Автоматизированная система бороздкового полива

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть применено при программном управлении автоматизированной системой бороздкового полива. Цель изобретения - упрощение конструкции, сокращение материалоемкости и расширение области применения системы. Автоматизированная система бороздкового полива содержит распределительный трубопровод с подключенными к нему поливными трубопроводами . К последним через компараторы подключены микрогидранты, имеющие калиброванное входное отверстие на входе, перекрываемое тарелкой мембраны, и коленчатые водовыпуски с косым срезом. Компараторы представляют собой дифференциальный усилитель гидропневматического действия, обеспечивающий дистанционное включение в работу секций микрогидрантов по гидроили пновмосигналам, передаваемым по линиям связи Управление переключением на полив той или иной секцией осуществляется устройством программного управления с учетом показаний датчиков влажности почвы и времени добегания воды в бороздах контрольного участка 1 з.п. ф-лы. 1 табл , 2 ил (Л С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

lslls А 01 6 25/16

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4647698/15; 4648262/15 (22) 08.02.89 (46) 07.09.91. Бюл, N 33 (75) В.И.Пронов (53) 631.347.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1329687, кл, А 01 G 25/16, 1986. (54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА

БОРОЗДКОВОГО ПОЛИВА (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть применено при программном управлении автоматизированной системой бороздкового полива. Цель изобретения — упрощение конструкции, сокращение материалоемкости и расширение области применения системы. Автоматизированная система бороздкового полива соИзобретение относится к сельскому хозяйству и применяется для программного автоматизированного управления поливом по бороздам иэ трубопроводов малого сечения по узким чередующимся полосам.

Цель изобретения — упрощение конструкции, сокращение материалоемкости и расширение области применения системы.

На фиг.1 показана схема автоматизированной закрытой самонапорной системы бороэдкового полива и приведена конструкция компаратора; на фиг.2 — конструкция микрогидранта.

Система (фиг.1) содержит распределительный трубопровод 1 с водозаборными и очистными сооружениями 2 на его входе и поливных трубопроводов 3 с регулировочными задвижками 4 на входе. Система

„„SU„„1674752 А1 держит распределительный трубопровод с подключенными к нему поливными трубопроводами. К последним через компараторы подключены микрогидранты, имеющие калиброванное входное отверстие на входе, перекрываемое тарелкой мембраны, и коленчатые водовыпуски с косым срезом.

Компараторы представляют собой дифференциальный усилитель гидропневматического действия, обеспечивающий дистанционное включение в работу секций микрогидран1ов по гидро- или пневмосигналам, передаваемым по линиям связи. Управление переключением на полив той или иной секцией осуществляется угтройством программного управления с учетом показаний датчиков влажности почвы и времени добегания воды в бороздах контрольного участка. 1 з.п, ф-лы, 1 табл., 2 ил обеспечивает одновременный полив иэ всех поливных трубопроводов 3 по чередующимся полосам шириной, например, 38 м, при этом на участке площадью 61 га количество полос слева и справа трубопровода 1 равно

8. Трубопровод 1 выполняется телескопическим из асбоцементных труб ВТ-9 диаметром 160 — 400 мм, а трубопровод 3 — из труб диаметром 125 мм.

Микрогидранты 5 состоят иэ корпуса и крышки 6, между которыми закреплена гибкая мембрана 7 с износостойкой резиновой накладкой и не менее двух водовыпусков 8 в борозды с увеличенными отверстиями на выходе диаметром не менее диаметра общего патрубка 9 на его входе. Калиброванные отверстия образованы косым срезом по вертикали с углом 2 — 10 с чередованием их

1674752 выхода к верху или к низу борозды. Косой срез этих отверстий обеспечивает эллиптическую воронку размыва и экранирует отверстие от попадания песка и гравия. Для обеспечения закрытия микрогидранта 5 от давления воды в трубопроводе 1 со стороны линии 10 управления мембрана 7 должна иметь большую площадь, чем со стороны патрубка 9 с учетом потери напора через водовыпуски 8, На входе микрогидранта 5 установлено общее для не менее чем двух водовыпусков

8 калиброванное отверстие 11. Водовыпуски 8 с сечением не менее площади калиброванного отверстия 11 выполнены из полиэтиленовых патрубков под углом а до

20 вниз от горизонтали с выходом из коленчатого патрубка с косым срезом, развернутым от вертикали под углом до 10 с чередованием через борозду выхода воды к началу или к концу борозды. Величина углов отклонения определяется возможными монтажными допусками, а также экспериментом на почвах конкретного поля из условия непопадания ила в полость микрогидранта 5. Микрогидрант выполняется с возможностью регулирования расхода воды в борозду и содержит полиэтиленовый корпус 12, крышку 13, эластичную мембрану 7 с наклеенными на нее полиэтиленовым наконечником и металлическим пригрузом 14, обеспечивающим закрытие выхода патрубка 9 под давлением столба воды над отключенным при аварии в линии микрогидрантом 5, Основной особенностью микрогидранта является ослабление влияния его параметров на расход. Это достигается существенным сокращением количества микрогидрантов, увеличением диаметра в 2 — 3 раза и сохранением относительно большого диаметра трубопровода 1. При этом важным является наличие указанных углов и достигаемые при этом эффекты "грязевого затвора", который образуется в герметизированном принудительно закрытом мембраной 7 коленчатом патрубке 9. Для его создания не требуется особых соотношений углов для предлагаемой конструкции водовыпусков с междурядьем 90 см. Основное условие его работы — глубина изгиба от горизонтали колена должна быть больше диаметра патрубка 9. Если нет утечки воды (обратного тока) в процессе закрытия мембраны 7, то легкая вода из части патрубка 9 под углом к горизонтали не может вытеснить ся на выход через колено более тяжелым илом (аналогично известному воздушному гидропневмозатвору). Благодаря этому ил в корпус гидранта 5 не поступает и э го допол20

45 шей или большей площадью, чем мембрана

5

35 нительно увеличивает надежность работы описанной конструкции гидранта, Таким образом, отверстие 11 повышенных размеров, пригруэ 14, угол на выходе гидранта и дополнительно грязевой затвор увеличивают надежность работы системы в целом.

Конструкция микрогидрантов позволяет стабилизировать расход воды из объединенных под одно калиброванное отверстие

11 водовыпусков 8, что обеспечивается за счет уменьшения изменчивости колебания потери части напора Л h на преодоление переменного сопротивления слоя грунта над водовыпуском, а также за счет устранения возможности частичного засорения калиброванного отверстия 11, так как оно имеет увеличенный размер и разделено от соприкосновения с грунтом грязевым гидрозатвором в виде коленчатого патрубка.

Благодаря предлагаемому косому срезу увеличенного в размерах выхода водовыпуска

8 вихри воды в воронке над водовыпуском выносят тяжелые фракции и гравий эа пределы вертикали выхода водовыпуска 8, формируется эллипсоидная воронка размыва и существенно уменьшаются колебания потери напора над водовыпуском. Все это в целом уменьшает колебания расхода в борозды при импульсном поливе.

На поливных трубопроводах 3 в начале каждого из К участков полива установлен гидравлический или пневмогидравлический компаратор 15 сигналов давления в трубопроводе 3 и общей для всех участков полива и поливных трубопроводов 3 линии 10 управления, Линию 10 управления можно считать первой ступенью управления, а линию

16 управления микрогидрантами 5 — второй ступенью управления. Компаратор 15 состоит из двух корпусов 17, верхней и нижней крышки 18 с направляющими втулками на оси. Между первым корпусом 17 и нижней крышкой 18 на болтово;й- соединении (не показано) установлена мембрана 19 с мень20 во втором корпусе. Мембраны 19 и 20 предназначены для сравнения давлений жидкости или газа в первой ступени линии управления и в поливном трубопроводе 3, соединенного с полостью управления второго корпуса над мембраной 20 линией 10 управления малого сечения (4 мм), выполняющей роль дросселя. Таким образом, конструкция компаратора позволяет сравнивать давления в первой ступени 16 управления и в поливном трубопроводе 3. В зависимости от расчетной величины избирательного давления воды (на включение) между первым корпусом и нижней крышкой 18 установлена мембрана 19 с меньшей (или

1674752

55 большей) площадью, чем мембрана 20 во втором корпусе. Диаметры мембран зависят от соотношения давлений в линиях 16 и

10 и в допусках на надежную работу компаратора 15 с учетом допусков Hà его конструкцию в "окнах" давления в линии 16 управления.

Компаратор 15 содержит единый шток

21, закрепленный на мембранах 19, 20 и на перекидном клапане 22 и снабженный пружинным ограничителем 23 хода, который выполнен с воэможностью восприятия части нагрузки эа половиной хода штока вверх, Это сделано для того, чтобы при программном изменении давления во второй половине "окна" давления при помощи пружинного ограничителя 23 каждого компаратора можно было регулировать степень закрытия верхнего отверстия перекидного клапана 22 на пропуск воды в водовыпуски 8 компаратора, От степени открытия отверстия перекидного клапана 22 зависит то, какое давление устанавливается над мембраной 20. При закрытом клапане

22 в связи с отсутствием утечек воды в линии управления 10 микрогидрантами 5 над мембраной 20 устанавливается давление воды, равное давлению воды в поливном трубопроводе 3, В зависимости от степени открытия клапана 22, задаваемой программно управляемым давлением в линии 16 под мембраной 19, жесткостью пружинных ограничителей 23 хода, соотношением площадей мембран 19, 20 и в связи с возможностью дросселирован«я расхода воды в водовыпуски 8 через линию 10 управления малого диаметра на входе компаратора, давление над мембраной 20 повторяет изменение давления под мембраной 19. Таким образом, соединение напрямую линий 10 и 16 через полость управления мембраны 20 с воэможностью утечки воды в водовыпуски 8 через открытые отверстия перекидного клапана дросселированием воды создается переменное программно-управляемое давление над мембраной 20 всех микрогидрантов 5 через линию 10 управления. При этом все микрогидранты 5, а их может быть до 50, синхронно повторяют сигналы устройства программного управления 24 и обеспечивается любая технология полива с управлением расходом воды в борозды по любой заданной программе. Мембраны 19 и

20 выполнены иэ металлической втулки и гибкой резиновой прокладки в месте ее соединения с корпусом со свободным ходом мембран, обеспечивающим возможность перекрытия отверстий перекидного клапана 22 и регулирование расхода воды в во5

35 довыпуски 8 компаратора 15, подобные водовыпускам 8 микрогидрантов 5. Половина хода мембраны 19 и клапана 22 осущес1вляется с противодавлением от пружинного ограничителя хода 23 с воэможностью регулирования расхода воды в водовыпуски

8. При этом сила полного разделения полостей управления мембран 19 и 20 для сравнения давлений в линиях 10 и 16, не имеет значения, так как давление передается на мембрану 19 от пневматического или гидравлического источника энергии. Сборка корпусов 17, крышек 18 и мембран 19 и 20 осуществляется болтовыми соединениями на их фланцах. В направляющих втулках крышек 18 установлен шток 21, положение которого отрегулировано с возможностью перекрытия отверстий компаратора 15 на пропуск воды в его водовыпуски 8 при любом соотношении давлений на входе компаратора через линии управления 25 и 16 за пределы заданных каждому компаратору в отдельности

"окон" давления в режиме управления поливом. Гибкие прокладки мембран 19 и 20 наклеены на втулки мембран и наружными концами закреплены между корпусами 17.

Полость управления мембраны 20 через линию 25 малого сечения соединена с поливным трубопроводом 3, а через линию управления 10 соединена с полостями управления микрогидрантов 5 только нэ выделенном для каждого ксмпаратора отдельном участке полива. Входи управления всех К компараторов, уста«свае«плах нэ и поливных трубопроводах 3, ссед«ноны параллельно между собой и с устройством 24 программного управления через л«нию 16 управления первой ступени управления.

Конструкция водозабора 2 должна обеспечивать подачу постоянного расхода воды на полив и очистку воды о1 мусора до размеров меньших диаметров патрубка 9. Задвижки 4 предназначены для регулирования постоянного заданного рас- . хода воды при одновременном поливе иэ всех трубопроводов 3. Б кячестве дистанционно управляемой промывной задвижки

26 может использоваться компэрэ гор с номером К+ 1 без верхней vðürorê«18 с диаметром отверстия перекидного клапана 22 не менее диаметра поливного трубопровода 3. Площадь водовыпусков 8 дс»лжна обеспечивать расход воды в борозды до 1,5 U,, где Q, — расчетный допуст«м «неразмывающий расход воды в сухую Гзсрозду. Линии управления 10 и 16 выполнены «э полиэтиленовой трубки диаметром 10 мм.

В качестве устройства 24 программного управления применяются программируе1674752

10

40

55 мые таймеры или управляющие системы с усилителями сигналов на выходе, например

"Протар" с расширителем последовательно управляемых выходов до 16 каналов системы НПО "Кристалл", г. Киев. Эти устройства снабжены источником сжатогО воздуха на ресивере с периодической или непрерывной подзарядкой, например от автомобильного компрессора "Темп", и задатчиком пневматическим программным по времени типа П 31.2 ЭА с индикатором типа ИП-1 для сигнализации выполнения заданной операции полива. "Протар" обеспечивает возможность формирования любых программ с контролем процессов по 11 аналоговым или дискретным каналам от датчиков и может быть использован. также с серийно выпускаемым электропневматическим командным прибором КЭП-16 с редукторами давления воздуха для каждогоучастка полива согласно таблице. Устройство 24 подключено к электросети напряжением 220 B и обеспечивает по заданной программе на программном диске автоматическое изменение давления в диапазоне 0,2 — 1,0 кгс/см сигна2 лизацию двух точек программы давлением

1,4 кгс/см, ручной или дистанционный пуск и останов программного диска, а также программное изменение давления в "окнах" давления включения каждого компаратора.

Управление давлением используется для регулирования расхода воды в борозды, а также для осуществления прогрессивных технологий полива с нарастающим, убывающим или пульсирующим расходом воды.

Программа полива, например, 4 участков заносится на программный диск и может повторяться 1, 2, 3, 6, 12, 24 и 95 раз в сутки.

Этим обеспечивается набор любых известных и перспективных технологий полива.

Кроме того, в качестве устройства 24 программного управления может быть использован прибор КЭП-16 по ТУ 25.02,160175 на 16 каналов управления между его электрическими выходами, заземлением и источником питания постоянного тока напряжением 24 В, для каждого канала управления подключена обмотка включения электропневмореле типа П!ПР.5. пневматические выходы которого от источника давления или через редуктор давления воздуха подключены к линии 10 управления. Запуск и переключение режимов работы устройства 24 осуществляется вручную или по сигналам датчиков, например датчиков влажности почвы или добегания воды до заданной отметки поля. Для этого устройство программного управления содержит микропроцессорное измерительное устройство на микрокалькуляторе типа "Электроника"

МК-49, С интегральными датчиками влажности почвы по изменению сопротивления длинного провода, экранированного от нижнего слоя земли.

Работает система бороздкового полива следующим образом. (На примере полива узких по фронту участков сначала четных, а затем по кругу нечетных).

Перед поливом налаживают систему— проверяют работоспособность микрогидрантов, герметичность линий 10 и 16 управления, задвижками 4 устанавливают рабочее давление в трубопроводах 3 и проверяют работу очистного сооружения 2. В программное устройство 24 устанавливают ранее отработанную циклограмму полива на программном диске,.например для полива четырех участков в течение суток по одной иэ известных технологий полива— постоянной, возрастающей, пульсирующей или дискретной струей воды в борозды, с переменным расходом воды в первой половине борозды от 0 до 1,5 Он. а во второй половине борозды.с плавно убывающим расходом до 0 5 Qн (где QH — неразмывающий расхОд воды в сухой борозде).

В зависимости от использования технических средств программного управления давлением возможны два варианта управления системой: в первом варианте каждый компаратор вместо линий 16 управления имеет грузовой гидростатический эадатчик давления срабатывания с управляемой задвижкой на водозаборном сооружении 2 с возможностью управления поливом путем кратковременного программного изменения давления в трубопроводах 1 и 3; второй вариант управления при постоянном давлении в трубопроводах 1 и 3 и программно управляемом давлении в общей для всех компараторов 15 линии 16 управления приведен ниже. В зависимости от воэможности управления давлением в трубопроводе 1 или в линии 16 управления соотношение площадей поршней мембран

19 и 20 различно для каждого компаратора

15, а see пружины 23 устанавливаются с одинаковой жесткостью, при которой половина усилия от равной для всех компараторов ступени повышения давления для их переключения уравновешивается усилием пружины. Этим обеспечивается воэможность не только выбора каждого компаратора для полива одной секции, но и регулирование расхода воды в борозды. В таблице дан пример выбора соотношения площадей мембран 19 и 20 в зависимости от давления в метрах водяного столба.

1Г, 4152

Пе ед включением в работу линия16 ству очистки воды и колебание расхода в

P соединена с атмосферой. а при отсутствии борозды. воды в трубопроводе 1 на нее поданодавле- При аварийном режиме при выходе иэ ние более 10 м водяного столба и клапан строя устройства программного управле22 закрыт для прохода воды через водовы- ". ния (при порыве трубопровода 3 компаоатопуск 8, Закрытие клапана 22 при малом или ры автоматически закрывают выход воды в большом давлении в линии 16 управления водовыпуски 8) применяется ручное управповышает надежность работы системы, а ление поливом. которое Осуществляет полпри аварии на трубопроводах 1 или 3 пре- иаальщик с применением часов, тств ет засорению илом микрогидрантов 5 10 трехходового крана, манометра и ручного и трубопроводов . Kðp

3. За рытое состояние кла- насоса. Переключение участков пол а о пана 22 обеспечивает передачу беэ умень- ратор осуществляет по часам при помощи шения давления из трубопроводов 3 через крана с заглушкой, при этом оператор кратпатрубок 9, кол<паратор 15 и линию 10 уп- ковременно подключает насоси подкачиваравления на микрогидранты 5 для их закры- 15 ет давление в линии 16 управления до давления срабатывания очередного компатия.

После подачи устройством 24 в линию ратора 15.

16 давления воздуха или воды от 1,5 до Для защиты системы от работы в ава2,5 м водяного стол а н к б а омпараторе 15 рийном режиме при понижении давления в первого участка полива в соответствии с 20 трубопроводах 1 или 3 устройство 24 содертаблицей давление на мембрану 19 больше жит реле давления типа 3KM-IV с замыкадавления воды на мем рану, р

4б н 20, При этом ющимся контактом для включения обмотки шток 21 перемещает клапан 22 до тех пор, электропневмореле типа lllflP.5, которое по э это давление не уравновесится усили- своими пневматическими выходами перерытом клапане 25 ключает питание линии 16 управления с рал. 10м

22 а компаратор 15 выполняет функцию бочего на аварийное давление более м

I гидравлического повторителя сигналов для водяного столба. передачи управляемого давления воды че- Технико-экономический эффект автомареэ линию 10 в полости управл т ав ения микро- тизированной закрытой оросительной сисгид антов 5, которые и овторяют 30 темы заключается в технической переменный расход воды через водовыпу- реализации наиболее совершенных и люски 8, аналогичный расходу водовыпусков 8 бых перспективных способов полива, обескомпаратора по лю

15 бой заданной про- печивающих высокое качество полива и повышение урожайности до 2 раз; в расшиграмме.

После подачи компаратором соответ- 35 рении области применения сис е с д т мы ешествующего давления в линию ю 10 управле- выми поливными трубопроводалти малого ния мембраны водовыпуск

7 ы пуском под сечения на наиболее перспективные к внеддавлением воды из патру ков б 9открывают- рению закрытые оросительные системы с ся для подачи воды через кали алиброванное давлением воды более 1 м водяного столба; в отверстие 11 и водовыпуски в о в борозды, 40 сокращении материалоемкости системы при

H от выходов водовыпусков уменьшении капитальных затрат на строиаклон и развор фо ми ют несмыкающиеся между собой тельство системы с 150 до ру га; в формируют несмыкаю и аботы и качества эллипсоидные воронк оронки размыва с выносом поьышении надежности ра камней и гравия за пределы вь хода водо- полива. выпуска 8. При этом после отключения мик- 45 Годовой экономический эффект составрогидрантов 5 исключается возможность ляет более 100 руб га. засорения водовыпусков 8 камнями, а илистая почва не поступает s корпус 12 и устра- Оо м ла изобретения р у няется возможность эаиления трубопровода 1 при аварии на линиях упиях уп- 50 1, Автоматизированная система бороэравления или при паводках. ри этом

П этом ис- дкового полива, включающая источник оропольэование микрогидрантов др-нтов исключает шения, распределительный трубопровод, изменчивость расхода воды flo opo б роэдам и подключенный к последнему через водозасущественн и но повышает надежность работы борное очистное сооружение, поливные устройства, а также о есп беспечивает возмож- 55 трубопроводы, подключен р р д т боп ово и снабженные ность Ос ществления совершенных техно- лительному трубопроводу и сна женные ность су логий полива с переменным расходом воды промывной задви и за вижкой на их концах, микров борозды. Увеличение диаметра отверстии гидр ., р д анты аз еленные на секции полива и ков 8 ст аняет засорение их гидравлически связанные с поливными труе ством линии связи и одорослями, упрощает требования к каче- бопроводами поср д

1674T52

12 устройство программного управления поливом, к выходу которого подключена линия управления секциями полива, а к входу— датчики технологического процесса полива, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, сокращения материалоемкости и расширения области применения, система снаожена компараторами, управляющий вход которых соединен с линией управления поливом, а выход — с линиями связи, причем датчики технологического процесса выполнены в виде реле давления в распределительном трубопроводе и в линии управления, а каждый компаратор выполнен в виде трех камер, первая из которых сообщена с водовыпусками, установленными на компараторе, и с второй промежуточной камерой через перепускной клапан, запорный элемент которого установлен с возможностью соединения второй промежуточной камеры с первой и третьей камерами, при этом вход последней соединен с поливным трубопроводом, а выход — с управляющими верхними полостями микрогидрантов секции полива, причем дифференциальный подпружиненный привод штока перепускного клапана выполнен двухмембранным, а его надмембранная и подмембранная полости соединены соответственно с поливным трубопроводом и с линией управления.

2. Система по п,l, отл ич а ю ща я с я тем, что, с целью повышения качества пол5 ива, каждый микрогидрант включает не менее двух подземных водовыпусков для расположения их радиально в направлении начала и конца борозды на корпусе, установленном на подводящем патрубке и раз10 деленном мембраной на две полости, верхняя иэ которых соединена с выходом компаратора. а нижняя через калиброванное отверстие связана с подводящим патрубком с воэможностью перекрытия

15 калиброванного отверстия мембраной под действием скрепленного с последней груза при снижении давления в верхней камере, причем водовыпуски выполнены в виде Гобразных полиэтиленовых патрубков с диа20 метром не менее диаметра калиброванного отверстия, входная часть которых установлена под острым углом в вертикальной плоскости с понижением от входа патрубка до места соединения с его выходной частью.

25 установленной под тем же углом с повышением к выходу патрубка, выполненному в виде косого среза под острым .углом в вертикальной плоскости с понижением в сторону входной части патрубка, 1б74752

Составитель Г.Параев

Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор С.Лыжова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2947 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5