谈中心点式喷灌机

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摘要：中心点式喷灌机是现今重要的灌溉设备之一，通过对其组成的分析与其发展的探讨，有利于更好地应用于我国农业，促进农业发展。

关键词：中心点式喷灌机；原理；组成

中图分类号：S277.9+4文献标识码： A 文章编号：

前言：

我国在2000年喷灌面积约为246万公顷，占全国灌溉面积的4. 14%．其中大型喷灌机喷灌面积占全国喷灌面积的6%左右，保有量达2 000多台，主要集中在我国粮棉产区的黑龙江、河北、新疆、内蒙古、宁夏和安徽等省区。中心点式喷灌机是迄今为止自动化最高的喷灌设备，不需要人工打埂、修渠，可以大大降低灌水劳动强度，节省大量的劳动力；同时比地面灌溉方式可以提高效率20～30倍。采用喷灌可以大大减少田间内部沟渠、田埂的占地，增加了实际播种面积，可提高耕地利用率7%—15%。可使周边沙化、退化草场得到“休牧还草”；调节当地小气候，提高植被覆盖率，有利于作物的生长，有效地改善日益恶化的生态环境。通过科学合理地开发利用水资源，提高水的利用率，减少了灌溉费用，缓解工业、农业、人民生活和社会各行各业用水的供需矛盾。又可增加牧民收入，使社会稳定因素增加，提高了群众对生态建设和保护自然环境的认识，其社会效益良好[1]。

一、中心点式喷灌机的组成

通过20年以上的发展，国内中心点式喷灌机已经取得了很大的成就，能够实现过雨量保护、自动导向、自动停机和故障自动报警，可在起伏地面工作，爬坡能力可达到25°；所有钢结构部件均经过热浸镀锌处理，使用寿命可达到15年以上。中心点式喷灌机主要由以下4部分组成：结构系统、传动系统（或行走系统）、灌水系统、控制系统。

1、结构系统

结构系统包括中心点塔架、跨体、塔架、悬臂。

（1）中心点塔架

中心点塔架是通过4个中心支柱和16个横梁的锥形结构，形成坚固的中心点，以支撑整台机器运行；上水管和出水管通过转动套连接，以保证桁架能够围绕中心支座自由转动。

（2）跨体

跨体是由输水管、斜支撑、横支撑和拉筋通过各种连接组成。为了便于包装、运输和生产，跨体中的各个零部件均要标准化，尽量减少同一类型零件的规格。跨体跨距（长度）通常为30～60 m，最常用的跨体跨距为40--50 m。输水管公称直径通常为100～250 mm．最常用的输水管公称直径为165 mm左右。V字形跨体设计，使负荷均匀分布，支撑力增强。各跨体之间采用传动环连接，其输水管采用柔性接头或橡胶套筒连接，所以，具有很好的适应坡度能力。地隙高度一般为2～4 m，根据所灌溉的作物高度和机组长度方向的地块平整度确定。

（3）塔架

主要由立柱、横梁、行走梁构成，用于安装减速机和车轮，并支撑跨体。

（4）悬臂

主要由悬臂输水管、钢丝绳和支撑架构成。悬臂有2个作用：一个是增加机组长度，扩大灌溉控制面积；另一个作用是通过调整其长度来满足各种地块为机组长度的需求。

2、传动系统

传动系统把电机减速机（1减）通过联轴器（万向节）和传动轴连接到车轮减速机，车轮（含轮胎和钢圈）安装到车轮减速机上，就组成了减速传动系统。

3、灌水系统

灌水系统一般由喷头弯管、连接软管、配重、倒刺接头、喷头、压力调节器组成。由于喷灌机的末端压力很低，在带有尾枪的喷灌机上，需要在末端尾枪的上游安装一台增压泵，才能满足中远射程旋转式喷头的工作压力需求。末端尾枪仅在正方形地块的4个角附近运行，以弥补未浇灌到的区域。

4、控制系统

控制系统主要由控制柜、集电环、塔盒和电缆组成。

（1）控制柜

喷灌机的所有控制功能都要通过它接收信号，进行处理并发出指令来实现。主要功能是：经由集电环向各塔架盒供电，控制灌机正反转；通过内部百分率表，调节喷灌机行走速度；监测喷灌机的运行状态（末端塔架车轮运动是杏受阻，相邻跨体夹角是否过大，压力是否过高等），提供过载保护以及事故报警。

（2）集电环

当各跨体围绕中心支座作旋转时，防止安装在中心支座上的主控制箱和各塔盒之间的连接电缆缠绕在中心支座上，保证各条电路畅通。

（3）塔盒

有同步控制角调节装置、运行微动开关、安全微动开关、交流接触器、热继电器和一套塔架车故障信号发生器。同步控制角调节装置由调节杆和凸轮机构组成。一般将同步控制角调节在不大于1°。

二、中心点式喷灌机的选型

中心点式喷灌机的机体选型主要根据地块的大小和形状来决定，水泵的选配根据控制面积的大小和灌溉作物的种类以及水井的水位来确定，下面以一控制面积为857亩的地块来说明：

1、以田块的最小处尺寸除以2，确定系统的覆盖半径（控制面积857亩）

R：=853/2=426.5米

控制面积为：A=3.14*426.52/10000*15=857亩

2、求高峰作物需水和灌溉水利用率

高峰需水 ET = 7.6 mm/d

灌溉效率 ŋ= 70％

不同作物及不同气候下的需水峰值[2]

3、确定喷灌机所需的流量

式中ET = 7.6 mm/d高峰需水

ŋ= 70％灌溉效率

Ａ＝灌溉面积（亩）

Ｑ＝喷灌机的流量 （米３ ／小时）

4、设备对流量的限制

中心点式喷灌机主管道直径不同，其通过的最高流量也将不同，以催马提克喷灌机为例，其有四种不同直径的主管：

主管道类型的选择，并不是越大越好，应根据设计最大流量来进行选择，选择过小不能满足灌溉，选择过大，容易造成设备浪费，增加投资，增大能耗。一般来说500亩以下选择7500型管道即可。根据以上数据，我们可确定设备的主要设计如下表所示：

备注:设备参考催马提克喷灌机的7500设备型号

三、中心点喷灌机技术发展的方向

经过20 年以上的发展，从模仿到自我研发，我国中心点喷灌机技术已经得到长足的发展，生产工艺等已经比较成熟。但是，随着时代的发展，中心点喷灌机仍需要不断发展，满足新的需求。

1、目前中心点喷灌机的发展趋势

扩大单机控制面积，提高劳动生产率，降低单位面积上的设备投资和运行费用；提高喷洒质量，推广低压喷洒，降低能源消耗；提高产品与配件的标准化程度、成套性、自动化程度；发展综合利用技术，不仅能喷水，而且还能喷洒化肥、农药溶液；应用新材料、新工艺，减轻整机重量、增加机组可靠性和防腐性能。

2、目前中心点喷灌机关键技术的主攻方向

中心点喷灌机关键配套件的研制。例如：电机减速器，常用有3种功率(0. 75、1.1、1.5 kW)；低压喷头和专用增压管道泵；专用喷洒化肥、农药装置；电子百分率计时器等。万能喷灌机的研制。就是既可以绕中央塔架车旋转，又可以做平移运动，将平移式喷灌机和中心点式喷灌机合二为一。对于万能喷灌机，主要集中在中央塔架车供水系统的研究、电控同步系统的研究、低压喷洒均匀性的研究。小型长跨喷灌机的研制。要加强机械行业和水利行业之间的交流与合作，包括：机械行业学习灌溉知识（土壤、作物、水分、养分、病虫害），喷灌机生产厂家应有农田水利（农业）专家；水利行业了解机械知识；互相学习，交流合作，共同提高；开展基础研究，加强示范应用，避免盲目推广[3]。

四、结束语

中心点式喷灌机因其自动化程度最高，可节省大量劳动力；一般不需要平整土地，可节省大量费用，并减少环境破坏；使用寿命长（通常在20年以上），单位面积投资适中；运行与维修维护费用低。中心点式喷灌机及其衍生产品在我国有广阔的应用前景；目前，不管是国内厂家生产的、还是国外厂家向中国供应的产品都比较单一：国内处于初级阶段；国外商技术水平有待提高。国内企业应重视中心点式喷灌机喷灌工程的规划设计：水源水量分析；水井涌水量与动水位；地块形状与尺寸；田间障碍物；多台机组合理布置；水泵机组选型配套；长机组大管径，短机组小管径；地隙高度；灌水组件配置；末端尾枪与增压泵；施肥灌溉等等。

参考文献：

[1] 解双，韩振生，邢雷，国产大型喷灌技术的发展与应用分析 [J].农机化研究．2006，(6).

[2] 任爱华，张凤霞，奚泉．大型喷灌机的低压喷洒改造浅析[J].节水灌溉，2002，（1）

[3] 杨九林.DYP-400型中心支轴式喷灌机通过新产品鉴定[J].农机科技推广.2009(05)