Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в развитых странах производство сельскохозяйственной продукции неразрывно связано с использованием оросительных мелиораций. Более 70 % всех сельскохозяйственных угодий в Российской Федерации и около 80 % пашни расположены в зонах недостаточного или неустойчивого увлажнения атмосферными осадками с часто повторяющимися засухами и суховеями. Ярким примером последствий засухи стало лето 2010 года, когда в связи с засухой была объявлена чрезвычайная ситуация в 27 субъектах Российской Федерации. В Саратовской области от засухи пострадали 2406 хозяйств, общий ущерб превысил 7,3 млрд рублей. Только благодаря орошению удалось получить гарантированные урожаи сельскохозяйственных культур и избежать тяжелых последствий засухи.
Одними из основных сооружений по протяженности и важности на оросительных системах являются каналы, по которым осуществляется подача воды для орошения и сельскохозяйственного водоснабжения засушливых территорий. От состояния каналов, их соответствия проектным параметрам зависят объем и качество подаваемой оросительной воды.
Производство эксплуатационно-ремонтных работ на оросительных системах предусматривает окашивание и удаление травяной растительности. Нарушение данной технологии, которое может произойти как из-за снижения финансирования отрасли, так и из-за некачественного и несвоевременного выполнения работ по удалению растительности, приводит к негативным результатам. Например, сокращение финансирования мелиоративной отрасли в период экономических преобразований конца XX века в России заставило организации, занимающиеся эксплуатацией оросительных систем, снизить объемы эксплуатационно-ремонтных работ на инженерно- мелиоративных сооружениях. При этом оросительные каналы стали интенсивно зарастать древесно-кустарниковой растительностью, происходило разрушение их облицовки и заиление русел.
Растущая вдоль каналов древесно-кустарниковая растительность делает невозможным доступ каналоочистительной техники, снижает пропускную способность каналов в земляном русле, разрушает облицовку, загрязняет оросительную воду опавшей листвой и ветками. Многократное срезание кустарника без удаления или угнетения корневой системы приводит к образованию порослевых пней большого диаметра.
При этом применять существующие машины для эксплуатации каналов невозможно, а выпускаемые промышленностью практически не применимы для проведения данных работ на каналах вследствие несоответствия конструктивно-технологических параметров. В результате не обеспечиваются эффективная очистка и восстановление проектных параметров оросительных каналов.
Организациями, осуществляющими эксплуатацию оросительных каналов, применяются в основном затратные технологии без оценки экономико-энергетических показателей.
Цель работы. Снижение энергоемкости процесса очистки и восстановление проектных параметров оросительных каналов за счет применения эффективной технологии и технических средств для ее выполнения.
Задачи исследований:
-
Провести анализ состояния оросительных каналов, существующих технологий и технических средств очистки каналов.
-
Разработать эффективную технологию и комплекс машин для очистки оросительных каналов от кустарника и наносов.
-
Теоретически обосновать основные параметры рабочих органов разработанных машин.
-
Провести экспериментальные исследования взаимодействия разработанных рабочих органов с древесно-кустарниковой растительностью и наносами.
-
В производственных условиях провести исследования эффективности предлагаемой технологии очистки оросительных каналов от кустарника и наносов, дать технико-экономическую оценку ее применения.
Объект исследований. Технологический процесс очистки оросительных каналов, выполняемый существующими и разработанными техническими средствами.
Предмет исследований. Закономерности повышения эффективности работы технических средств при взаимодействии с древесно- кустарниковой растительностью и наносами.
Методы исследований. В качестве основных методов исследований в работе применялись: методика системных исследований; аналитическое описание технологических и конструктивных параметров машин для очистки каналов на основе известных законов и методов классической механики и математического анализа; оценка достоверности и адекватности результатов. Экспериментальные исследования и производственные испытания выполнены с использованием тензометрирования, хронометража, стандартных и оригинальных методик, приборов и установок. Обработка результатов исследований проводилась методами математической статистики с использованием информационных технологий.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
эффективная технология и новые конструкции рабочих органов машин для очистки каналов от кустарника и наносов;
-
теоретические положения и закономерности для обоснования конструктивно-технологических параметров рабочих органов машин для срезания кустарниковой растительности и удаления наносов;
-
теоретические исследования кинематических характеристик и показателей новых машин;
-
результаты экспериментальных исследований и производственных испытаний предлагаемой технологии и технических средств для очистки оросительных каналов;
-
экономико-энергетическая оценка результатов исследований.
Практическая значимость. Предложена и внедрена в производство
новая технология очистки каналов от кустарника и наносов, обеспечивающая комплексную механизацию всех производственных операций на основе применения нового специализированного оборудования, рациональное использование удаляемого кустарника, повышение качества и экологической безопасности выполняемых работ при наименьших затратах энергии и материальных средств. Внедрение технологии позволило повысить пропускную способность каналов на 17,4-31,8 %, сократить полные энергозатраты по операциям очистки канала от кустарника на 50 % и по операциям очистки канала от наносов на 34 %. На основании теоретических исследований разработан и внедрен комплекс машин для очистки каналов, позволяющий повысить эффективность и качество эксплуатационно-ремонтных работ. Предложенные теоретические зависимости и результаты экспериментальных исследований могут быть использованы в качестве основы при разработке новых и совершенствовании существующих машин для очистки каналов, а также в спецкурсах вузов и колледжей при изучении мелиоративных дисциплин.
Реализация результатов исследований. Научные исследования проводились в рамках Межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 гг. по заданию Ш.01. «Разработать технологические и технические мелиоративные комплексы, обеспечивающие наиболее полную реализацию биоклиматического потенциала продуктивности почв сельскохозяйственных земель и их защиту от деградации», а также в соответствии с комплексной темой НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» № 7 «Повышение эффективности использования мелиоративных земель и обеспечение реконструкции ороси- тельно-обводнительных систем». Результаты проведенных исследований внедрены в филиалах ФГУ «Управление «Саратовмелиоводхоз», Воронежском и Саратовском управлениях ОАО «Трансаммиак», До- рожно-ремонтном строительном управлении г. Маркса.
Разработанные при участии автора новые технологии и машины экспонировались на Российских агропромышленных выставках «Золотая осень». За период с 2003 по 2010 г. было получено 2 золотых, 2 серебряных, 3 бронзовых медали и 11 дипломов.
По результатам выполненной работы автор стал лауреатом Всероссийского конкурса «Рациональное природопользование и охрана окружающей среды - стратегия устойчивого развития России в XXI веке», проводимого Министерством природных ресурсов РФ (2006 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались в период с 2001 по 2011 г. на конференциях профессорско-преподавательского состава по итогам научно-исследовательской работы Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова; Международной научно- практической конференции «Проблемы научного обеспечения и экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях» в Волгоградской ГСХА (Волгоград, 2001); Поволжских межвузовских конференциях «Актуальные агроинженерные проблемы АПК», «Совершенствование машиноиспользования и технологических процессов АПК» и Международной научно-практической конференции «Актуальные инженерные проблемы АПК в ХХ! веке» в Самарской ГСХА (Самара, 2001, 2002 и 2004); научно-технической конференции «Природоохранное обустройство территорий» и Международной научно-практической конференции «Роль природообу- стройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем» в МГУП (Москва, 2002 и 2006); Международной научно- практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура» в СибАДИ (Омск, 2003); Всероссийской конференции молодых ученых во ВНИИ «Радуга» (Коломна, 2005); Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения проф. А.Г. Рыбалко, и Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения проф. В. Г. Кобы (Саратов, 2006 и 2011); двух Международных научно-практических конференциях «Основы рационального природопользования» в Саратовском ГАУ им. Н.И. Вавилова (Саратов, 2007 и 2009); заседании секции мелиорации научно-технического совета министерства сельского хозяйства Саратовской области (Саратов, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 82 научные работы, в том числе 23 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 19 патентов на изобретения и 5 патентов на полезные модели РФ, рекомендации, монография и учебное пособие. Общий объем публикаций составляет 67,16 п. л., из них на долю автора приходится 31,9 п. л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем составляет 454 страницы компьютерного текста, который включает в себя основной текст и 19 приложений. Основной текст изложен на 350 страницах, содержит 25 таблиц, 155 иллюстраций. Список использованной литературы включает 405 наименований, в том числе 18 на иностранных языках.
