一種新型噴灌承插管件的設(shè)備研究

趙 華

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，山西太原 030031）

0 引言

噴灌是利用水泵和管道系統(tǒng)輸送壓力水并分配到田間，再由噴頭噴射到空中，碎成細(xì)小的水滴或水霧，均勻地灑落在需灌溉面積上，以供給作物水分的一種灌溉方法。用水泵從水源取水加壓或利用地形落差形成自壓水頭來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所需的壓力。大田作物、瓜果蔬菜、經(jīng)濟(jì)作物、果樹(shù)、牧草等都可以采用噴灌。與地面灌溉相比，噴灌可使經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)20%～30%，糧食作物增產(chǎn)10%～20%，同時(shí)節(jié)約用水30%～50%，具有節(jié)水、增產(chǎn)、省工且不產(chǎn)生深層滲透和地面徑流，灌水均勻（一般可達(dá)80%～90%）、輸水損失小、灌水有效利用率高等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。另外，還可利用噴灌噴灑農(nóng)藥，施用化肥，能大大節(jié)省人力、物力，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。我們國(guó)家的噴灌技術(shù)從引進(jìn)到自行生產(chǎn)，并形成一定的生產(chǎn)能力，國(guó)產(chǎn)噴灌設(shè)備對(duì)推動(dòng)我國(guó)節(jié)水灌溉的發(fā)展起到了重要作用。但是，隨著時(shí)間的推進(jìn)，盡管噴灌設(shè)備生產(chǎn)基本能滿足我國(guó)噴灌發(fā)展的需要，但在產(chǎn)品品質(zhì)的可靠性和穩(wěn)定性方面仍存較大問(wèn)題[4-5]。因此，開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)更適合我國(guó)國(guó)情的節(jié)水設(shè)備迫在眉睫。

1 我國(guó)噴灌技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)水資源十分匱乏，且隨著人口增加，農(nóng)作物種植規(guī)模的擴(kuò)大，水的供需矛盾日益突出，成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要制約因素。鑒于我國(guó)水資源日益緊缺的趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代以來(lái)，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)大力發(fā)展節(jié)水灌溉，作為節(jié)水灌溉技術(shù)之一的噴灌技術(shù)得到了大規(guī)模的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)噴灌設(shè)備也從無(wú)到有，并形成了一定的生產(chǎn)能力。但是，我國(guó)噴灌設(shè)備無(wú)論在品質(zhì)上還是品種上，仍存在不少問(wèn)題，與國(guó)外先進(jìn)水平相比差距還很大。

近年來(lái)隨著國(guó)家節(jié)水灌溉技術(shù)的高度重視和大力推廣，經(jīng)濟(jì)體制的深化改革，我國(guó)噴灌設(shè)備制造行業(yè)也發(fā)生了較大的變化。目前，我國(guó)噴灌設(shè)備制造行業(yè)中，生產(chǎn)制造噴灌設(shè)備的企業(yè)越來(lái)越多，生產(chǎn)上規(guī)模的企業(yè)卻較少；產(chǎn)品相互仿制多，自己開(kāi)發(fā)的少；制造工藝水平較低。因此，我國(guó)噴灌設(shè)備的研制和生產(chǎn)亟待進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

我國(guó)噴灌發(fā)展的歷程還有一個(gè)很重要的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：因采用了品質(zhì)不過(guò)關(guān)的設(shè)備，導(dǎo)致大批噴灌工程不能正常發(fā)揮效益，甚至報(bào)廢。不但浪費(fèi)了國(guó)家和農(nóng)民的資財(cái)，而且極大地挫傷了農(nóng)民發(fā)展噴灌的積極性。因此，必須改變現(xiàn)有這種以小生產(chǎn)方式制造和供應(yīng)噴灌設(shè)備的模式。而采用工業(yè)化的方式，即實(shí)行規(guī)模化生產(chǎn)，將噴灌設(shè)備生產(chǎn)銷售服務(wù)全過(guò)程納入產(chǎn)業(yè)化軌道，按市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)噴灌設(shè)備上規(guī)模、上檔次、增產(chǎn)增效。

2 新型承插管件的設(shè)計(jì)研究

2.1 設(shè)計(jì)方案和關(guān)鍵工藝

（1） 承插式快速接頭采用2種方案生產(chǎn)：①采用目前的澆鑄法，外鋼模內(nèi)砂芯的鑄造方法，然后機(jī)加成型；②采用壓鑄法生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的外觀品質(zhì)和內(nèi)在組織致密性，保證加工精度。

（2）通過(guò)采用特殊式工藝及措施，使鑄鋁接頭和沖壓鋁接頭掛鉤處的承拉能力達(dá)到要求。

（3）改進(jìn)膠圈配方、形狀及生產(chǎn)工藝，增強(qiáng)其抗老化性能，提高其耐久性，保證在拆卸100次后不漏水。

（4）通過(guò)提高接頭本身品質(zhì)和密封圈品質(zhì)，使接頭滿足在0.5 MPa時(shí)，可以自卸。

2.2 國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)比較

表1列出太原市噴灌發(fā)展總公司生產(chǎn)的TPL型單掛鉤式快速接頭、太原征宇噴灌有限公司生產(chǎn)的QKJ型球形雙掛鉤快速接頭、奧地利鮑爾公司生產(chǎn)的HKA型球形掛鉤接頭、英國(guó)賴特雷因公司生產(chǎn)的WRIGHRAIN型單掛鉤承插式快速接頭、德國(guó)佩羅特公司生產(chǎn)的KKV，KKM，KKA型半球形雙掛鉤快速接頭和新研制的新型承插式快速接頭的幾項(xiàng)主要技標(biāo)的對(duì)比。

國(guó)內(nèi)外同類主要技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外同類主要技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比

2.3 工作原理及快接組合結(jié)構(gòu)圖

該設(shè)備通過(guò)水泵加壓的方式形成帶有壓力的水，然后經(jīng)過(guò)前期鋪設(shè)好的管道送到需要的地方，并通過(guò)噴頭分散成細(xì)小水滴，均勻地灑到空氣中，形成類似下雨?duì)畹乃谓德湓谛枰牡胤?，以此達(dá)到灌溉作用。特點(diǎn)是土壤不板結(jié)、便于渠道的建設(shè)及管理維護(hù)、減少農(nóng)民投勞和費(fèi)用、施水比較均勻、設(shè)備占地面積少。

快接組合部件主要由薄壁鋁管、快速接頭、密封圈組成。

快接組合見(jiàn)圖1。

圖1 快接組合

3 主要技術(shù)指標(biāo)

①通過(guò)對(duì)當(dāng)前在半固定噴灌中使用的承插式管件的結(jié)構(gòu)、材料及水力性能的研究和改進(jìn)，使我國(guó)的承插式接頭的水力性能、運(yùn)行可靠性和使用耐久性達(dá)到國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平；②密封性能良好，工作可靠，壓力在0.2～0.8 MPa內(nèi)不產(chǎn)生泄漏；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便，在壓力降到0.05 MPa時(shí)，開(kāi)始自泄，減輕移管的勞動(dòng)強(qiáng)度；④有一定適應(yīng)能力。

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

4項(xiàng)硬件成果均完成了田間考核，并形成批量生產(chǎn)能力。該產(chǎn)品于2001年開(kāi)始，已在山西、河北、新疆等地推廣使用，得到了用戶的肯定和好評(píng)，為當(dāng)?shù)毓?jié)水灌溉的發(fā)展和農(nóng)民增產(chǎn)、增收做出了一定的項(xiàng)獻(xiàn)；取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，該產(chǎn)品的研制成功也為企業(yè)的良性發(fā)展和產(chǎn)品的升級(jí)換代提供了機(jī)遇，并為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5 成果推廣應(yīng)用前景

5.1 推廣前景

噴灌可根據(jù)作物不同生長(zhǎng)期的需要，不誤農(nóng)時(shí)地適量灌溉，是一種先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，具有省水、省工、保土、保肥、灌水均勻等特點(diǎn)，另有施工安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便、增產(chǎn)效果顯著、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大農(nóng)民歡迎。在北方各省市現(xiàn)已成為大田糧食作物節(jié)水灌溉的一種主要形式，總面積已達(dá)數(shù)10×104hm2。甘肅、寧夏、新疆和內(nèi)蒙古等西部是我國(guó)典型的土地廣闊、水資源緊缺和生態(tài)環(huán)境惡化的地區(qū)，適合于在廣大的西北平原和華北平原推廣應(yīng)用。研究成果必將發(fā)揮巨大的作用。

5.2 產(chǎn)業(yè)化水平與可推廣規(guī)模

從新產(chǎn)品研制成功以來(lái)，投入大量的人力、物力和資金進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)已申報(bào)技改項(xiàng)目，對(duì)原有工藝進(jìn)行了改進(jìn)，并在山西省陽(yáng)曲縣進(jìn)行了批量生產(chǎn)。隨著我國(guó)節(jié)水灌溉事業(yè)的不斷發(fā)展和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，產(chǎn)品具有良好的推廣應(yīng)用前景。

6 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)新型鋁管管口采用專利技術(shù)“一種管口卷邊裝置”，從而增強(qiáng)薄壁鋁管管口強(qiáng)度，解決了因鋁管壁薄所帶來(lái)的管口變形問(wèn)題和密封圈因承插安裝次數(shù)多經(jīng)常損壞的問(wèn)題。

（2） 改進(jìn)承插式接頭關(guān)鍵件U型密封圈，密封性能達(dá)到要求指標(biāo)。

（3）對(duì)管三通承插式接頭的改進(jìn)，在技術(shù)性能不變和使用條件更方便的前提下，減去原結(jié)構(gòu)銅圈鑲件，從而降低生產(chǎn)成本16%。此結(jié)構(gòu)為國(guó)內(nèi)外承插式接頭唯一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式。