem solving, when having basic data on the irrigation norm and time, as well as operation

characteristics and the irrigation area configuration, the predicted hydro modulus are calculated for the irrigation machine working in a

center pivot and in a linear mode. The simulation of sprinkling devices operation on the machine is made by one universal formula, when

on the plots irrigated in center pivot and linear mode is achieved equality of arranged hydro modulus to the corresponding calculated

data. At that, are considered all the possible combinations of the total irrigated area parts, irrigated with different technologies.

Key words: Irrigation machines with combined center pivot and linear moving mode, hippodrome type irrigation machines, parameters

of irrigation machines.

Дождевальная техника на оросительных систе-

При поливе одного поля дождевальная машина

мах - конечное устройство, преобразующее по-

комбинированного перемещения работает по кру-

ступающий в нее водный поток в искусственный

гу и фронтально. Центральная ее опора подвижная

дождь. Его параметры должны отвечать различным

и к ней от гидрантов оросительной сети по гибкому

требованиям, в том числе, условиям равномерного

шлангу подается вода под напором. Площадь поли-

распределения слоя осадков. При этом необходимо

ва своим контуром напоминает ипподром, поэтому

удовлетворить потребности выращиваемых культур

прямолинейные участки орошаются фронтальным

в воде в определенные сроки в течение установлен-

перемещением, а торцевые - движением по кругу.

ного интервала времени. [1]

В связи с этим, дождевальную машину комбини-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 4-2020

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

рованного перемещения будем называть машиной

ко всей ипподромной площади сезонной нагрузки

ипподромного типа.

при равномерном поливе, определяется по формуле:

При комбинированной технологии полива воз-

никает задача выбора разбрызгивающих устройств

(3)

к подобной технике, которую следует решать из

условия обеспечения заданных параметров режима

орошения, технических, технологических и эксплу-

где K_m - коэффициент потерь машины при ороше-

атационных характеристик машины.

нии всей площади сезонной нагрузки ипподром-

Существуют методы моделирования примене-

ного типа.

ния дождевальных аппаратов и насадок к машинам

Обеспечиваемый гидромодуль - отношение рас-

кругового или фронтального действия [2], в кото-

хода воды, создаваемого дождем разбрызгивающих

рых контролируемым параметром в вычислениях

устройств машины на элементарной части площади

служит расчетный гидромодуль. С помощью других

орошения к ее площади. Для дождевальной машины

методов [3, 4] исследуют равномерность слоя осад-

кругового действия элементарные части - это кон-

ков и не рассматривают факторы режима ороше-

центрические кольца бесконечно малой ширины

ния и технологии полива машинами ипподромного

с центром в месте установки поворотной опоры, а для

типа, когда характеристики работы по кругу и фрон-

фронтальной - полосы бесконечно малой ширины,

тально взаимосвязаны и могут зависеть не только от

расположенные на площади в направлении движе-

эксплуатационных параметров техники, но и от ве-

ния машины.

личины площади орошения и ее конфигурации.

Если у дождевальной техники кругового дей-

Цель работы - обосновать выбор разбрызгива-

ствия сезонная нагрузка не круг, а сектор с цен-

ющих устройств при сочетании двух технологий

тральным углом β, то элементарные части полно-

в одной машине.

стью расположены на его площади и представляют

собой кольцевые сектора с тем же углом, бесконечно

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

малой ширины и центром в месте установки поворот-

ной опоры.

Из расчетов режима орошения определено, что

для использования машины на ипподромной пло-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

щади при сезонной нагрузке F_o должен быть обеспе-

чен гидромодуль q_o при поливе нормой m_o за период

Расчетный гидромодуль машин, применяющих

времени T_o.

только одну технологию или фронтального или кру-

В зависимости от исходных условий задачи, не-

гового перемещения, можно найти по формуле (2)

обходимо установить характеристики дождевальной

и сравнивать его с обеспечиваемыми гидромодулями

машины ипподромного типа для моделирования

на площади при моделировании использования

применения на ней разбрызгивающих устройств.

разбрызгивающих устройств. Для дождевальной

Исходный гидромодуль - величина, принятая из

техники ипподромного типа вопрос определения ее

расчетов режима орошения и определяемая для

гидромодуля актуален и требует уточнения.

площади сезонной нагрузки машины по известной

На рис. 1 (и другие рисунки на 2-й стр. обл.) изо-

формуле:

бражена площадь размерами R и A, поливаемая до-

ждевальной машиной ипподромного типа, когда,

например, сначала орошается верхний ее участок f_F

(1)

в режиме фронтальной машины, затем полукруг f_k -

в режиме круговой, далее - нижний прямоугольник

площадью f_F и правый полукруг f_k.

Расчетный гидромодуль q_p- это отношение рас-

Для дальнейших рассуждений и простоты изло-

хода воды к площади сезонной нагрузки при поливе

жения, условимся, ипподромной фронтальной на-

только по одной технологии - по кругу или фрон-

зывать машину, которая орошает в движении фрон-

тально при условии равномерного орошения.

тально (сезонная нагрузка F_F), а ипподромной кру-

Вычислить его можно путем несложного преоб-

говой, поливающую по кругу (сезонная нагрузка F_k).

разования формулы определения сезонной нагрузки

Отношения F_k (два полукруга f_k) и F_F(два прямо-

(С.Х. Гусейн-заде и др. - М.: Колос, 1984):

угольника f_F) ко всей площади F_o обозначим соот-

ветственно через α_k и α_F. При одной и той же вели-

(2)

чине площади орошения F_oзначения α_F, R и A могут

быть различны (рис. 2).

где К - коэффициент потерь, учитывающий потери

Чтобы не менять режимы работы насосной стан-

воды на испарение, использование времени суток,

ции, расходы воды круговой и фронтальной иппо-

плановые потери времени и возможные по незави-

дромных машин должны быть равны. Время T_o со-

сящим от машины причинам.

стоит из времени полива ипподромной круговой t_k

В работе составляющие параметра K не рассма-

и времени орошения t_F фронтальной машиной. По-

триваем.

этому справедлива система уравнений:

Уравнение (2) связывает техническую характе-

ристику q_p с величиной режима орошения q_oи экс-

плуатационным показателем потерь K.

(4)

Общий гидромодуль q_m дождевальной машины

ипподромного типа - отношение ее расхода воды

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

где K_k и K_F - коэффициенты потерь ипподромной

Определение расхода воды дождевальной тех-

круговой и фронтальной машины соответственно.

ники кругового и фронтального действия по про-

В левой и правой части первого уравнения систе-

изведению расчетного гидромодуля на площадь

мы записаны скорости орошения площадей, соот-

сезонной нагрузки не всегда точно, но для предва-

ветствующих технологиям перемещения и параме-

рительных расчетов вполне допустимо. Расчетные

трам K_k и K_F..

гидромодули - только контрольные параметры, их

Решая (4) относительно времени t_k и t_F, с уче-

нельзя обеспечить на всей площади орошения, в том

том (1), получим формулы для расчетов гидромо-

числе и на участке за длиной водопроводящего тру-

дулей ипподромных фронтальной q_pF и круговой q_pk

бопровода машины. Поэтому расход и эффективно

машин, которые зависят от соотношения площадей

орошаемая площадь определяются при выборе раз-

сезонных нагрузок, коэффициентов потерь и ис-

брызгивателей.

ходного гидромодуля:

Площадь сезонной нагрузки ипподромной

фронтальной машины (рис. 3 а) состоит из двух пло-

щадей f_F (рис. 1), состыкованных торцами, площадь

сезонной нагрузки ипподромной круговой машины

(5)

(рис. 3 б) включает два соединенных полукруга f_k

(рис. 1). Указанные на них размеры L_э и R_э равны ве-

личине R, так как они определяются в зоне 4, где вы-

падает дождь концевого и других разбрызгивателей,

(6)

допустимым снижением обеспечиваемого гидро-

модуля на 25 % расчетной величины.

Кроме того, выполняется равенство:

Для фронтальной и круговой ипподромных ма-

шин моделирование применения разбрызгивающих

устройств осуществляется согласно обозначениям

(7)

параметров на рис. 3 в системах координат XOY по

уравнению (9). Отдельно к каждой из них выбирает-

При равномерном поливе обеспечиваемые ги-

ся свой комплект аппаратов, насадок и т. п. Исполь-

дромодули круговой и фронтальной ипподромных

зуя конкретные распределения интенсивности до-

машин должны быть равны соответствующим рас-

ждя p_k(x,y) разбрызгивателей, вычисляют обеспечи-

четным значениям q_pk и q_pF.

ваемые гидромодули q_i на i-х элементарных частях

Формулы (5, 6) связывают эксплуатационные

соответствующих площадей. Полученные значения

и технические параметры машины ипподромного

можно обрабатывать статистическими методами

типа с исходной характеристикой режима ороше-

для оценки равномерности орошения и сравнивать

ния.

с расчетными для них величинами q_pF или q_pk.

Общий гидромодуль q_m находим из уравнения,

полученного с учетом его определения и зависимо-

стей (5, 6):

(9)

(8)

где p_k(x,y) - распределение интенсивности дождя

где

k-м разбрызгивателем; L_i - длина i -й средней линии

S_iэлементарной части площади орошения, соот-

Делением q_m на α_k или α_F можно вычислить ги-

ветствующей R_i; n - количество разбрызгивающих

дромодули для ипподромной круговой или фрон-

устройств с нумерацией k от 1 до n, дождь которых

тальной машины соответственно.

выпадает на рассматриваемую элементарную часть;

Все приведенные формулы выведены из усло-

S_i - кривая линия, по отрезкам ds которой прово-

вия равномерного распределения расхода воды

дится интегрирование.

машины по всей площади орошения. Однако на

В уравнении (9) под знаком суммы записан кри-

элементарных частях этот расход формируется до-

волинейный интеграл первого рода от функции рас-

ждем разбрызгивающих устройств и определяется

пределения интенсивности дождя p_k(x,y) вдоль ли-

обеспечиваемыми гидромодулями, которые при

нии S_i. В результате моделирования уточняют рас-

равномерном поливе должны быть равны расчет-

ход дождевальной машины, радиус R_э и ширину L_э

ным значениям.

эффективного орошения.

У дождевальных машин или кругового или фрон-

Конфигурация площади полива машиной иппо-

тального действия на площади полива имеется об-

дромного типа, показанной на рис. 1, может быть

ласть за длиной трубопровода, где выпадает дождь

другой. В частности, возможно отсутствие одного

концевого и других разбрызгивателей. На ней слой

полукруга, орошаемого ипподромной круговой ма-

осадков и обеспечиваемый гидромодуль уменьша-

шиной. В этом случае вместо элементарных колец

ются до нуля. Тогда, если учесть допустимое сниже-

орошения рассматриваются кольцевые сектора по-

ние обеспечиваемого гидромодуля на 25 % расчет-

лукруга f_k с длиной i -й средней линии S_iравной R_i.

ной величины, граница площади орошения F_oбудет

Кроме того, две ипподромные машины могут оро-

определена радиусом R_э и шириной L_ээффективного

шать всю площадь, когда каждая из них поливает

орошения [2] круговой и фронтальной машины со-

свои два участка f_F и f_k. Несмотря на это, полученные

ответственно.

математические зависимости для ипподромных ма-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 4-2020

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

шин будут верны и для этих случаев, если учесть,

2. Ольгаренко, Г.В. Параметры дождя дождевальных

что сезонная нагрузка F_F ипподромной фронтальной

машин и показатели распределения слоя осадков /

машины - это сумма площадей, поливаемых фрон-

Г.В. Ольгаренко, Б.С. Гордон // Вестник российской

тально, а F_k ипподромной круговой машины равна

сельскохозяйственной науки. - 2019. - № 3. - С. 68-72.

сумме площадей, орошаемых по кругу.

3. De Oliveira, Henrique F.E.; Colombo, Alberto; Faria,

Заключение.

Lessandro C. Effects of wind speed and direction on water

При моделировании применения разбрызги-

application uniformity of traveler irrigation systems // En-

вающих устройств по универсальной формуле (9)

genhariaagricola - Т. 32. - Вып. 4. - 2012. - Р. 669-678.

работа дождевальной машины ипподромного типа

4. Molle, B; Le Gat, Y. Model of water application under

включает две отдельные, но взаимосвязанные тех-

pivot sprinkler. II: Calibration and results // Journal of ir-

нологии орошения: по кругу и фронтально. Для

rigation and drainage engineering - Т. 126. - Вып. 6. -

каждой определены расчетные гидромодули - ис-

2000. - Р. 348-354.

ходные контрольные величины в моделировании

применения дождевальных аппаратов, насадок и

LIST OF SOURCES

т. п. Установлена математическая связь этих гидро-

1. Dubenok, N.N. Gidrotekhnicheskie sel’skohozyajstvennye

модулей, которая зависит не только от величины

melioracii (uchebnoe posobie praktikum) / N.N. Dubenok,

площади орошения, но и от ее конфигурации и ко-

K.B. Shumakova: pod red. N.N. Dubenka. - 2-e izd.,

эффициентов потерь. Формулы определения рас-

pererab. i dop. - M.: Prospekt - 2016. - 336 s.

четных гидромодулей верны для различных вариан-

2. Ol’garenko, G.V. Parametry dozhdya dozhdeval’nyh

тов конфигурации ипподромной площади.

mashin i pokazateli raspredeleniya sloya osadkov

Решения поставленной задачи приобретают

G.V. Ol’garenko, B.S. Gordon

// Vestnik rossijskoj

особое значение при создании и модернизации до-

sel’skohozyajstvennoj nauki. - 2019. - № 3. - S. 68-72.

ждевальных машин ипподромного типа для разных

3. De Oliveira, Henrique F.E.; Colombo, Alberto; Faria,

природных условий.

Lessandro C. Effects of wind speed and direction on water

application uniformity of traveler irrigation systems // En-

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

genhariaagricola. - T. 32. - Vyp. 4. - 2012. - R. 669-678.

1. Дубенок, Н.Н. Гидротехнические сельскохозяйственные

4. Molle, B.; Le Gat, Y. Model of water application under

мелиорации (учебное пособие практикум) / Н.Н. Дубе-

pivot sprinkler. II: Calibration and results // Journal of

нок, К.Б. Шумакова: под ред. Н.Н. Дубенка. - 2-е изд.,

irrigation and drainage engineering - T. 126. - Vyp. 6. -

перераб. и доп. - М.: Проспект - 2016. - 336 с.

2000. - R. 348-354.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Объявляет конкурсы на соискание золотых медалей и премий

имени выдающихся ученых, каждая присуждается в знаменательную дату,

связанную с жизнью и деятельностью ученого,

именем которого названа медаль или премия.

Золотые медали присуждаются за выдающиеся научные работы:

имени В.С. Пустовойта — в области селекции масличных культур.

Срок представления работ до 14 октября 2020 года.

имени В.В. Докучаева — в области почвоведения.

Срок представления работ до 1 декабря 2020 года.

имени П.П. Лукьяненко — в области селекции зерновых культур.

Срок представления работ до 9 марта 2021 года.

имени М.Ф. Иванова — в области животноводства.

Срок представления работ до 20 июня 2021 года.

Премии присуждаются за выдающиеся работы:

имени Н.В. Рудницкого — в области селекции и технологии возделывания

сельскохозяйственных культур для условий северного земледелия.

Срок представления работ до 4 марта 2021 года.

имени М.И. Хаджинова — в области генетики, селекции и семеноводства кукурузы.

Срок представления работ до 10 июля 2021 года.