Автоматическое регулирование влажности почвы

Оросительные системы применяют для пополнения запасов воды в недостаточно увлажненной почве, где растения систематически испытывают недостаток в воде. Различают поверхностное орошение, дождевание и капельное орошение.

Поверхностное орошение — наиболее простой способ, использующий закрытые трубопроводы или открытые лотки. Вода распределяется через систему распределительных и поливных лотков, оборудованных гидравлическими регуляторами расхода.

Дождевание — распространенный способ орошения, эффективно повышающий влажность и снижающий температуру в надземном слое воздуха. Дождевальные системы хорошо поддаются механизации и автоматизации. Система управления дождеванием действует по заранее принятой программе, учитывающей особенности оросительной системы, или в составе замкнутых автоматических систем.

Схема стационарной системы дождевания с программным управлением показана на рисунке 8.24. Система состоит из насосной станции 7, магистрального напорного трубопровода 4 и поливных трубопроводов 5 с установленными на них дождевальными аппаратами 6, каждый из которых подключен к трубопроводу через.

Рис. 8.24. Принципиальная схема автоматизации стационарной системы дождевания:

/ — насосная станция; 2 — перепускной клапан; 3— напорный клапан; 4— магистральный напорный трубопровод; 5 — поливные трубопроводы; б —дождевальные аппараты трехпозиционный гидроклапан. При подаче воды в напорный трубопровод открываются гидроклапаны дождевальных аппаратов первого ряда (ближайшие к напорному трубопроводу). Через заданное время программное устройство формирует кратковременный импульс снижения давления в напорном трубопроводе путем закрытия напорного клапана 3 и открытия перепускного клапана 2. Каждый такой импульс приводит к закрытию гидроклапанов действующего ряда дождевальных аппаратов и открытию следующего.

Рис. 8.25. Схема гидропривода передвижной тележки дождевальной машины «Фрегат».

/—ходовые колеса; 2 — толкатель; 3— возвратная пружина; 4— клапан-распределитель; 5—силовой рычаг; 6 — рычажный переключатель; 7— пустотелый шток; 8— поршень; 9—цилиндр; 10— гибкий шланг; // — регулирующий клапан; /2 —тяги; 13 — регулирующий стержень; /4— трубопровод машины Преимущество этой системы — отсутствие необходимости специальных каналов связи на орошаемой площади, недостаток —изменение нормы полива только от одного дождевального аппарата к другому в строгой последовательности.

Значительно более совершенны системы дождевания с широкозахватными дождевальными машинами типа «Фрегат», «Волжанка», ДМ и т. д.

«Фрегат» — самоходная дождевальная машина с гидравлическим приводом передвижения, представляющая собой водопроводящий трубопровод с дождевальными аппаратами, установленный на тележках. Тележки перемещаются по кругу вокруг неподвижной опоры, совмещенной с гидрантом для подачи воды в трубопровод. При этом каждая тележка имеет свой гидропривод, работающий за счет энергии воды, поступающей из трубопровода. Гидропривод (рис. 8.25) обеспечивает автоматическое управление передвижением и управление процессом дождевания.

Вода из водопроводящего трубопровода 14 через регулирующий клапан 11 поступает в распределительный клапан-распределитель 4. Если плунжер клапана-распределителя находится в верхнем положении, то вода по пустотелому штоку 7 поршня 8 поступает в цилиндр 9. Так как поршень закреплен на опоре машины неподвижно, а цилиндр способен передвигаться, то под давлением воды он движется вверх, поворачивая колеса 1 тележки на определенный угол через систему: силовой рычаг 5—толкатель 2. В крайнем верхнем положении цилиндра силовой рычаг переводит рычажный переключатель 6 и связанный с ним плунжер клапана-распределителя 4 в нижнее положение. В результате цилиндр отсекается от трубопровода, сообщается со сливом и под действием собственного веса опускается, а вода при этом сливается. Толкатель 2 перемещается вправо и входит в зацепление со следующими зацепами колес. В крайнем нижнем положении цилиндра рычажный переключатель 6 перемещает плунжер клапана-распределителя вниз и цикл повторяется. Для сохранения линейности трубопровода тележки, находящиеся на разном расстоянии от оси, должны двигаться с разной линейной скоростью.

При отставании тележки изгибается прилегающий к ней участок трубопровода, что приводит к натяжению тяги 12, связанной с регулирующим клапаном 11. Перемещение плунжера этого клала-. на вниз увеличивает подачу воды в цилиндр 9, уменьшает время его заполнения и увеличивает частоту ходов толкателя. В результате скорость тележки возрастает и трубопровод машины выравнивается. Аналогичным образом, но с уменьшением подачи воды замедляется ход тележки, если трубопровод изогнулся в противоположную сторону. Такой системой регулирования снабжены все тележки, кроме последней. Эта последняя тележка имеет на трубопроводе и цилиндре кран-задатчик, с помощью которого задается скорость движения тележки, а остальные тележки по описанной схеме синхронизируют с ней свое движение. Кран-задатчик может быть оборудован гидравлическим ИМ и тогда скорость машины может изменяться автоматически.

Равномерность увлажнения орошаемой площади обеспечивается соответствующей регулировкой дождевальных аппаратов (чем дальше от неподвижной опоры, тем выше производительность) и специальной программой полива, учитывающей рельеф, время суток и метеоусловия. Эту программу составляют на сутки. Она реализуется программным устройством с часовым механизмом и управляющим краном-задатчиком скорости.

Программная система не в состоянии компенсировать действие возмущений, носящих случайный характер. Норму полива автоматически корректирует следующая система. Орошаемый участок разбивают на ряд секторов, в начале каждого из которых устанавливают влагомеры. Сигналы от влагомеров суммируются, сравниваются с заданным значением параметра, и действующий по П-закону регулятор корректирует скорость перемещения машины по заданному сектору.

Технология дождевания требует уменьшения нормы в ночное время на 15…20%. Соответствующая коррекция настройки задатчика скорости машин производится автоматически по сигналу от фотореле. Электрические элементы системы, за исключением влагомеров, имеющих автономные источники питания, питаются от аккумуляторов системы «Фрегат».

В случае питания нескольких машин от одного источника водоснабжения каждая из них должна быть оборудована регулятором давления прямого действия.

Широкозахватные дождевальные машины «Волжанка» и «Днепр» — это машины позиционного действия. В машине «Днепр» обеспечивается автоматическое выравнивание трубопровода во время передвижения, причем в качестве датчиков изгиба трубопровода используют конечные выключатели в цепи управления приводными двигателями.

Капельное орошение — самый экономичный способ увлажнения, при котором вода подается прямо в корнеобитаемый слой небольшими дозами, через специальные водовыпускные отверстия (капельницы), устанавливаемые через каждые 50… 100 см на увлажняющих трубопроводах. Управление системой капельного орошения должно обеспечить нужную последовательность увлажнения отдельных участков и коррекцию нормы полива каждого из них. Первое требование выполняется за счет установки клапанов с электромагнитным приводом, управляемых программным устройством, второе требование — изменением напора в распределительных трубопроводах, а также дозированием времени работы отдельных секций поливаемого участка.

САУ капельным орошением показана на рисунке 8.26. Программа, определяющая очередность и время орошения участков, вводится в блок 1 задания и отработки программы. Сигнал разрешения полива участка поступает на блок 2 элементов Я и логический блок 3 сравнения, где сравниваются заданное и действительное значения влажности, измеряемые влагомерами 6. При дефиците влажности логический блок Я вырабатывает команду управления соответствующим исполнительным механизмам 4.

Известны системы автоматического управления капельным орошением, изменяющие давление в увлажнительных трубопроводах.

Определение сроков и норм полива при использовании систем орошения требует получения оперативной информации об усредненных значениях влагосодержания почвы на поливаемом участке. Соответствующую характеристику получают путем контроля.

Рис. 8.26. Блок-схема управления капельным орошением:

У —блок задания; 2— блок элементов Я; 3— логический блок; 4 — исполнительные механизмы; 5— объект орошения; 6— влагомеры влажности в ряде характерных точек с последующим преобразованием результатов измерений.

Усреднение влажности по глубине слоя почвы достигается выбором измерительного преобразователя, усреднение по площади — за счет контроля влажности в нескольких характерных точках поливаемого участка и последующего определения ее среднего арифметического значения.