Технические и технологические особенности модернизации дождевальных машин (06.04.2009)

Автор: Снипич Юрий Фёдорович

Одним из важнейших параметров дождевальных машин следует считать сезонную нагрузку (или подвешенную площадь), который определяет валовые уровни сельскохозяйственной продукции и конечный экономический эффект от орошения. Считалось, что этот параметр зависит от характеристик машины, прежде всего – расхода и от условий размещения. В числителе всех расчетных формул стоит величина расхода ДМ, а знаменатель может быть различным. В частности, знаменателем может быть ордината графика гидромодуля в период наибольшего водопотребления или удельная потребность в оросительной воде наиболее влаголюбивой культуры в критический период за две соседние декады. Этим и ограничиваются, не учитывая влияния, на наш взгляд, и такого немаловажного фактора, как технология полива.

Другими словами, если представить машину, поливающую поле, занятое сельскохозяйственной культурой, с определенной интенсивностью водопотребления в критический период вегетации, и установить в качестве ограничивающих условий требования к режиму увлажнения характерных створов (например, требование пребывания при влажности ниже наименьшего допустимого уровня в течение не более 3 суток), то можно установить его максимальные размеры с учетом особенностей природно-климатических зон, культур и технологических характеристик ДМ.

Используя уравнения, полученные Б.П. Фокиным, можно методом подбора определить максимальные размеры полей, которые могут орошаться фронтальными дождевальными машинами, т.е. сезонную нагрузку на машину. Если начинать поливы при 75-80 % НВ, то применяя оптимальные технологические схемы, поля максимальных размеров можно поливать без иссушения сверх допустимого всей площади. При этом оказывается, что ординаты гидромодуля поля составляют в предельных случаях 1,12 для зоны неустойчивого увлажнения и 1,25 для засушливых зон. Однако если есть возможность организовать севооборотный участок, то нагрузку на машину можно увеличить на 15-20 %, а ординаты гидромодуля снизить по зонам до 0,95 до 1,06 л/с·га.

В орошаемом секторе сельского хозяйства, по экспертным оценкам автора, применяются и будут использоваться в ближайшем будущем три типа технологий по интенсивности орошения сельскохозяйственных культур.

Первый этап – базовые технологии орошения, которые предусмотрено использовать в хозяйствах с низким уровнем доходности, кадрового обеспечения. Как правило, они рассчитаны для регионов (природно-климатических зон) с невысоким сельскохозяйственным потенциалом. Потенциальные возможности технологий по площади орошения – до 50 га.

В основном будут производиться и эксплуатироваться машины существующих конструкций. Однако некоторые из них могут быть модернизированы для улучшения качества дождя, снижения материалоемкости, упрощения конструкции без снижения технологических возможностей, с переводом их на автономную работу, повышения надежности и т.д.

Реализация этих мер позволит использовать имеющиеся оросительные системы на их существующем техническом уровне, вернуть в строй действующих недавно законсервированные по причине отсутствия технических средств полива орошаемые участки, и стабилизировать экономику сельскохозяйственных предприятий, использующих орошение.

Этот этап является периодом подготовки интенсификации отрасли. Переход хозяйств этой группы к более сложным технологиям будет осуществляться в порядке, представленном на рисунке 1.

Второй этап – интенсивные технологии, которые рассчитаны на орошаемые участки 100-1000 га с укрупненными севооборотами. Такие технологии предполагают использовать предпосевные, вегетационные и влагозарядковые поливы с одновременным внесением различного типа удобрений, другие технологические возможности поливной техники. Этот тип технологий рассчитан на относительно благополучные сельскохозяйственные предприятия. Техника для орошения в таких предприятиях используется либо разработанная ранее, типа «Днепр», «Фрегат», «Кубань», либо аналогичная по классу («Ладога», ее модификации и вновь разрабатываемые). Переход этой группы хозяйств к высокоинтенсивным технологиям будет непродолжительным и не потребует значительных затрат. Второй этап (5 - 10 лет) – начало производства приоритетной поливной техники для сельского хозяйства на отечественных предприятиях. Он будет происходить параллельно с производством модернизированной техники предыдущего поколения.

Рисунок 1 – Программа развития технологий орошения

и совершенствования поливной техники

Предполагается, что поскольку приоритетная поливная техника будет производиться и приобретаться по более высокой стоимости, и с более высокой их технологической надежностью и производительностью, она вначале будет приобретаться предприятиями с высоким уровнем доходности, а также предприятиями, поддерживаемыми инвесторами.

В этом периоде предусмотрено создать и поставить на производство основные приоритетные машины и оборудование, предусматривающие создание дождевальных машин модульного типа, работающих от стационарной или мобильной оросительной сети.

Третий этап – высокоинтенсивные технологии – это стратегическое будущее конкурентоспособного орошаемого сектора сельского хозяйства России. Они рассчитаны на наиболее благополучные сельскохозяйственные предприятия страны с орошаемыми площадями от 1000 га и выше. Многие элементы этих технологий требуют доработки или адаптации современных типов поливной техники с учетом международных достижений и привязкой к местным условиям. Поливная техника для этих технологий должна обеспечивать прецизионное (точное) управление продукционными процессами орошения сельскохозяйственных культур. Как правило, эта техника должна автоматически контролировать качество выполняемых технологических операций в связи с изменяющимися условиями (погода, влажность почвы, вегетация).

Продолжительность третьего этапа – 10-15 лет. После выполнения второго этапа к следующему периоду будут созданы новые технические средства орошения, реализующие новые технологии, обеспечивающие технико-экономические параметры эффективного производства сельскохозяйственной продукции в орошаемом секторе АПК России. Поэтому на третьем этапе ставится задача создания интеллектуальной поливной техники за счет качественно нового уровня, а именно:

Первое – все создаваемые технические средства полива, особенно сложные и высокопроизводительные, должны иметь высокую техническую и технологическую надежность.

Второе – поливная техника должна быть оснащена системами автоматизации, которые представляют собой базу или нижний уровень в многоуровневой системе интеллектуальной, т.е. самоконтролирующейся поливной техники.

Третье – создание крупных многооперационных поливных моноблоков, представляющих собой новые мобильные технологические агрегаты, которые должны служить основой для обеспечения эффективной организационно-экономической базы, на которой должны быть созданы автоматизированные и даже автоматические процессы орошения. К ним можно отнести автоматическое вождение поливных моноблоков, саморегуляцию поливных норм, дифференцирование внесения удобрений, средств защиты растений и т.д.

Стоимость парка поливной техники нового поколения оценивается суммой около 3-6 млрд руб. ежегодно. Прогнозируется, что реализовать эту цель возможно к 2015-2017 гг., то есть за 12-15 лет. Все будет определяться, в конечном итоге, покупательной способностью сельских товаропроизводителей.

Конечным результатом реализации программы будет являться интенсификация и обновление парка поливной техники, что позволит эффективнее использовать орошаемые земли, и как результат – увеличение валового производства продукции сельского хозяйства. При прогнозируемой рентабельности (20 %) из полученной прибыли на обновление парка машин может быть направлено ежегодно до 6 млрд руб. (около 25-30 % прибыли).

Третья глава «Теоретические основы технического и технологического усовершенствования дождевальной техники» содержит результаты проработки теоретического моделирования выбора дождевальных машин с использованием показателей комплексной оценки, методику анализа удельных показателей применяемой серийной дождевальной техники, модели оценки и результаты исследований по совершенствованию методики анализа удельных показателей новой поливной техники.

Обобщенный показатель качества проектируемой дождевальной техники запишется следующим образом:

В качестве показателя, объединяющего действия случайных факторов внешней среды при подборе эталонной машины, предлагается рассматривать величину удельного сезонного дефицита водопотребления культуры ?, м3/га. Дефицит водопотребления удовлетворяется применением ДМ производительностью N, м3/га. Под производительностью ДМ понимается количество воды, которое ДМ может подать на 1 га сезонной нагрузки за вегетационный период. Производительность ДМ представляет собой функцию технологических удельных показателей качества ДМ (конструктивных параметров к (расход, ширина захвата, паспортная скорость перемещения и т.д.) и эксплуатационных параметров э (время работы на одной позиции, технологическая скорость перемещения, показатели использования рабочего времени, схемы полива и др.)).

Конструкционные параметры являются выходными характеристиками ДМ. Каждый из них, в свою очередь, может быть представлен в виде совокупности некоторых технических характеристик.

уменьшается на величину ущерба от недополива или переполива. Данное положение можно выразить математически:

где с – удельный ущерб от снижения или увеличения водоподачи, руб./га.

. – коэффициент приведения эксплуатационных затрат.

находится по выражению:

–математическое ожидание.

Детально (3) можно представить следующим образом:

– коэффициент приведения капитальных затрат, зависящий от конструкционных параметров кi.

С учетом (3) и (4) отыскание максимума полученного функционала по какому-либо параметру или группе параметров из кi и эj сводится к решению системы уравнений:

Данная система допускает некоторые упрощения: при невозможности варьирования какого-либо технического или технологического параметра, его значения фиксируются, а соответствующее ему уравнение удаляется. В результате решения (5) возможно получить оптимальные значения кi и эj, идентифицирующих оптимальную модификацию ДМ и эксплуатационный режим ее применения. Оптимальный выбор указанных конструкционных и эксплуатационных параметров приносит максимальные значения показателю окупаемости для рассматриваемой агроклиматической зоны и культуры с учетом влияния случайных ситуаций по дефициту водопотребления. Если в качестве кi взять не один конструкционный параметр, а некоторую совокупность параметров, объединенную по функциональному назначению, то задача (5) преобразуется в задачу оптимизации модульной компоновки ДМ.

В ФГНУ «РосНИИПМ», под руководством и непосредственным участием автора, разработана методика выбора направлений восстановления внутрихозяйственной мелиоративной сети, позволяющая выбирать наиболее эффективные из существующего ряда, с учетом природно-климатических условий, наличия существующей сети, финансовых возможностей заказчика, предполагаемого направления сельскохозяйственной деятельности, выбора способа орошения и т.д. Оценку выбранного способа предлагается проводить по следующим показателям: ресурсные; технологические; комплексные (рисунок 2).

Суть методики выбора дождевальной машины для конкретного орошаемого участка по удельным показателям заключается в том, что составляется таблица из набора серийно выпускаемых дождевальных машин, в которую вносятся ресурсные показатели восстанавливаемого участка. Примером может служить орошаемый участок площадью 100 га, расположенный в СПК «Мир» Азовского района Ростовской области, где апробировалась предлагаемая методика (таблица 1).

Рисунок 2 – Модель выбора ДМ по показателям комплексной оценки

К наиболее важным технологическим показателям относятся: обслуживаемая ДМ площадь, га; уровень механизации и автоматизации, выражаемый через расход, управляемый одним человеком, л/с.чел; набор культур, возможных к возделыванию на данном участке; коэффициент земельного использования, КЗИ.

Таблица 1 – Ресурсные показатели выбора ДМ при восстановлении орошаемого

участка

Дождевальная машина Ресурсные показатели


загрузка...