中心支軸式噴灌機用可伸縮懸吊裝置研制

紀學偉，王沖

（1.大禹節(jié)水集團股份有限公司，735000，酒泉；2.天津市大禹節(jié)水灌溉技術研究院，301712，天津）

中心支軸式噴灌機是一種重要的高效節(jié)水灌溉設備，具有節(jié)水、省工、自動化程度高等優(yōu)點，適用于牧區(qū)牧草的規(guī)模化灌溉。通常中心支軸式噴灌機輸水主管與相配套的懸吊裝置連接，并在懸吊裝置上連接噴頭，以實現(xiàn)中心支軸式噴灌機的噴灌功能。但現(xiàn)有懸吊裝置使用固定式噴水管（即噴水裝置離地面的高度不能隨作物長勢進行調整），且依靠配重實現(xiàn)下垂（受噴灌機行走或風力影響易產生晃動），對灌溉水利用率和灌水均勻度均產生不利影響。因此，設計一種距離地面高度可調節(jié)且懸吊管垂直度有保障的懸吊裝置，對于降低飄移損失、提高灌溉水利用率和噴灌灌水均勻度是十分必要的。

一、可伸縮懸吊裝置結構設計

通過對噴灌機輸水主管與噴頭連接方式的設計與比選發(fā)現(xiàn)，若將懸吊裝置分解成若干可活動部分進行裝配固定使用，即可實現(xiàn)各組件之間的相對位置變動。因此，需要解決可伸縮性、穩(wěn)定性和密封性幾個關鍵技術問題。根據此思路，運用CAE及3D打印技術，進行反復試驗，最終確定通過套管式結構來實現(xiàn)懸吊裝置的可伸縮性，可伸縮幅度達到100 cm；通過密封圈及固定卡套來實現(xiàn)其穩(wěn)固及密封性能，保障此裝置連接處在水壓力作用下不發(fā)生滲漏。同時，結合噴灌機輸水主管、套管及噴頭等各連接口的功能和特點，運用各位置及限位連接件實現(xiàn)各組件的可裝配性，并解決裝置連接處在水壓力作用下各組件發(fā)生脫開的問題?？缮炜s懸吊裝置結構設計如圖1所示。

二、可伸縮懸吊裝置生產工藝

根據對常見熱塑性塑料性能對比（原料注塑時流動性要好），結合可伸縮懸吊裝置使用時的硬度要求、承壓內沖擊能力及生產設備等因素，確定了可伸縮懸吊裝置組件以ABS（Acrylonitrile-Butadiene-Stvrene，簡稱ABS）樹脂及色母為主的配方組成（密封圈除外）。

圖1可伸縮懸吊裝置設計

可伸縮懸吊裝置各組件（密封圈除外）生產設備主要為注塑機，將ABS樹脂及色母（均為粒狀塑料）按照配方比例投入注塑機料斗，粒狀塑料落進料筒加料口，加熱的料筒和旋轉螺桿產生剪切熱量將粒狀塑料熔化成粘流態(tài)，從料筒進料口不斷送到料筒前端；螺桿被注射油缸推進向前，將料筒前端的熔融塑料推出噴嘴，注入模具型腔中，經保壓冷卻固化成模具型腔所賦予的形狀。開模頂出各組件制品，取出檢驗合格后包裝入庫，使用時進行現(xiàn)場裝配?？缮炜s懸吊裝置生產工藝流程如圖2所示。

三、可伸縮懸吊裝置性能檢測

1.室內試驗

根據《丙烯腈—丁二烯—苯乙烯（ABS）壓力管道系統(tǒng)第一部分：管材》（GB/T 20207.1—2006） 試驗方法及技術指標要求，對可伸縮懸吊裝置進行靜液壓試驗。將可伸縮懸吊裝置接入試驗設備，入機壓力（即水流進入可伸縮懸吊裝置入口處的壓力）初始值設為0.10 MPa（常溫下），試驗過程中將入機壓力等值逐級提高（壓力梯度為0.05 MPa），觀察并記錄試驗結果，見表1。

圖2可伸縮懸吊裝置生產工藝流程

表1可伸縮懸吊裝置實測表

由表1可知，入機壓力由0.10 MPa升至0.50 MPa時，可伸縮懸吊裝置沒有出現(xiàn)擺動、破裂現(xiàn)象。當入機壓力為0.45 MPa時，可伸縮懸吊裝置出現(xiàn)輕微滲漏現(xiàn)象；當入機壓力達到0.50 MPa時，滲漏現(xiàn)象略有加劇，同時可伸縮懸吊裝置限位連接處開始出現(xiàn)脫開現(xiàn)象，其他檢測指標均正常。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，可伸縮懸吊裝置承壓范圍在0.40 MPa以內，可滿足一般中心支軸式噴灌機使用要求（入機壓力：0.2~0.3 MPa）。

2.大田試驗

為進一步檢驗產品的實際應用情況，按照《農業(yè)灌溉設備中心支軸式和平移式噴灌機水量分布均勻度的測定》（GB/T 19797—2005/ISO 11545:2001 ），在大田對可伸縮懸吊裝置不同懸吊高度下的噴灑均勻系數和田間灌溉水利用率進行測試。

在試驗苜蓿地選擇6跨中心支軸式噴灌機（單跨長50 m，靜通過高度2.9 m，選配低壓D3000型噴頭，噴頭間距2.8 m，噴頭距地面1.5 m）進行試驗，在第2、4、6跨安裝此可伸縮懸吊裝置（結果取各跨算數平均值），第1、3、5跨安裝原裝懸吊管 （結果取各跨算數平均值）。噴灑均勻系數采用修正后的赫爾曼—海因公式計算，田間灌溉水利用率采用雨量筒測定法測定。試驗結果見表2。

由表2可知，使用可伸縮懸吊裝置后噴頭可在距地面50~150 cm之間調整，且不隨噴灌機行走而晃動，噴灌機噴灑均勻系數CUH隨噴頭底端距地面高度的增加而增加，在72.3%~94.1%之間；田間灌溉水利用率η隨噴頭底端距地面高度的增加而降低，在82.8%~89.8%之間。噴頭底端距地面高度為150 cm條件下，安裝可伸縮懸吊裝置的噴灌機噴灑均勻系數、田間灌溉水利用率較安裝原裝懸吊管的噴灌機噴灑均勻系數、田間灌溉水利用率分別提高5.5%、2.7%。

表2可伸縮懸吊裝置實測表

可見，噴灌機應用該可伸縮懸吊裝置后可滿足噴灌規(guī)范中CUH≥70%、η≥80%的要求。與原裝懸吊管相比，可伸縮懸吊裝置對噴灌機減少灌溉水的飄移損失、提高噴灑均勻度十分有效。

四、結論

創(chuàng)新研制開發(fā)的中心支軸式噴灌機用可伸縮懸吊裝置，可使噴頭升降幅度達到100 cm，實現(xiàn)作物“貼合式”噴灌，能夠有效減少灌溉水的飄移損失，提高田間灌溉水利用率和噴灑均勻度，適用于干旱多風的牧區(qū)使用。