中心支轴式喷灌机用可伸缩悬吊装置研制

2019-08-23纪学伟王冲

中国水利 2019年15期

纪学伟，王冲

（1.大禹节水集团股份有限公司，735000，酒泉；2.天津市大禹节水灌溉技术研究院，301712，天津）

中心支轴式喷灌机是一种重要的高效节水灌溉设备，具有节水、省工、自动化程度高等优点，适用于牧区牧草的规模化灌溉。通常中心支轴式喷灌机输水主管与相配套的悬吊装置连接，并在悬吊装置上连接喷头，以实现中心支轴式喷灌机的喷灌功能。但现有悬吊装置使用固定式喷水管（即喷水装置离地面的高度不能随作物长势进行调整），且依靠配重实现下垂（受喷灌机行走或风力影响易产生晃动），对灌溉水利用率和灌水均匀度均产生不利影响。因此，设计一种距离地面高度可调节且悬吊管垂直度有保障的悬吊装置，对于降低飘移损失、提高灌溉水利用率和喷灌灌水均匀度是十分必要的。

一、可伸缩悬吊装置结构设计

通过对喷灌机输水主管与喷头连接方式的设计与比选发现，若将悬吊装置分解成若干可活动部分进行装配固定使用，即可实现各组件之间的相对位置变动。因此，需要解决可伸缩性、稳定性和密封性几个关键技术问题。根据此思路，运用CAE及3D打印技术，进行反复试验，最终确定通过套管式结构来实现悬吊装置的可伸缩性，可伸缩幅度达到100 cm；通过密封圈及固定卡套来实现其稳固及密封性能，保障此装置连接处在水压力作用下不发生渗漏。同时，结合喷灌机输水主管、套管及喷头等各连接口的功能和特点，运用各位置及限位连接件实现各组件的可装配性，并解决装置连接处在水压力作用下各组件发生脱开的问题。可伸缩悬吊装置结构设计如图1所示。

二、可伸缩悬吊装置生产工艺

根据对常见热塑性塑料性能对比（原料注塑时流动性要好），结合可伸缩悬吊装置使用时的硬度要求、承压内冲击能力及生产设备等因素，确定了可伸缩悬吊装置组件以ABS（Acrylonitrile-Butadiene-Stvrene，简称ABS）树脂及色母为主的配方组成（密封圈除外）。

图1可伸缩悬吊装置设计

可伸缩悬吊装置各组件（密封圈除外）生产设备主要为注塑机，将ABS树脂及色母（均为粒状塑料）按照配方比例投入注塑机料斗，粒状塑料落进料筒加料口，加热的料筒和旋转螺杆产生剪切热量将粒状塑料熔化成粘流态，从料筒进料口不断送到料筒前端；螺杆被注射油缸推进向前，将料筒前端的熔融塑料推出喷嘴，注入模具型腔中，经保压冷却固化成模具型腔所赋予的形状。开模顶出各组件制品，取出检验合格后包装入库，使用时进行现场装配。可伸缩悬吊装置生产工艺流程如图2所示。

三、可伸缩悬吊装置性能检测

1.室内试验

根据《丙烯腈—丁二烯—苯乙烯（ABS）压力管道系统第一部分：管材》（GB/T 20207.1—2006）试验方法及技术指标要求，对可伸缩悬吊装置进行静液压试验。将可伸缩悬吊装置接入试验设备，入机压力（即水流进入可伸缩悬吊装置入口处的压力）初始值设为0.10 MPa（常温下），试验过程中将入机压力等值逐级提高（压力梯度为0.05 MPa），观察并记录试验结果，见表1。

图2可伸缩悬吊装置生产工艺流程

表1可伸缩悬吊装置实测表

由表1可知，入机压力由0.10 MPa升至0.50 MPa时，可伸缩悬吊装置没有出现摆动、破裂现象。当入机压力为0.45 MPa时，可伸缩悬吊装置出现轻微渗漏现象；当入机压力达到0.50 MPa时，渗漏现象略有加剧，同时可伸缩悬吊装置限位连接处开始出现脱开现象，其他检测指标均正常。

通过试验发现，可伸缩悬吊装置承压范围在0.40 MPa以内，可满足一般中心支轴式喷灌机使用要求（入机压力：0.2~0.3 MPa）。

2.大田试验

为进一步检验产品的实际应用情况，按照《农业灌溉设备中心支轴式和平移式喷灌机水量分布均匀度的测定》（GB/T 19797—2005/ISO 11545:2001 ），在大田对可伸缩悬吊装置不同悬吊高度下的喷洒均匀系数和田间灌溉水利用率进行测试。

在试验苜蓿地选择6跨中心支轴式喷灌机（单跨长50 m，静通过高度2.9 m，选配低压D3000型喷头，喷头间距2.8 m，喷头距地面1.5 m）进行试验，在第2、4、6跨安装此可伸缩悬吊装置（结果取各跨算数平均值），第1、3、5跨安装原装悬吊管（结果取各跨算数平均值）。喷洒均匀系数采用修正后的赫尔曼—海因公式计算，田间灌溉水利用率采用雨量筒测定法测定。试验结果见表2。

由表2可知，使用可伸缩悬吊装置后喷头可在距地面50~150 cm之间调整，且不随喷灌机行走而晃动，喷灌机喷洒均匀系数CUH随喷头底端距地面高度的增加而增加，在72.3%~94.1%之间；田间灌溉水利用率η随喷头底端距地面高度的增加而降低，在82.8%~89.8%之间。喷头底端距地面高度为150 cm条件下，安装可伸缩悬吊装置的喷灌机喷洒均匀系数、田间灌溉水利用率较安装原装悬吊管的喷灌机喷洒均匀系数、田间灌溉水利用率分别提高5.5%、2.7%。