謝崇寶，張國華，魯少華，盧文娟，陳 娟，謝瑞環(huán)

(1.中國灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054；2.北京中灌綠源國際咨詢有限公司，北京 100054；3.河海大學(xué)，南京 210098；4.揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225000；5.中灌潤茵(北京)節(jié)水灌溉設(shè)備有限責(zé)任公司，北京 101302)

1 研發(fā)目的

大型噴灌機(jī)是一種重要的規(guī)模化農(nóng)田節(jié)水灌溉設(shè)備，具有節(jié)水、省工、高度自動化等優(yōu)點(diǎn)，對于推廣節(jié)水節(jié)能灌溉具有重要的意義[1,2]。在使用過程中，大型噴灌機(jī)的輸水管通常與相配套的噴水裝置相連接，并在噴水裝置上連接噴頭，以實(shí)現(xiàn)大型噴灌機(jī)的噴灌功能。

現(xiàn)有技術(shù)提供的噴水裝置使用固定式噴水管，一旦安裝到大型噴灌機(jī)上，該噴水裝置離地面的高度是固定不變的[3]。對于不同的農(nóng)作物以及同種農(nóng)作物的不同生長階段，所對應(yīng)的噴灌高度應(yīng)有所不同，這一技術(shù)提供的噴水裝置將帶來諸多不便。此外，傳統(tǒng)的大型噴灌機(jī)噴水裝置依靠配重實(shí)現(xiàn)下垂，配重是一個附加的裝置，當(dāng)供水管硬度較大時，很難保證懸吊管的垂直度，進(jìn)而影響灌水均勻度[4,5]。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，亟須研制一種距離地面高度可調(diào)節(jié)且懸吊管垂直度有保障的噴水裝置，同時還應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)耐用、方便操作、易于推廣等要求。

2 設(shè)計方案

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文研發(fā)的重力自垂型伸縮式大型噴灌機(jī)噴水裝置，包括伸縮管、配重管、鎖緊機(jī)構(gòu)、外絲噴頭接口、伸縮管和配重管統(tǒng)稱為懸吊管，如圖1所示。

由圖1可知，伸縮管部分緊密套裝在配重管內(nèi)部，并可相對配重管軸向滑動；伸縮管位于配重管外部的管體上端與大型噴灌機(jī)的輸水管連接；配重管的下端與外絲噴頭接口連接；鎖緊機(jī)構(gòu)包括松緊件和鎖緊件，松緊件緊密套裝在伸縮管位于配重管外部的管體外部，并可沿伸縮管軸向滑動，且松緊件的下部設(shè)置有楔形孔；鎖緊件固定在配重管的上端，且鎖緊件的上部設(shè)置有楔形塊，楔形塊與楔形孔呈倒置結(jié)構(gòu)排布，相互配合；伸縮管伸縮時，楔形塊與楔形孔脫離；伸縮管固定時，楔形塊與楔形孔相互配合。

其中，松緊件與伸縮管緊密接觸的部分設(shè)置有橡膠涂層，橡膠涂層上設(shè)置有深度為0.3～0.8 mm的幾何花紋，幾何花紋為對稱的橫向平紋、對稱的斜紋或不對稱花紋；配重管的上端設(shè)置有安裝孔，鎖緊件的下部設(shè)置與安裝孔相配合的安裝臺，通過將安裝臺設(shè)置在安裝孔內(nèi)，使鎖緊件固定在配重管的上端，安裝臺的側(cè)部與伸縮管的外壁緊密接觸，且緊密接觸的部分具有光滑表面；配重管與噴水管部分緊密接觸的部分具有光滑表面；鎖緊件的中部沿徑向設(shè)置支撐臺，支撐臺的下端固定在配重管的上端，當(dāng)楔形塊與楔形孔相互配合時，支撐臺的上端與松緊件的下端緊密接觸，楔形孔和楔形塊均自上而下呈八字形。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

本裝置的優(yōu)點(diǎn)：一是將配重與輸水設(shè)備融為一體，確保懸 吊管鉛直向下，噴水均勻；二是供水管具備伸縮功能，可長可短，適應(yīng)噴灌不同高度的作物；三是供水管的調(diào)節(jié)靈活方便，有效提高了噴灌效率。

1-伸縮管；2-配重管；3-鎖緊機(jī)構(gòu)；31-松緊件；311-楔形孔；32-鎖緊件；321-楔形塊；322-安裝臺；323-支撐臺；4-外絲噴頭接口圖1 重力自垂型伸縮式大型噴灌機(jī)噴水裝置結(jié)構(gòu)及工作過程

2.3 工作原理

本裝置的具體工作過程為：由圖1(a)可知，伸縮管部分緊密套裝在配重管內(nèi)部，亦即伸縮管靠近上端的管體暴露于配重管的外部，緊密套裝在配重管內(nèi)部的伸縮管的管體可相對該配重管軸向滑動。為了便于伸縮管伸縮，該噴水裝置還包括鎖緊機(jī)構(gòu)，該鎖緊機(jī)構(gòu)包括松緊件和鎖緊件。其中，松緊件緊密套裝在伸縮管位于配重管外部的管體外部，并可沿伸縮管軸向滑動，且松緊件的下部設(shè)置楔形孔；而鎖緊件固定在配重管的上端，且鎖緊件的上部設(shè)置楔形塊，該楔形塊與該楔形孔呈倒置結(jié)構(gòu)排布，相互配合。通過控制松緊件與鎖緊件相互配合，即可實(shí)現(xiàn)推拉伸縮管。由圖1(b)可知，當(dāng)需要調(diào)整噴頭距離地面的高度時，松開松緊件，即沿伸縮管向上拉動松緊件，以使固定在配重管上端的鎖緊件上部的楔形塊從位于松緊件下部的且與該楔形塊呈倒置結(jié)構(gòu)排布，相互配合的楔形孔中脫離出來。此時，由于松緊件不再沿徑向?qū)ι炜s管施予壓力，拉動或推動伸縮管，使其進(jìn)行伸縮即可調(diào)整伸縮管暴露在配重管外部的長度，進(jìn)而相應(yīng)調(diào)整了噴頭距離地面的高度。由圖1(c)可知，待噴頭距離地面的高度調(diào)整合適后，沿伸縮管的外壁向下滑動松緊件，直至鎖緊件上方的楔形塊完全進(jìn)入松緊件下方的楔形孔中，并與其相互配合。此時，鎖緊件將配合松緊件沿徑向?qū)ι炜s管施加壓力，使伸縮管固定在特定位置處不會上下移動。

經(jīng)過上述過程后，噴頭距離地面的高度得以調(diào)整，此時啟動大型噴灌機(jī)，水流經(jīng)過輸水管順次進(jìn)入伸縮管和配重管中，并最終由設(shè)置在配重管下端的外絲噴頭噴出，實(shí)現(xiàn)噴灌目的。

由上述工作過程可知，本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)噴頭距離地面的高度可調(diào)，其適用性更廣，提高了噴灌效率，同時，本裝置在配重管的下端設(shè)置外絲噴頭接口以與噴頭連接，這樣保證了噴頭始終豎直向下，提高了噴灌均勻度。

3 技術(shù)規(guī)格及設(shè)備安裝

本設(shè)備技術(shù)規(guī)格參數(shù)如下：伸縮管內(nèi)徑16 mm，外徑20 mm；配重管內(nèi)徑20 mm，外徑30 mm。本設(shè)備與大型噴灌機(jī)的輸水主管連接，用戶使用過程中無需安裝或拆卸(見圖2)。

圖2 重力自垂型伸縮式大型噴灌機(jī)噴水裝置產(chǎn)品

經(jīng)檢測，本裝置符合JB/T6280-2013標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，密封性能：噴頭泄漏量不大于試驗壓力(0.5 MPa)下出水栓流量的2%；耐壓性能：常溫條件下，噴頭保持2倍的最大工作壓力(0.5 MPa)時，噴頭及其零部件能承受試驗壓力而不損壞，噴體及其連接部位不出現(xiàn)泄漏，并且噴頭不與連接件脫開；垂直度：常溫條件下，噴頭在規(guī)定試驗壓力范圍內(nèi)工作 時，噴頭中心線與水平線的夾角應(yīng)與制造廠提供的數(shù)值一致，允許偏差為±5%。

圖3為本設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場。目前，本設(shè)備已在浙江、河南等地進(jìn)行了推廣應(yīng)用，受到了用戶的認(rèn)可，市場前景十分廣闊。

圖3 實(shí)際應(yīng)用

4 結(jié) 語

重力自垂型伸縮式大型噴灌機(jī)噴水裝置已取得國家授權(quán)專利，它是在配重管內(nèi)套裝伸縮管，兩者共同配合，形成具有長度可調(diào)的供水管。本噴水裝置一方面能夠根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)節(jié)噴頭距離地面的高度，滿足不同作物以及同類作物不同生長階段的灌溉需求，有效提高噴灌效率；另一方面，本裝置將配重管作為噴水管的一部分，在保證噴頭始終豎直向下的前提下，兼具輸水功能，保證了噴灌均勻度。

[1] 李仰斌,謝崇寶,張國華,等. 輕便材質(zhì)中心支軸式噴灌機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)[J]. 節(jié)水灌溉,2014,(11):77-79,83.

[2] 郎景波,李 瑩,李鐵男. 國內(nèi)外大型噴灌機(jī)生產(chǎn)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀[J]. 節(jié)水灌溉,2011,(9):42-43.

[3] 張才民. 談中心支軸式噴灌機(jī)[J]. 節(jié)水灌溉,2013,(5):78-80.

[4] 錢一超,侯永勝,席三忠,等. 影響電動圓形噴灌機(jī)灌水均勻度的因素及分析[J]. 節(jié)水灌溉,2010,(4):20-25.

[5] 周立華,仝炳偉. 時針式噴灌節(jié)水試驗示范區(qū)噴灌效果分析與研究[J]. 節(jié)水灌溉,2008,(6):24-26.