В известных научных, учебно-методических и справочноэнциклопедических источниках информации используется ряд названий (наименований) дождевальной машины «Днепр», среди которых:

• дождевальная среднеструйная многоопорная машина ДФ-120 «Днепр»;
• многоопорная электрифицированная дождевальная машина «Днепр»;
• ДФ-120 «Днепр»;
• ДМ «Днепр»;
• широкозахватная среднеструйная дождевальная машина «Днепр»;
• широкозахватная многоопорная электрифицированная дождевальная машина ДФ-120 «Днепр»;
• фронтальный дождеватель (дождеватель фронтальный) ДФ-120 «Днепр»;
• самоходная многоопорная дождевальная машина «Днепр»;
• самоходный широкозахватный дождеватель «Днепр»;
• «Днепр» и другие.

Определения. Судя по, используются два известных определения.

1. Дождевальная машина «Днепр» – широкозахватная многоопорная электрифицированная (электроприводная) самоходная среднеструйная и фронтально перемещающаяся по поливному участку дождевальная машина позиционного полива (действия) с забором поливной воды (с питанием поливной водой) из гидрантов напорной закрытой оросительной сети.
2. Дождеватель фронтальный (ДФ) «Днепр» – самоходный фронтально перемещающийся дождевальный напорный трубопровод позиционного полива, подсоединяемый к гидрантам закрытой напорной оросительной сети (питающийся из гидрантов закрытой напорной оросительной сети), опирающийся на систему электроприводных колёсных опор и оборудованный системой среднеструйных дождевальных аппаратов кругового действия.

Условия применения. Дождевальная машина «Днепр» предназначена для полива всех сельскохозяйственных («пашенных») культур, включая высокостебельные, сенокосов и пастбищ за исключением высокодревесных садов на сельскохозяйственных угодьях со «спокойным» рельефом и общим уклоном, не превышающим iп ≤ 0.2, на почвах со скоростью напорного впитывания vвп = (5÷30) см/ч и при скорости ветра не превышающей 5 м/с.

Виды дождевальной машины «Днепр» приведены на рисунках 1-4.

Рисунок 1 – Общий вид дождевальной машины «Днепр» в подготовленном к перемещению положении (по Винниковой Н.В. и др.)

Рисунок 2 – Вид ДМ «Днепр» в подготовленном к поливу положении

Рисунок 3 – Вид дождевальной машины «Днепр» в процессе полива

Рисунок 4 – Общий вид дождевальной машины «Днепр» в подготовленном к поливу положении (по Ерхову Н.С.)

Конструкция. Конструктивно «Днепр» состоит из двух основных блоков – движительно-силовой части и дождевальной (поливной) части. Общеконструктивная схема дождевальной машины приведена на рисунке 5.

1 – водопроводящий («дождевальный») трубопровод; 2 – дождевальные среднеструйные аппараты; 3 – ферменные открылки; 4 – водозаборное устройство; 5 – трактор с навесной электростанцией; 6 – гидранты оросительного трубопровода; 7 – электромоторы ходовых тележек; 8 – опорные тележки

Рисунок 5 – Конструктивная схема дождевальной машины «Днепр» (по Винниковой Н.В. и др.)

Движительно-силовая часть представлена колёсным трактором и навешиваемой на него электрической станцией, которая может обеспечивать работу нескольких (группу из (3÷4) ДМ) близрасположенных «Днепров». Электрическая станция представлена трёхфазным синхронным генератором электрического тока (электрогенератором), работающим от вала отбора мощности трактора и предназначена для питания электрической энергией электродвигателей самоходных колёсных тележек дождевателя и других электрических систем дождевальной машины. Трактор используется для перемещения и обеспечения функционирования электрической станции и при прицепной буксировке дождевальной машины с одного поливного участка на другой.

Дождевальная (поливная) часть «Днепра» включает:

• водоподающий (дождевальный) трубопровод с системой трубопроводных открылков и размещённых на них среднеструйных дождевальных аппаратов;
• систему самоходных электрифицированных (электроприводных) двухколёсных тележекопор;
• систему синхронизации движения опорных тележек;
• водозаборное устройство;
• системы предаварийной (экстренной) остановки дождевателя;
• системы сигнализации и управления поливом;
• запорно-регулирующие средства;
• контрольно-измерительную аппаратуру и другие функциональные элементы.

Выполненный из фланцево соединённых девятиметровых звеньев коррозийно устойчивых труб водопроводящий («дождевальный») трубопровод, расположенный на высоте 2,1 метра над поверхностью земли, опирается на систему самоходных тележек. Через каждые 27 метров по длине водопроводящего трубопровода (в пределах колёсных опор) в обе его стороны и перпендикулярно к его оси устроены горизонтально расположенные тупиковые водоотводы (открылки) длиной по 13,5 метров каждый.

Секционные надтележечные водоотводы-открылки устроены с возможностью их поворота из перпендикулярного к напорному водоводу рабочего положения во вдольосевое транспортное положение (см. рисунки 1 и 4). Количество трубчатых («ферменно-трубчатых») открылков определяется типоразмером дождевальной машины «Днепр» – протяжённостью водопроводящего («дождевального» трубопровода) и соответствует удвоенному количеству опорных ходовых тележек. Напорный водовод и водоотводы-открылки в горизонтальной и вертикальной плоскостях связаны с опорами, удерживающими и стабилизирующими их положение тросовыми вантами (растяжками – «расчалками»).

На концах открылков размещены среднеструйные дождевальные аппараты кругового действия «Роса-3» (см. рисунок 6), а на концевых (торцевых) открылках устроены дождевальные аппараты секторного полива.

1 – концевая часть трубчатого водовода-открылка; 2 – крепление тросовой растяжки; 3 – дождеобразователь «Роса-3»

Рисунок 6 – Общий вид фрагмента трубчатого водовода-открылка с размещённым на нём трёхсопловым дождеобразователем (дождевальным аппаратом) кругового полива «Роса-3»

В соответствии с типоразмером ДМ «Днепр» (по количеству ходовых тележек) количество дождевальных аппаратов составляет: для 17- титележечной (базовой конструкции) машины (ДФ-120) количество дождевальных аппаратов кругового действия составляет 30 единиц, а для типоразмера ДФ-120-04 (13 тележек) nд/ап = 22. Кроме этого, вне зависимости от типоразмера машины предусмотрена установка 4-х дождевальных аппаратов секторного полива. Размещение среднеструйных дождевальных аппаратов полнокругового действия на открылках (патрубках) формирует геометрическую сетку их установки по квадрату с размером сторон в (27×27) метров.

Промежуточные опоры «Днепра» рамно-стоечной конструкции прикрепляются (закрепляются) к (на) платформе (раме) двухколёсной тележки (см. рисунки 1, 2 и 3). Самоходные электроприводные тележки оборудованы электромоторами-редукторами, питающимися электрической энергией от передвижной электростанции с механизмом передачи усилия на колёса.

Работа механизма электропривода (включения и выключения) контролируется и управляется системой синхронизации, автоматически регулирующей включение или отключение электродвигателя-редуктора опережающей тележки, чем обеспечивается прямолинейность трубы дождевателя при его перемещении. При проявлении недопустимых изгибов водопроводящего трубопровода срабатывают системы сигнализации и предаварийной остановки функционирования дождевальной машины. Колёса опорных тележек устроены с возможностью их поворота на 90° в рабочее (перпендикулярно трубопроводу) и в транспортное (параллельное оси трубопровода) положение.

Водозаборное устройство, обеспечивающее механическое (физическое) и гидравлическое соединение напорного водовода с гидрантом оросительного трубопровода выполнено из труб со сферическими шарнирами и имеет сливной клапан, регулирующий открытие и закрытие сливного отверстия. В водозаборном узле ДМ «Днепр» размещена коробка подключения электросистемы дождевателя к передвижной электрической станции (рисунок 7).

1 – тракторная электростанция; 2 – гидрант; 3 – узел соединения трубопровода с гидрантом; 4 – дождевальный аппарат; 5 – водовод-открылок; 6 – водопровод; 7 – опорная тележка

Рисунок 7 – Приводозаборный фрагмент ДМ «Днепр» (по Шумакову Б.Б.)

Конструкция «Днепра» предусматривает наличие двух торцевых водозаборных устройств с возможностью подключения дождевальной машины к гидранту оросительной сети с любой стороны (любого конца) её водовода.

Водозаборный узел дождевальной машины «Днепр» предусматривает возможность слива воды из водопроводящего трубопровода (рисунок 8).

Дождевальная машина «Днепр» предусматривает её буксировку трактором с одного поливного участка на другой предшествующей ей переводом открылков и колёс опорных тележек в транспортное положение.

Рисунок 8 – Общий вид водозаборного устройства дождевальной машины «Днепр» в процессе слива воды из водопроводящего трубопровода (по Штепа Б.Г.)

В кабине трактора предусмотрено размещение пульта дистанционного управления режимом работы электроприводов крайних тележек, системы сигнализации и других средств контроля и управления работой дождевателя.

Полив «Днепром» производится позиционно при периодическом фронтальном перемещении дождевальной машины от одного, питающего её поливной водой, гидранта напорной закрытой оросительной сети к другому.

Дождевальная машина «Днепр» выпускается в базовом исполнении (ДФ-120) и по четырём типоразмерам (от ДФ-120-01 до ДФ-120-04). Диапазоны технических характеристик и технологических параметров ДМ «Днепр», в зависимости от типоразмера, составляют:

• расход поливной воды qд/м = (120-90) л/с при напоре на гидранте Pд/м = 0,45 МПа и средней интенсивности дождя Iд = (0,29±0,05) мм/мин;
• ширина и длина захвата (полосы) дождём с одной позиции bзах = (от 460 до 352) метров и f зах = 54 метра;
• количество ходовых опорных тележек nтел = (17÷13) единиц;
• количество среднеструйных дождевальных аппаратов – (30÷22) кругового действия (в зависимости от типоразмера) и 4 аппарата секторного полива (вне зависимости от типоразмера ДМ);
• скорость перемещения дождевальной машины при смене поливных позиций составляет 0,49 км/ч;
• расстояние между гидрантами – 54 метра;
• поливаемая с одной позиции площадь составляет (2,5÷1,9) гектара;
• орошаемая одной машиной площадь сельхозугодья за сезон составляет (130÷90) гектаров.

Характеристики этой машины приведены в таблице 1.

Таблица 1. – Технические характеристики и технологические параметры дождевальной машины «Днепр»

Организация полей севооборотного участка для полива дождевальной машиной «Днепр» предусматривает учёт природно-хозяйственных условий, структуры культурооборота, размещения площадей, рельефных и почвенных условий отдельных полей и всего орошаемого массива, наличие коммуникаций и древесных насаждений, ситуационные и другие условия. Кроме этого, организация (плановая компоновка) сельскохозяйственного угодья под дождевальную машину «Днепр» при межевании (разбивке) полей севооборота предусматривает учёт технических характеристик и технологических показателей дождевальной машины, сезонную нагрузку дождевальной машины (от 90 до 130 гектаров); необходимость устройства полей и поливных участков прямоугольной формы, одна сторона которых должна быть равна половине ширины захвата машины определённого типоразмера (от 352 до 460 метров); длину поливной полосы увлажняемой машиной с одной позиции, так как размещение дождевальных аппаратов на открылках дождевальной машины по сетке (27×27) метров (дождевателей) предопределяет размещение гидрантов на оросительном трубопроводе через каждые 54 метра, для соблюдения этого условия другая сторона поливного участка (поля) должна быть кратной 54 метрам. Схема поливного модуля приведена на рисунке 9.

Поливной модуль под ДМ «Днепр» по рисунку 3.16 предусматривает деление его оросителем на две равные части, площадь каждой из частей принимается равной половине сезонной нагрузки машины соответствующей принятому её типоразмеру, в свою очередь определяемому размерами поля.

При определении размеров поливного участка (модуля) одну его сторону принимают равной длине её дождевателя, определяемой количеством опорных ходовых тележек в соответствии с нижеприведенными данными.

Длина другой стороны поливного участка принимается кратной расстоянию между гидрантами на оросительном трубопроводе равному 54 метрам.

Рисунок 9 – Схема поливного участка (модуля) под дождевальную машину «Днепр»

При проектировании орошаемого массива рекомендуется учесть, что один трактор с навесной электростанцией и один оператор-тракторист может обслуживать три-четыре одновременно работающих дождевальных машины. Пример орошаемых севооборотов, обеспечивающей их полив ДМ «Днепр», оросительной сети и другой инфраструктуры, приведен на рисунке 10.

Параметры и технология полива. Технология перемещения ДМ «Днепр» с одной позиции на другую предусматривает параллельное перемещение с нею трактора и реализуется выполнением ряда операций:

• 1) перекрытие задвижки на гидранте; с уменьшением давления в трубопроводе автоматически открываются сливные клапаны и водовод освобождается от воды;
• 2) подсоединяется силовой кабель электростанции к электросети поливного крыла машины и к системам управления движением опорных тележек;
• 3) отсоединяется заборное устройство от гидранта оросительной сети и устанавливается в транспортное положение;
• 4) трактор и тележки приводятся в движение и при необходимости осуществляется управление движением крайних (1-й и 17-й) опор;
• 5) по подъезду машины в створ следующего гидранта на нём закрепляется водозаборное устройство;
• 6) открывается задвижка с одновременным контролем давления в водоводе (до 4,5 атм);
• 7) отключаются электросиловые кабели и линии систем управления;
• 8) производится полив части поля с очередной позиции.

Рисунок 10 – План севооборотных участков и оросительной сети для полива дождевальной машиной «Днепр»

По мере осуществления полива на одном поливном участке дождевальная машина перемещается на следующий «модуль» или в головную часть ранее политого участка для проведения очередного полива закреплённого за одной дождевальной машиной поля.

Продолжительность водоподачи (стояния машины) на одной позиции ( tпол , мин) определяется поливной нормой и устанавливается из соотношения

tпол = Nпол / Iд/сp , где Nпол поливная норма в мм; Iд/сp = 0,29 мм/мин – средняя интенсивность дождя. Значение tпол (продолжительности непрерывной подачи воды на одной позиции – tв/п ) сопоставляется с допустимой его величиной для соответствующего вида почвы и условий ( tпол / доп ) по соответствующей методике (по примеру с ДМ «Волжанка»). При tпол > tпол/ доп принимается решение о прерывистой подаче поливной воды или прибегают к снижению поливной нормы (поливом частью поливной нормы с дополивом при повторном проходе поливной машины).

При поливе модулей применяются различные технологические схемы перемещения дождевателя по поливному участку, наибольшее распространение среди которых получила схема челночно-последовательного полива перемещением крыла дождевальной машины вдоль оросителя по рисунку 11.

1 – гидрант; 2 – оросительный трубопровод; 3 – политая площадь с одной позиции (460×54) м; 4 – дождевальная машина «Днепр» во время полива; 5 – то же, во время переезда на другой участок полива; 6 – трактор; 7 – полевая дорога; 8 – электростанция, навешенная на трактор

Рисунок 11 – Технологическая схема работы ДФ-120 (по Ерхову Н.С.)

Отметим, что при поливе дождевальной машиной «Днепр» имеет место сверхнормативная неравномерность выдачи поливной нормы по мере удаления зоны полива от трубопровода (от дождеобразующих аппаратов). Интенсивность, создаваемого этой дождевальной машиной, дождя возрастает от 0,2 до 0,35 мм/мин, при этом выделяются зоны крупно-, средне- и мелкокапельного искусственного дождя, что необходимо в перспективе устранить.

Производительность базовой модели ДМ ДФ-120 «Днепр» по поливу сельхозугодий определяется на уровне часа, смены, суток и сезона.

Поливаемая площадь ( Sчас , га) за 1 час («чистой») работы (полива) при условии непрерывного дождевания зависит от величины поливной нормы и может быть определена по зависимости –

Сменная (семичасовая) производительность дождевальной машины ДФ-120 «Днепр» на предварительной стадии расчётов может быть установлена из соотношения вида —

(в гектарах).

Сезонная производительность дождевальной машины ДФ-120 «Днепр» при круглосуточном поливе сельхозугодья ( Sсез , га) определяется по зависимости —

, га, где Mop — расчётное значение оросительного гидромодуля в л/с·га в диапазоне его изменения от 0,2 до 1,0 л/с·га. Суточная (двухили трёхсменная) производительность может быть определена по зависимости вида Sсут = 3,6qд / м · tсут · kсут / k_{пол / uсп} · Nпол , а сезонная поливная площадь по формуле — Sсез = ( 86,4qд/ м · top · kсез · kt.сут ) / ( N_{пол.с / в} · k_пот.uсп )  при соответствующих значениях входящих в эти зависимости параметров и коэффициентов.