CN110663338A

CN110663338A - 一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头

Info

Publication number: CN110663338A
Application number: CN201911056381.4A
Authority: CN
Inventors: 朱德兰; 刘一川; 韩煜琪; 朱金福
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: CN110663338B

Abstract

本发明公开了一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头，包括一台由车架、前端的万向轮、末端的定向轮、底板及两侧的支撑架组成的移动小车，移动小车的底板上安装有施肥装置；移动小车顶部中央搭载有由支撑杆和伞型输水管组成的喷枪支撑桁架，伞型输水管的中间管道通过活接头与进水管的一端连接；施肥装置底部通过管道与进水管连接；进水管的另一端与水源连接；伞型输水管的上部两端头分别安装有可调节仰角的喷枪，中间安装有若干个小型动量矩原理喷头。本发明喷头采用组合式结构，在输水管末端安装两个可调节仰角的喷枪，通过动量矩原理带动输水管旋转，通过调节仰角与喷枪口径，可改变输水管的转速、流量与水量分布，结构简单，性能良好。

Description

一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头

技术领域

本发明属于旱区农业喷灌设备领域，特别涉及一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头，利用移动式喷灌机搭载组合喷头进行喷灌。

背景技术

随着全球淡水资源日益减少，人们开始着眼于以喷灌、滴管设备为主的节水灌溉技术。一般来讲，喷灌技术施水比较均匀，设备本身占用耕地较少，对人力要求较低，对周围地形等环境的适应性强，但受风力影响大，对喷灌设备性能的要求也较高。喷灌设备是农业生产中的重要装备，而喷头则是喷灌设备的重要组成。

目前常用的卷盘式喷灌机搭载的喷头有摇臂式、垂直摆臂式、折射式、叶轮式喷头等。摇臂式喷头是应用较广的一种。它可作全圆周转动，结构简单。但在有风和安装不平的情况下，会由于转速不匀而影响喷洒均匀度，在振动情况下运转不正常；垂直摆臂式喷头受力均衡、工作平衡可靠、射程较远、流量调节范围大，但对压力要求较高，而且结构较复杂；折射式喷头结构简单，压力较低，但射程小，只适用于苗圃、花园的喷灌；叶轮式喷头转速平稳，受风和振动的影响较小，但结构较复杂，成本较高。

喷灌机能耗高的主要因素之一在于其搭载的大流量喷枪设计工作压力较大，降低其工作压力会导致机组流量和射程的减小，进而影响机组工作效率和喷灌强度。综上所述，一种可以在低压下运行，且保证流量，射程，均匀度的喷头有待研发。

发明内容

针对现有技术中喷灌机常用喷头存在的问题，本发明提供了一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头，该组合喷头克服了以上喷头存在的水压成本高、均匀度低、压力高、射程小、稳定性差等问题，适用于不同的作物和灌水需要，有效提高了喷灌作业的效率。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头，包括一台由车架、前端的万向轮、末端的定向轮、底板及两侧的支撑架组成的移动小车，所述的移动小车的底板上安装有施肥装置；所述的移动小车顶部中央搭载有由支撑杆和伞型输水管组成的喷枪支撑桁架，所述的伞型输水管的中间管道通过活接头与进水管的一端连接；所述的施肥装置底部通过管道与进水管连接；所述的进水管的另一端与水源连接；所述的伞型输水管的上部两端头分别安装有可调节仰角的喷枪，中间安装有若干个小型动量矩原理喷头；随着输水管上的小型动量矩原理喷头不断分流，伞型输水管的管径发生变化，不同管径的输水管通过法兰盘进行连接。

所述的喷枪通过法兰盘来调节不同的喷嘴与输水管的夹角，当喷嘴与输水管形成夹角时，输水管在水流动量矩作用下旋转，当改变喷嘴与输水管的夹角时，旋转速度会发生改变，夹角为90度时，旋转速度达到最大。

移动小车上搭载有施肥装置的喷头小车，组合喷头支撑桁架，可调节喷洒仰角的小型喷头，与可调节角度的末端喷枪；

包括：喷头小车、安装在喷头小车上方的输水管、安装在输水管上侧可调节喷洒仰角的小型动量矩喷头、安装在输水管末端的可调节仰角的动量矩喷枪；所述喷头小车两侧安装支撑架防止小车侧翻，小车内部安装有施肥装置，可实现水肥药一体化喷灌；本发明喷头采用组合式结构，在输水管末端安装两个可调节仰角的喷枪，通过动量矩原理带动输水管旋转，通过调节仰角与喷枪口径，可改变输水管的转速、流量与水量分布。在输水管上方安装基于动量矩原理的小型喷头，喷洒中间区域，在水压力作用下，通过动量矩原理实现自旋转，通过改变喷头仰角、灌水压力、喷嘴口径和悬臂长度调节装置的喷灌流量、射程、喷头转速、喷灌强度及水量分布；末端喷枪设计输水管倾斜向下，可使水流的重力势能抵消水流在管道中的水头损失，同时防止停止工作时因排水不均产生的侧翻；其中喷头小车内部设置施肥罐与施肥装置，可实现水肥药一体化喷灌，该装置结构简单，水力性能良好，流道抗堵性能好。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1. 本发明的喷头采用组合式结构，在输水管末端安装两个可调节仰角的喷枪，通过动量矩原理带动输水管旋转，通过调节仰角与喷枪口径，可改变输水管的转速、流量与水量分布。在输水管上方安装基于动量矩原理的小型喷头，喷洒中间区域，通过水量分布研究，确定组合间距，在保证移动喷洒均匀度的前提下尽可能减少喷头数量。

2.所述基于动量矩原理的小型喷头，可以通过改变喷头仰角、灌水压力、喷嘴口径和悬臂长度调节装置的喷灌流量、射程、喷头转速、喷灌强度及水量分布；安装位置灵活，可以进行多种方式组合，从而适用于不同的作物和不同规模的灌水需要。

3.其中组合喷头的支撑桁架结构使输水管倾斜向下，可使水流的重力势能抵消水流在管道中的水头损失，同时防止因停止工作时排水不均产生的侧翻。

6.其中喷头小车内部设置施肥罐与施肥装置，可实现水肥药一体化喷灌，灌溉水利用效率高，结构简单，水力性能良好，流道抗堵性能好。

7.喷头小车共安有四个支撑轮，相比于传统两轮的喷头小车，可搭载更重的结构，降低充气压力，减小滚动摩擦系数，同时防止小车前后侧翻；首部安有万向轮可随着牵引力的变化自由改变方向，小车末端安装有定向轮，可跟着万向轮的方向滚动，该结构可更好地抵抗外力的变化。

8.喷头小车两侧安装支撑架，可防止因地形不平，停止工作时，产生的受力不均，引起的喷头小车左右侧翻。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为小型动量矩喷头的整体结构放大示意图；

图3为不可旋转密封装置结构分解放大示意图；

图4为旋转密封装置结构放大示意图；

图5为旋转密封装置结构分解放大示意图；

图6 为末端喷枪在0.20MPa工作压力的径向水量分布图；

图7 为四种小型动量矩喷头在0.20MPa工作压力的径向水量分布图；

图8为组合喷头在0.20MPa工作压力、组合间距22m时的移动水量分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图及实施例，对本发明一种基于动量矩原理的卷盘式喷灌机组合喷头进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1给出了本发明一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头的整体结构示意图，包括一台由车架8、前端的万向轮13、末端的定向轮10、底板11及两侧的支撑架12组成的移动小车，所述的移动小车的底板11上安装有施肥装置9；所述的移动小车顶部中央搭载有由支撑杆3和伞型输水管5组成的喷枪支撑桁架，所述的伞型输水管5的中间管道通过活接头6与进水管14的一端连接；所述的施肥装置9底部通过管道与进水管14连接；所述的进水管14的另一端与水源连接；所述的伞型输水管5的上部两端头分别安装有可调节仰角的喷枪1，中间安装有若干个小型动量矩原理喷头4；随着输水管上的小型动量矩原理喷头4不断分流，伞型输水管5的管径发生变化，不同管径的输水管通过法兰盘2进行连接。

所述的伞型输水管5总长度21m，管wsg 体上安装有4个动量矩原理喷头4，一号动量矩喷头401距组合喷头中心距离间距为1.5m、二号动量矩喷头402距组合喷头中心距离间距为4m、三号动量矩喷头403距组合喷头中心距离间距为6.5m、四号动量矩喷头404距组合喷头中心距离间距为9m，小喷嘴间距为0.7m。

所述的喷枪1通过法兰盘来调节不同的喷嘴与输水管的夹角，当喷嘴与输水管形成夹角时，输水管在水流动量矩作用下旋转，当改变喷嘴与输水管的夹角时，旋转速度会发生改变，夹角为90度时，旋转速度达到最大。

图2为小型动量矩喷头的整体结构示意图，由喷嘴15、外丝直接16、第一PVC给水管17、45°弯头18、第二PVC给水管19、第三PVC给水管20、三通21、不可旋转密封装置22、活动管23、旋转密封装置24、第四PVC给水管25、PVC异径直通26、第五PVC给水管27、外丝直接28组成。

图3为不可旋转密封装置结构分解示意图，由第一螺纹套环2201、外螺纹2202、第一密封圈2203、第一密封套2204、刻度线2205、第一套筒2206和第一内螺纹2207组成，

图4和图5分别给出了旋转密封装置整体结构和分解结构示意图，由第二密封套2401、第二套筒2402、第二密封圈2403、第二螺纹套环2404、第二内螺纹2405组成。

所述喷枪1上安装有末端喷枪喷嘴101，可以通过法兰盘来调节不同的喷枪仰角，从而改变组合喷头的整体转速，喷灌射程，水量分布，图6显示了末端喷枪的水量分布。

所述小型动量矩原理喷头4交错安装在喷枪桁架上方4个小型动量矩喷头，其中喷头组合间距经过水量分布组合计算，图7显示小喷头的水量分布图，图8显示组合喷头在移动情况下的水量分布图，由图8可以看出水量分布均匀，均匀度达到90%。

所述伞型输水管5倾斜向下，倾斜坡度近视等于管道中的水流的水头损失，同时停止工作组合喷头残余水量沿着输水管向两端排水，防止停止工作时因排水不均产生的侧翻。

所述喷头小车共安有四个支撑轮，相比于传统两轮的喷头小车，可搭载更重的结构，降低充气压力，减小滚动摩擦系数，同时防止小车前后侧翻；前端万向轮13可随着牵引力的变化自由改变方向，小车末端定向轮10，可跟着万向轮的方向滚动，该结构可更好地抵抗外力的变化。

所述喷头小车两侧支撑架12，可防止因地形不平，停止工作时，产生的受力不均，引起的喷头小车左右侧翻。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头，包括一台由车架（8）、前端的万向轮（13）、末端的定向轮（10）、底板（11）及两侧的支撑架（12）组成的移动小车，其特征在于：所述的移动小车的底板（11）上安装有施肥装置（9）；所述的移动小车顶部中央搭载有由支撑杆（3）和伞型输水管（5）组成的喷枪支撑桁架，所述的伞型输水管（5）的中间管道通过活接头（6）与进水管（14）的一端连接；所述的施肥装置（9）底部通过管道与进水管（14）连接；所述的进水管（14）的另一端与水源连接；所述的伞型输水管（5）的上部两端头分别安装有可调节仰角的喷枪（1），中间安装有若干个小型动量矩原理喷头（4）；随着输水管上的小型动量矩原理喷头（4）不断分流，伞型输水管（5）的管径发生变化，不同管径的输水管通过法兰盘（2）进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头，其特征在于：所述的伞型输水管（5）总长度21m，管体上安装有4个动量矩原理喷头（4），一号动量矩喷头（401）距组合喷头中心距离间距为1.5m、二号动量矩喷头（402）距组合喷头中心距离间距为4m、三号动量矩喷头（403）距组合喷头中心距离间距为6.5m、四号动量矩喷头（404）距组合喷头中心距离间距为9m，4个喷头的小喷嘴间距为0.7m。

3.根据权利要求1所述的一种基于动量矩原理的移动式喷灌机组合喷头，其特征在于：所述的喷枪（1）通过法兰盘来调节不同的喷嘴射流方向与输水管所在水平面的夹角，两喷枪呈反对称安装，当喷嘴射流方向与输水管所在水平面形成夹角时，输水管在两股反向水射流产生的动量矩作用下进行旋转，当改变喷嘴与输水管的夹角时，旋转速度会发生改变，夹角为0度时，旋转速度达到最大。