重力自垂型伸缩式大型喷灌机喷水装置

谢崇宝，张国华，鲁少华，卢文娟，陈 娟，谢瑞环

(1.中国灌溉排水发展中心，北京 100054；2.北京中灌绿源国际咨询有限公司，北京 100054；3.河海大学，南京 210098；4.扬州大学，江苏 扬州 225000；5.中灌润茵(北京)节水灌溉设备有限责任公司，北京 101302)

1 研发目的

大型喷灌机是一种重要的规模化农田节水灌溉设备，具有节水、省工、高度自动化等优点，对于推广节水节能灌溉具有重要的意义[1,2]。在使用过程中，大型喷灌机的输水管通常与相配套的喷水装置相连接，并在喷水装置上连接喷头，以实现大型喷灌机的喷灌功能。

现有技术提供的喷水装置使用固定式喷水管，一旦安装到大型喷灌机上，该喷水装置离地面的高度是固定不变的[3]。对于不同的农作物以及同种农作物的不同生长阶段，所对应的喷灌高度应有所不同，这一技术提供的喷水装置将带来诸多不便。此外，传统的大型喷灌机喷水装置依靠配重实现下垂，配重是一个附加的装置，当供水管硬度较大时，很难保证悬吊管的垂直度，进而影响灌水均匀度[4,5]。

为了解决现有技术的问题，亟须研制一种距离地面高度可调节且悬吊管垂直度有保障的喷水装置，同时还应满足经济耐用、方便操作、易于推广等要求。

2 设计方案

2.1 结构设计

本文研发的重力自垂型伸缩式大型喷灌机喷水装置，包括伸缩管、配重管、锁紧机构、外丝喷头接口、伸缩管和配重管统称为悬吊管，如图1所示。

由图1可知，伸缩管部分紧密套装在配重管内部，并可相对配重管轴向滑动；伸缩管位于配重管外部的管体上端与大型喷灌机的输水管连接；配重管的下端与外丝喷头接口连接；锁紧机构包括松紧件和锁紧件，松紧件紧密套装在伸缩管位于配重管外部的管体外部，并可沿伸缩管轴向滑动，且松紧件的下部设置有楔形孔；锁紧件固定在配重管的上端，且锁紧件的上部设置有楔形块，楔形块与楔形孔呈倒置结构排布，相互配合；伸缩管伸缩时，楔形块与楔形孔脱离；伸缩管固定时，楔形块与楔形孔相互配合。

其中，松紧件与伸缩管紧密接触的部分设置有橡胶涂层，橡胶涂层上设置有深度为0.3～0.8 mm的几何花纹，几何花纹为对称的横向平纹、对称的斜纹或不对称花纹；配重管的上端设置有安装孔，锁紧件的下部设置与安装孔相配合的安装台，通过将安装台设置在安装孔内，使锁紧件固定在配重管的上端，安装台的侧部与伸缩管的外壁紧密接触，且紧密接触的部分具有光滑表面；配重管与喷水管部分紧密接触的部分具有光滑表面；锁紧件的中部沿径向设置支撑台，支撑台的下端固定在配重管的上端，当楔形块与楔形孔相互配合时，支撑台的上端与松紧件的下端紧密接触，楔形孔和楔形块均自上而下呈八字形。

2.2 技术特点

本装置的优点：一是将配重与输水设备融为一体，确保悬 吊管铅直向下，喷水均匀；二是供水管具备伸缩功能，可长可短，适应喷灌不同高度的作物；三是供水管的调节灵活方便，有效提高了喷灌效率。

1-伸缩管；2-配重管；3-锁紧机构；31-松紧件；311-楔形孔；32-锁紧件；321-楔形块；322-安装台；323-支撑台；4-外丝喷头接口图1 重力自垂型伸缩式大型喷灌机喷水装置结构及工作过程

2.3 工作原理

本装置的具体工作过程为：由图1(a)可知，伸缩管部分紧密套装在配重管内部，亦即伸缩管靠近上端的管体暴露于配重管的外部，紧密套装在配重管内部的伸缩管的管体可相对该配重管轴向滑动。为了便于伸缩管伸缩，该喷水装置还包括锁紧机构，该锁紧机构包括松紧件和锁紧件。其中，松紧件紧密套装在伸缩管位于配重管外部的管体外部，并可沿伸缩管轴向滑动，且松紧件的下部设置楔形孔；而锁紧件固定在配重管的上端，且锁紧件的上部设置楔形块，该楔形块与该楔形孔呈倒置结构排布，相互配合。通过控制松紧件与锁紧件相互配合，即可实现推拉伸缩管。由图1(b)可知，当需要调整喷头距离地面的高度时，松开松紧件，即沿伸缩管向上拉动松紧件，以使固定在配重管上端的锁紧件上部的楔形块从位于松紧件下部的且与该楔形块呈倒置结构排布，相互配合的楔形孔中脱离出来。此时，由于松紧件不再沿径向对伸缩管施予压力，拉动或推动伸缩管，使其进行伸缩即可调整伸缩管暴露在配重管外部的长度，进而相应调整了喷头距离地面的高度。由图1(c)可知，待喷头距离地面的高度调整合适后，沿伸缩管的外壁向下滑动松紧件，直至锁紧件上方的楔形块完全进入松紧件下方的楔形孔中，并与其相互配合。此时，锁紧件将配合松紧件沿径向对伸缩管施加压力，使伸缩管固定在特定位置处不会上下移动。

经过上述过程后，喷头距离地面的高度得以调整，此时启动大型喷灌机，水流经过输水管顺次进入伸缩管和配重管中，并最终由设置在配重管下端的外丝喷头喷出，实现喷灌目的。

由上述工作过程可知，本装置能够实现喷头距离地面的高度可调，其适用性更广，提高了喷灌效率，同时，本装置在配重管的下端设置外丝喷头接口以与喷头连接，这样保证了喷头始终竖直向下，提高了喷灌均匀度。

3 技术规格及设备安装

本设备技术规格参数如下：伸缩管内径16 mm，外径20 mm；配重管内径20 mm，外径30 mm。本设备与大型喷灌机的输水主管连接，用户使用过程中无需安装或拆卸(见图2)。

图2 重力自垂型伸缩式大型喷灌机喷水装置产品

经检测，本装置符合JB/T6280-2013标准要求。其中，密封性能：喷头泄漏量不大于试验压力(0.5 MPa)下出水栓流量的2%；耐压性能：常温条件下，喷头保持2倍的最大工作压力(0.5 MPa)时，喷头及其零部件能承受试验压力而不损坏，喷体及其连接部位不出现泄漏，并且喷头不与连接件脱开；垂直度：常温条件下，喷头在规定试验压力范围内工作 时，喷头中心线与水平线的夹角应与制造厂提供的数值一致，允许偏差为±5%。

图3为本设备的实际应用现场。目前，本设备已在浙江、河南等地进行了推广应用，受到了用户的认可，市场前景十分广阔。

图3 实际应用

4 结 语

重力自垂型伸缩式大型喷灌机喷水装置已取得国家授权专利，它是在配重管内套装伸缩管，两者共同配合，形成具有长度可调的供水管。本喷水装置一方面能够根据实际需求灵活调节喷头距离地面的高度，满足不同作物以及同类作物不同生长阶段的灌溉需求，有效提高喷灌效率；另一方面，本装置将配重管作为喷水管的一部分，在保证喷头始终竖直向下的前提下，兼具输水功能，保证了喷灌均匀度。

[1] 李仰斌,谢崇宝,张国华,等. 轻便材质中心支轴式喷灌机关键技术研发[J]. 节水灌溉,2014,(11):77-79,83.

[2] 郎景波,李 莹,李铁男. 国内外大型喷灌机生产的发展历程和现状[J]. 节水灌溉,2011,(9):42-43.

[3] 张才民. 谈中心支轴式喷灌机[J]. 节水灌溉,2013,(5):78-80.

[4] 钱一超,侯永胜,席三忠,等. 影响电动圆形喷灌机灌水均匀度的因素及分析[J]. 节水灌溉,2010,(4):20-25.

[5] 周立华,仝炳伟. 时针式喷灌节水试验示范区喷灌效果分析与研究[J]. 节水灌溉,2008,(6):24-26.