机械毕业设计（论文）小型条带喷灌机喷头支架改进设计（全套图纸） .pdf

毕业设计说明书 题 目： tdj-1 小型条带喷灌机喷头支架改进设计 作 者： 学 号: 专 业： 班 级： 指导老师： (姓 名) (专业技术职务) 评 阅 者： (姓 名) (专业技术职务) 年 月 毕业设计说明书中文摘要毕业设计说明书中文摘要 tdj-1 小型条带喷灌机喷头支架改进设计 摘 要：本设计针对现有圆形喷灌设备中存在的推广难、成本高和喷洒均匀度低等缺 点，采取了一系列的改进设计。设计出了适合条带喷灌设备的支架。本设计的条带 喷灌机喷头支架成本低、使用方便、适合固定喷灌与移动式喷灌。 喷灌技术的应用是实现农业高效用水的主要举措。 喷灌是一种先进的喷水方法， 近年来，喷灌技术在国内外发展很快，是农田灌溉的发展方向，已成为农业现代化 的重要组成部分。它具有许多优点，已被越来越广泛地应用于农业生产。作为人口 众多的贫水国家，正处在经济建设发展阶段，节约用水并实现高效用水，尤其在用 水量比较大的农业生产方面来讲，是保证农业持续发展的一项重要措施，具有重要 的战略性意义。 关键词：喷灌 支架 喷头 条带喷灌机 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 毕业设计说明书外文摘要毕业设计说明书外文摘要 tdj- 1 banding watering machine nozzle design abstract this design the promotion which exists in view of the existing circular spray irrigation equipment in difficult, the cost high and sprays the uniformity low status shortcoming, has adopted a series of improvement design. designed has suited the banding spray irrigation equipment the support. this design banding watering machine nozzle support cost low, the easy to operate, suits the fixed spray irrigation and the motion type spray irrigation. the spray irrigation technology application realizes the agricultural university water used main action. the spray irrigation is one advanced spraying of water method, the spray irrigation technology was in recent years very quick in the domestic and foreign development, was the farmland irrigation development direction, has become the agriculture modernization the important constituent. it has many merits, more and more widely has been applied in the agricultural production. as the large population poor water country, is occupying the economic development development phase, saves the water used and realizes the highly effective water used, says especially in the water consumption quite big agricultural production aspect, is guaranteed the agriculture develops continually an important measure, has the vital strategic significance. keyword ：spray irrigation support nozzle banding watering machine 目目 录录 1 引言 1 1.1 发展抗旱节水灌溉的重要意义 1 1.2 我国喷灌技术的发展现状 3 1.3 主要研究内容 5 2 技术任务书(jr) 5 2.1 设计任务书 5 2.2 产品的用途 6 2.3 产品的工作原理 6 2.4 国内外同类产品水平对比分析 6 2.5 关键问题及解决方法 8 3 设计计算说明书 9 3.1 喷头喷管支架的分析 9 3.1.1 对不同作物的喷灌要求 . 10 3.1.2 在固定与运动状态工作 . 11 3.1.3 对于作物不同生长期的喷灌要求 . 12 3.2 支架整体构造与设计 . 13 3.2.1 支架上固定零部件的设计 . 13 3.2.2 底座的设计 . 14 3.2.3 支杆的计算与设计分析 . 15 3.2.4 喷管固定板的设计与分析 . 15 3.2.5 丁字支架的设计与分析 . 16 3.2.6 固定块的设计分析 . 16 3.2.7 手轮的使用 . 17 4 使用说明书 . 18 4.1 安装使用方法 . 18 4.2 保管与维护 . 19 5 标准化审查报告 . 19 结 论 21 参考文献 . 22 致 谢 23 - 1 - tdj-1 小型条带喷灌机喷头支架改进设计小型条带喷灌机喷头支架改进设计 1 引言引言 从我国目前的实际情况看，一方面水资源较紧缺，而另一方面又存在水量的严重浪 费现象。不少灌区尤其北方灌区，由于灌水量偏大，渠道渗漏严重，加上管理不完善等 原因，使得灌区灌溉水有效利用率很低。由于粮食生产的极端重要性和灌溉用水量大、 效率低的特殊性，努力缓解我国水资源危机，认真搞好农业节水，大力发展节水灌溉， 具有十分重要的意义。 喷灌是一种机械化灌水方法， 也是当今世界广泛采取的高效灌溉技术。 据我国实践， 与传统地面灌溉技术相比，喷灌一般可减少灌溉定额 30%-50%，增产 20%-30%。实践证 明，喷灌对推动农业集约经营和适度规模经营，提高劳动生产率和土地产出率，实现现 代化农业有着重大推动作用。但是，鉴于我国水资源紧缺的现状，我国目前实际发展喷 灌面积仅 1200 万亩。这是因为现行的喷灌技术和设施与我国的农业现实不相适应。我 们应立足国情， 研究高效低成本喷灌新设备和新技术， 尤其喷灌设备中关键的喷头系统， 喷头性能影响现代灌溉技术在我国应用，为现代农业的节水节能发展做出贡。 1.1 发展抗旱节水灌溉的重要意义 我国农业田灌溉事业取得了很大成就，到 2000 年，耕地面积已达 1.3 亿 hm2，其中 有 0.77 亿 hm2 没有灌溉条件， 在另外 0.53 亿 hm2 的灌溉面积上， 生产了占总产量约 2/3 的粮食，这对基本解决全国 13 亿人口的温饱问题，对促进工农业生产和国民经济的发 展，起到了极为重要的作用。农业用水目前约占全国用水量的 80%，随着工业的进一步 发展，工业和其他用水部门与农业争水的局面已经形成，其中北京、天津已非常严重。 工业用水量的增加，如不认真进行污水处理，还会严重污染水源。近十多年来，我国旱 情呈加重趋势，黄河等河流断流频率增加，范围不断扩大。仅全国大型灌区每年就缺水 约 300 亿 m3，全国 670 个城市中有 400 个城市不同程度的缺水。 根据我国节水灌溉发展规划纲要（20002015 年），我国有效灌溉面积将由 0.53 亿 hm2 增加到 0.58 亿 hm2， 供水能力由 5800 亿 m3 增加到期 7000 亿 m3， 其中农业 用水 3900 亿 m3 保持现状不变。到 2015 年，节水灌溉面积由 0.15 亿 hm2 增加到 0.4 亿 - 2 - hm2，实现灌溉水利用率比现状提高到 20%以上，实现节水 600 亿 m3，新增粮食生产能 力 600 亿。要实现这一宏伟目标，我国已将发展节水灌溉，实现水资源的可持续利用 作为制定国民经济发展的一个重要方面，仅在“十五”期间，国家将投入 1065 亿元， 用于实现 160 个大型灌区的节水改造、150 个地（市）级增效项目、300 个节水增效重 点县及一批集雨节灌工程建设。这一计划的实施，将极大地提高我国水资源利用率和农 业生产水平。 其实，长期以来灌溉工作的全过程都是围绕提高水的有效利用率、促使农业高产稳 产进行的，只是因主观认识以及客观条件的限制，没有把节水工作放到应有的地位。目 前，我国正在建设社会主义市场经济体制，加快实现“两个转变”，普及节水灌溉就意 味着实现农业将从粗放经营管理向集约经营管理的转变。在新的历史发展时期，大力发 展节水灌溉，是进一步改善农业生产条件，缓解农业用水供需矛盾的需要，是加强农业 基础设施建设，促使农业高产高效的有效措施，是农田水利建设的主要内容之一。发展 节水灌溉的意义不仅仅是节约灌溉用水，而且改变了传统的用水、管水方法。现代节水 灌溉，特别是先进的喷灌、微灌技术，大量采用新型材料，自动控制，计算机处理等先 进科学技术和器材设备，能够科学有效地控制灌水质量、灌水时间、灌水量、灌水均匀 程度等，大大促进了农田水利科学技术进步，提高了灌溉的科技含量，节水灌溉已成为 水利现代化的主要标志之一。因此除了要研究作物需水规律和灌水技术外，还要研究开 发与之密切相关的新材料、新设备、新工艺、新技术，需要大量水泥、塑料管、塑料薄 膜、薄壁铝管、钢管、喷灌机、灌水器及其附属配件等，这又可带动和促进水利产业的 发展。节水灌溉与农机、施肥、植保等其他现代农业科技相配套，成为现代农业不可缺 少的组成部分。发展节水灌溉，无论是比较简单的渠道防渗，管道输水，还是机械化程 度较高的喷灌、微灌等，都不同程度地减轻了平地、挖渠、灌水等的劳动强度和用工， 节省的水用在工业、乡镇企业和其它行业，促进农村产业结构的调整和社会进步。推行 节水灌溉，所节省出的水用在工业和城镇生活方面，缓解城市和工业用水供需矛盾，有 利于国民经济快速、健康、持续地发展。此外，发展节水灌溉，还有利于促进人们在用 水方面的思想观念更新，加快水费改革，提高用水管理水平，促进建立适应社会主义市 场经济体制要求的用水、节水、管水新机制。因此，节水灌溉是农田灌溉乃至农业用水 发展史上意义深远的一项重大变革。 所以针对我国农业灌溉的特殊要求，如我国地势大部分为丘陵地区，水源不足等特 - 3 - 点，现有的喷灌设备不能满足这些要求，本设计针对北方农作物的这些特点设计条带式 喷灌设备的支架，以满足北方地区农作物的需要，对不同作物、不同时期、不同行距的 作业，本产品成本低，简单易用，适合固定喷灌，也可移动喷灌。 1.2 我国喷灌技术的发展现状 20 世纪 80 年代以来，我国喷灌设备机型发展已趋向稳定，按其配套动力和作业幅 宽可分为大型喷灌机、中型喷灌机、轻小型喷灌机组。 大型喷灌机主要包括圆形、平移式和滚移式喷灌机。我国大型喷灌机从 20 世纪 70 年代中期开始研制， 其中电动圆形喷灌机技术水平已达到世界20世纪90年代初期水平。 与国外同类产品的主要技术差距主要表现在制造精度较差、电机减速器效率较低、桁架 和喷洒器的规格种类偏少等。 中型喷灌机主要包括绞盘式、双臂式、悬挂式远射程喷灌机。我国绞盘式喷灌机目 前已有近 10 种规格，整体上达到了国际 20 世纪 80 年代同类产品技术水平。主要差距 是品种、规格少；制造质量不稳定，特质 pe 软管性能不过关；水力驱动装置尚不成系 列；调整装置与国外的电子调整装置相比精度偏低，影响了喷灌机的喷洒均匀性；垂直 摇臂式喷枪可靠性较差，没有形成系列，与绞盘式喷灌机配套的水泵及动力也尚未成系 列。到 1999 年，全国绞盘式喷灌机保有量约在 3000 台，其中从国外引进 2000 多台。 轻小型喷灌机组主要包括手提式、手抬式、手推车式、小型拖拉机悬挂式、小型绞 盘式喷灌机。我国从 20 世纪 70 年代中期开始由国家组织联合攻关研制，其机型 20 多 年来没有多大变化，急需更新换代。主要是喷头系列长、档次疏、用户选配困难；喷灌 泵铸造工艺落后，与电机、柴油机配套后机组效率低，结构笨重，机型落后，不能满足 目前我国农业产业结构调整的需要。 20 世纪中叶以来， 农业高效节水灌溉技术随着整个科学技术的突飞猛进， 也有着快 速的发展。借助于土壤水动力学、植物生理学的理论、现代数学方法和技术手段，从整 体上研究水一土一作物一大气之间的相互关系，掌握水分在土壤、作物和大气间的转移 过程，从而制定科学的水、肥调控方法，使灌溉水管理的研究从单纯的实验发展成一门 有较严谨的理论基础和定量方法的科学。同时由于计算机技术、电子技术、信息技术、 核技术等在农业灌溉上的应用，使土壤水分动态、水盐、水沙动态以及水污染状况、作 物水分状况等方面的监测、采集、分析、处理技术得到进一步提高，也促进科学用水管 - 4 - 理水平的提高。同时材料技术的创新也使渠道防渗、管道输水、地膜覆盖，以及喷灌、 微滴灌技术得到更新和大面积推广应用， 这必然会把农业高效节水灌溉事业推上一个新 的台阶。 喷灌是通过空中进行配水，由于需要压力所以常用压力管道输水。一般说来，其明 显的优点是灌水均匀，少占耕地，节省人力，对地形的适应性强等，主要缺点是受风影 响大，设备投资高等，经过 20 多年的努力，现在我国已有喷灌面积 80 多万公顷。喷灌 系统的形式很多，其优缺点也就有很大差别。在我国用得较多的有以下几种： (1)固定管道式喷灌 干支管都埋在地下(也有的把支管铺在地面， 但在整个灌溉季 节都不移动)，这样管理更省人力，可靠性高，使用寿命长，只是设备投资很高，目前 使用塑料管道的系统单位造价也有 8001200 元亩之间。 有的甚至达到 1500 元亩。 (2)半移动式管道喷灌 干管固定，支管移动，这样可大大减少支管用量，从而使 得亩投资仅为固定式的 5070，但是移动支管需要较多人力，并且如管理不善，支管 容易损坏。近代发明了以下一些由机械移动支管的方式，可以部分克服这一缺点。 (3)滚移式喷灌支管 是将喷灌支管(一般为金属管)用法兰连成一个整体，每隔一 定距离以支管为轴安装一个大轮子。在移动支管时用一个小动力机推动，使支管滚到下 一个喷位。 每根支管最长可达 400mm， 这种机型我国已有产品， 适用于矮杆作物(如蔬菜、 小麦等)要求地形比较平坦。 (4)时针式喷灌机（又称圆形喷灌机） 是将支管支撑在高 23 米的支架上，全长 可达 400m，支架可以自己行走，支管的一端固定在水源处，整个支管就绕中心点绕行， 象时针一样，边走边灌，可以使用低压喷头，灌溉质量好，自动化程度很高。我国已有 产品，在华北和东北已有一定的使用经验，适用于大面积的平原(或浅丘区)，要求灌区 内没有任何高的障碍(如电杆、树木等)。其缺点是只能灌溉圆形的面积，边角要想法用 其他方法补灌。此机在美国应用广泛，也值得我国大平原地区大规模农场推广。 (5)大型平移喷灌机 为了克服时针式喷灌机只能灌圆形面积的缺点，近代在时针 式喷灌机的基础上研制出可使支管作平行移动的喷灌系统。这样灌溉的面积就成矩形 的。但其缺点是当机组行走到田头时，要专门牵引到原来出发地点，才能进行第二次灌 溉。而且平移的准直技术要求高。因此，没有时针式喷灌机使用的那么广泛，我国也已 有产品。其适于推广的范围与时针式喷灌机相仿。 (6)绞盘式喷灌机 用软管给一个大喷头供水，软管盘在一个大绞盘上。灌溉时逐 - 5 - 渐将软管收卷在绞盘上， 喷头边走边喷， 灌溉一个宽为两倍射程的矩形田块。 这种系统， 田间工程少，机械设备比时针式简单，从而造价也低一些，工作可靠性高一些。但一般 要采用中高压喷头，能耗较高适合于灌溉粗壮的作物(如玉米、甘蔗等)。也要求地形 比较平坦，地面坡度不能太大，在一个喷头工作的范围内最好是一面坡。该机型我国也 已有系列产品，桁架式绞盘可采用低压喷头。 (7)中、小型喷灌机 这是我国在二十世纪七十年代用得最多的一种喷灌模式，常 见的的形式是配有 18 个喷头， 用水龙带连接到装有水泵和动力机(多为柴油机与电动 机)的小车上，动力功率为 312 马力居多。使用灵活，亩投资约为固定管道式的 20 60，移动费劳力大，管理要求高近年来，发展的规模，似有降低的趋势，只适用于中 小型的农场和田块。但投资较低，使用灵活机动，以上各种喷灌溉形式各有利弊，各自 适合于不同的条件，因此只能因地制宜地决策选用。 1.3 主要研究内容 本文究的主要内容：（一）喷头喷管支架的分析（二）支架整体构造与设计 2 技术任务书技术任务书(jr) 2.1 设计任务书 喷灌和微灌技术是当今世界上先进的节水、 高效灌溉技术， 是我国建设节水型农业， 实现农业现代化不可少的灌溉技术， 高质量的喷灌设备和微灌设备是应用喷灌和微灌技 术的基础条件， 对灌溉设备的改进， 有利于对不同作物， 在不同地区下灌溉设备的使用。 我国目前的喷灌技术面临着几下几点困难： (1)用于节水灌溉的投入严重不足,节水灌溉发展缓慢。农业是弱势产业,农民收入 水平较低,节水灌溉一次性投入较大如果没有国家扶持,只靠农民投入,节水灌溉难以快 速发展。喷灌设备成本太高 (2)高新节水技术难以大规模推广,制约了节水灌溉发展进程。近十年来,国家投入 兴建节水灌溉示范项目已达 1000 多个,极大地带动了周边地区及全国节水灌溉的发展, 但由于农村现行土地经营方式和高新节水灌溉技术在管理体制和运营机制上存在一定 的矛盾,高新节水灌溉技术难以大规模发展。 - 6 - （3）节水灌溉得以发展的基础是科技创新,创新体现在技术上,大力研究和开发先 进实用的节水灌溉技术,发展适合我国国情的节水灌溉。我国水资源日益紧缺的形势与 目前粗放的农业节水管理水平相矛盾的现象说明,传统的主要依靠行政措施推动节水灌 溉的做法已不适应新阶段的要求。必须设计出适合我国基本粮食产物所需要的喷灌设 备。 根据喷灌设备的需要， 我们对设备中的核心构件支架在原有产品基础上进行了进 一步的设计。了解支架的设计步骤与工序，进一步熟悉了支架的结构与设计，同时在设 计中也针对一些细节性的问题进行了研究和处理，并做了进一步的改动与完善，锻炼自 己的动手能力与思维方法，用自己的动手来认识自己的不足和弱点，进而改正它。 本次设计中，将对以下零件进行设计： 底座板、支杆、丁字支架、来水管支架、来水管固定板、固定块等。 2.2 产品的用途 产品主要用于喷灌设备中， 可用于车载在作物间工作， 也可以单独放在作物间工作， 适用于不同的地区，不同的作物，不同的自然环境，本产品适用范围广，使用方法简易， 保管和维护方便，是针对小作业地域和单个家庭农田的使用。 2.3 产品的工作原理 底座有四个半径大小为 10 mm 的孔，可以在车载喷灌时与车上相对应的底板，用管 件固定连接与固定板焊接在一起的丁字分管支架可以支撑，固定软管与总管，喷灌固定 板上的四个错位夹子，固定连接喷管，在对不同作物进行喷灌时，作物之间的行距也是 不一样的。喷灌必须可以伸缩，才能具有对不同作物喷灌的功能。喷灌固定板上的四个 错位夹子可以使喷灌根据作物的行距，左右伸长或缩短，左手轮主要起固定固定板在支 架上的具体位子，右手轮可使喷管支架变换角度，以达到最佳工作角度，本产品简单易 用，满足不同作物，不同时期，不同环境的需要。 2.4 国内外同类产品水平对比分析 喷灌最早使用是在十九世纪下半叶，二十世纪初期，城市压力水系统被用来喷灌草 地，随后用于喷灌苗圃和经济作物，在美国加尼伏尼亚洲的山坡果园中，则用喷灌来解 - 7 - 决严重的水土流失问题。各国初期的喷灌都是固定管道式系统，管材采用铸铁管。二十 年代出现了远射程喷头，旋转式喷头和灌溉在三十年代研制成功了双悬臂式喷灌机。到 1960 年，全世界喷灌面积估计约有 3750 万亩。以后随着高效喷头轻质管道（如薄臂钢 管、铝合金管、塑料管等）以及快速接头的出现和不断改进，大大的推进了移动管道式 喷灌系统的发展。与此同时，端拖式、机械滚移式、时针式、绞盘式以及平移自走式等。 行喷式喷灌机也相继研制成功。这些新发展，降低了喷灌系统的投资。减轻了喷灌时的 劳动强度，提高了喷灌效率，使喷灌迅速扩展到世界各国。 不同的设备与喷灌系统，适用于不同国家，不同地区和不同的作物。 如固定管道式系统在一些国家仍将在喷灌中继续发挥作用， 主要是在一些劳动力比 较紧张的国家，为了综合利用（如施化肥、防霜冻） 。一些国家还在继续使用和改善固 定管道式喷灌系统。还有一些喷灌系统如双悬臂式和悬挂式喷灌机（系统） 。 在美国等国，则趋向于大力推广时针式和平移自走式等喷灌系统，时针式喷灌机组 是将喷灌支管在装在若干带有行走轮的塔架上，绕一个中心支轴作缓慢的旋转，管上隔 一定距离装有喷头，不断喷水灌溉，系统水源多在中心支轴处，或从其他地方把水引到 中心支轴处，输送到喷灌支管，行走轮的运动靠装设在每个塔架的小功率同步电动机或 水力缸驱使，水力缸的水压来自喷灌支管。喷灌机旋转一周得到一个圆形湿润面积，又 成为圆形喷灌机。最近，美国开始研制平移转动式机组，它兼有时针式和平移自走式 机组的特点，既能绕中心支轴旋转，进行圆形喷灌；又能平行移动，便于喷灌矩形地块， 喷灌支管长 383 米，由 8 个塔架支撑移动。每台机组灌地 2900 亩，除了时针式及平移 自走式喷灌机组以为，人工移动式，端拖式喷灌机（系统） ，在美国喷灌中也占一定位 置。 喷灌基础理论的研究对喷灌设备的水力与机械性能，进一步完善与提高，为更加合 理的进行喷灌系统设计提供可能的准则和依据，有着十分重要的意义。 近几年，我国加快了节水灌溉技术的发展，各地结合实际，因地制宜地总结和推广 了十种节水技术： 1) 渠道防渗技术。采用渠道防渗技术后，可使渠系水的利用系数提高到 0.75 0.85。 2) 管道输水技术。管道输水具有节水、输水迅速、省地、增产和有利于抢季节等 优点。 - 8 - 3) 畦灌、沟灌技术。畦灌是耕地经平整后，利用畦埂将田块划分成小块进行灌溉； 沟灌是耕地经平整后，以一定距离开成一道道输水沟，灌溉水通过水沟进行灌溉。 4) 喷灌技术。喷灌可使水的利用率达 80%，是人们所熟悉的灌溉技术。 5) 微灌技术。微灌将水和肥料浇在作物的根部，它比喷灌更省水、省肥。 6) 水稻控制灌溉技术。根据水稻不同生育期对水分的不同需求进行灌溉，即改变 以往水稻大水漫灌、串灌的旧习惯，而采取“薄、浅、湿、晒”的方式进行灌溉。 7) 集雨节灌技术。主要是西北地区群众将当地解决人畜饮水的集雨技术和节水灌 溉技术结合起来，通过修建集雨场，将雨水集中到小水窖、小水池等小、微型水利工程， 再利用滴灌、膜下滴灌等高效节水技术进行灌溉。 8) “坐水种”技术。在一些干旱缺水尤其是东北地区，春播时常因春旱出不了苗 或出苗不齐，为保全苗，采用机械或用水箱、水袋拉水，在播种时进行点灌，俗称“坐 水种” 。 9) 抗旱保水技术。抗旱保水技术主要包括在农田推广使用国产的抗旱剂、保水剂， 通过地膜和秸杆覆盖等农艺措施增加土壤对天然降雨的蓄集能力和保水能力。 10) 管理节水技术。 通过提高灌溉管理水平， 采用科学的灌溉方式， 达到节水目的。 国外的节水灌溉方法主要有三种形式：喷灌、微灌(滴灌、微喷灌、小管出流灌和 渗灌)、行走式节水灌溉方法中，大都需人工来开关水阀，或者通过定时方法来控制， 前者易于造成浇水不及时而旱坏植物，浇水过多造成水资源的大量浪费（如采用“旋转 喷头”进行浇灌） ；后者则不管阴天或下雨照样浇水，控制方法不科学。对于经济作物， 国外采用了微机控制的温室种作方法，包括送水、送肥、温度控制、干湿控制，虽然自 动化程度较高，但设备成本昂贵，且需要提供大量的电力，一般只是用于经济作物，特 别是温室作物的无土种植。 2.5 关键问题及解决方法 供需矛盾日益尖锐， 农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要 制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。灌溉用水从水源到田间，到被作物吸收、形成 产量，主要包括水资源调配、输配水、田间灌水和作物吸收等四个环节。在各个环节采 取相应的节水措施，组成一个完整的节水灌溉技术体系，包括水资源优化调配技术、节 水灌溉工程技术、农艺及生物节水技术和节水管理技术。其中节水灌溉工程技术是该技 - 9 - 术体系的核心，已相对成熟并得到普及，其它技术相对薄弱，急需加强研究开发和推广 应用。节水灌溉工程技术主要包括渠道防渗技术、管道输水技术、喷灌技术、微灌技术、 渗灌技术。喷灌技术包括微喷和滴灌，具有省水、节能、适应性强等特点，灌水同时可 兼施肥，灌溉效率能够达到以上。直接目的是减少输配水过程的跑漏损失和田间灌水过 程的深层渗漏损失，提高灌溉效率。 实施节水灌溉的好处有:省时、省地、适时、节水、节能、高产等。但站在灌溉水 市场需求方(即农户)的角度来说,发展节水灌溉的意义目前主要在于方便(适时和省时), 其次是节能和高产,而不是节水和省地。农村土地属于集体所有,加之耕地上收入较少, 多占用一点耕地对每户农民来说意义不大;由于农业水价相对较低,加之水权交易市场 没有发育起来,节水没有利益补偿机制,在水资源不是十分紧缺的地方,节水目前基本上 还不是大多数农户特别关注的。一般的喷灌设备都是针对某一特定件物，特定的地域， 特定的自然条件而设计的，不具备通用性，对于小规模的喷灌，一般的喷灌设备成本相 对偏高，在水资源缺少，能源短缺的情况下，一般的喷灌设备得不到充分的利用。 本灌溉产品主要是针对小规模、水资源较少、能源短缺、地势不平的作业区进行喷 灌。 产品中的支架，可根据不同的作物高度，以手轮的操作来上下调节喷管的高度和角 度，对于不同作物之间的行距，可通过喷管左右伸缩调节，以达到最佳的喷灌效果。 3 设计计算说明书设计计算说明书 3.1 喷头喷管支架的分析 在喷灌设备中，支架主要是为固定、支撑喷灌所需零部件而设计的。喷灌是利用专 门的设备将有压力的水送到灌溉地端，并喷射到空中散成细小水滴，均匀的散布在田间 进行灌溉的方法。支架部分主要是在作物间工作，作为喷管和喷头的支架，支架所起的 作用十分关键，对作物的高度需要通过支架来调节，对不同作物的作物行距的调节、对 作物喷灌时角度的调节。 在喷灌时，要受到风、雨等自然条件的影响。受风的影响大，有空中漂移和植物截 流水量损失，所以同时也要求支架放在作物间不平坦的地上，在有水压的情况下能使喷 管在稳定的状态下作业，而不受到各种外界情况的影响，达到最佳的喷灌效果。 - 10 - 在支架的整体设计上，要求支架能在车载与单独作业使用，底座需与小车相对应的 板座大小对应。通过底座上的四个底孔、可与车上板座上的销钉连接固定。在地里作业 时，放在不平坦的工作地面上要有一定的稳定性，支架的高度设计需要满足对不同作物 工作时的要求，支架上还必须连接固定相应的零件，对喷管支板的设计要求。支板必须 满足喷管在短距作物间与宽距作物见的要求。我们的产品设计为装有两个喷管，可同时 作用于四行作物，喷管与喷头支架的设计，在宽度上达到两个喷管的宽度，两个喷管上 下交错连接，在同一个固定板上通过丁字分管支架固定着分水管，两头有两个分支管， 丁字分管高于喷管与喷头支架的高度，有利于分支管与喷管的连接，同时还需要考虑到 喷管在对不同行间距作物作业时，伸缩喷管时，分管与喷管的连接能满足伸缩需要。 在调节喷头的角度时，就要求喷管可以在支板上的夹子上自由旋转。夹子要满足耐 用性， 满足喷管改变角度的旋转， 但是不需喷管在径向运动， 在径向方向上要固定不动。 丁字分管支架与固定板相连接，丁字分管支架在工作时要受到水压主管对支架的压力， 对于不同的压力都必须能承受住而不影响喷管的工作， 丁字分管支架以一定的倾斜角度 与固定板焊接，在具有一定的倾斜角度时，可使丁字分管支架承受更大的压力，角度同 时也不用太大， 否则支架的高度不能满足分管与喷管的连接， 同时要影响喷管的伸缩性， 所以丁字分管支架的角度必须满足所受压力与连接喷管的要求。 喷管支架的整体设备必须符合以下要求： （1） 适用于不同作物，不同生长期时所需要的高度与作物行距 （2） 在外界环境或喷管，输水管道受力作用下稳定工作 （3） 简单易用，成本较低，安装方便 （4） 维修保养、成本低 3.1.1 对不同作物的喷灌要求 世界上粮食作物种植面积最大的国家是我国，我国谷类总产值最高 4.07 亿吨。棉 花播种面积（2.6 万 hm2）我国是农业大国，农业是我国的基础行业，但是由于农业底 子薄，人均产量并不高，所以要加快农业机械化的进程。我国水资源短缺,人均水资源 占有量仅为世界人均占有量的 1/4,灌溉水的利用率仅为 40%左右,也就是说有近 60%的 水都浪费掉了,灌溉水的利用率只为发达国家的一半。 据专家预测,按目前的农业用水水 平,到 2010 年农业用水短缺约 3003 亿 m,将严重制约农业和国民经济的发展。 因此,发展 节水灌溉是缓解我国水资源供需矛盾的有效途径。在农业机械中，喷灌技术在我国有了 - 11 - 很大的发展，但是由于我国地域广阔，作物品种繁多，对于目前大多数的喷灌设备都只 针对一种或几种少数作物而设计的，对于不同地势的作物，喷灌设备的设计同时也不相 同，大多数的喷灌设备得不到普遍的推广。 如：玉米，耐旱，主要生长在北方的干旱地区，在山西等省，农作物的种植地大多 处在地域不平坦区域， 但是玉米长在旺盛期耗水量较大， 月平均需降水 100mm 最为有利， 但是在北方地区 7 8 月份时，降水量相对较少。所以喷灌的“救命水” 、 “关键水”对北 方种植的玉米是很重要的，但一般的喷灌设备主要是对处于地势平坦，大面积种植的作 物，并且要求当地水资源丰富、能源充足，并且这种设备成本高，对一般地方农村小面 积种植作物是不使用的，对北方干旱种植地不平坦的其它一些作物，如：谷子、黍、高 粱、春小麦、燕麦、烟草、马铃薯、大豆、豌豆、红小豆。仅仅作物有甜菜、油菜、胡 麻和向日葵等需设计一种普遍通用，成本相对较低，可对小面积的作物进行“关键”的 喷灌，对以上种种情况，选择移动式喷灌设备较适合，简化一些大型喷灌的设备需要专 门设计为不同作物，不同地势，不同时期喷灌时所特别需要的构件。 针对以上分析，对不同地域，不同作物，不同时期，不同环境的喷灌需要，所设计 的产品必须满足作物高度的调节，对作物行间距，喷管伸缩性的调节，在不同地域作业 时可车载，同时也可以固定时喷灌的设计。 3.1.2 在固定与运动状态工作 在我国山区、丘陵地区分布很广，面积约占全国总土地面积的 80%左右，耕地面积 占全国总耕地面积将近 0.5%。 山区、 丘陵地区地势起伏剧烈， 地面高差较大， 坡度陡峻， 峰谷交错，一遇暴雨，径流大而且汇集迅猛，往往造成洪水灾害。如果作物的喷灌采用 固定式的，一旦发生洪水，将严重破坏了喷管设备，所以不易采用固定式喷灌，采有移 动式喷灌设备比较适合。山区、丘陵地区沟壑纵横，河流甚为发达，但源远流急，洪枯 变差较大。无雨期间常常干涸，加之山区丘陵地区半是山高水低，农业用水困难，一到 少雨季节即出现蓄水不足而形成旱象，特别是山区丘陵地区水源明显不足。 采用移动式喷灌设备有一定的好处，但是也有其缺点，对大面积的喷灌，来回搬运 喷灌设备极其不方便。即浪费时间又消耗体力，使生产效率低下。 所以综上所述， 固定式喷灌使用方便及开及喷灌作业， 但是不适用于山区丘陵地区， 一旦遭到一些自然灾害，对固定式的喷灌设备损害较大，固定式的成本也相对较高，不 适合小面积作物的喷灌。移动式喷灌设备虽然可以解决固定式喷灌设备所具有的缺点。 - 12 - 但是，移动式喷灌设备耗时费力，生产效率相当低下。所以，本设计结合以上两种喷灌 设备的优点，设计出一种即可车载做移动式喷灌设备，也可固定放在需要喷灌的地点固 定喷灌。 本设计在支架的底座上打有四个孔，孔的相对应车的地板上的四个孔相对应，在车 上安装时，把孔相对应加入四个销钉加以固定，即可车载作为移动式喷灌设备，也可作 为固定式喷灌使用，以底座下平面为底面，放在所需喷灌的地点即可。因此，本设计在 结合移动式喷灌设备与固定式喷灌设备的优点设计出本套设备以适应各种不同的需要。 3.1.3 对于作物不同生长期的喷灌要求 我国农业历史悠久， 作物驯化栽培， 利用的历史也十分久远， 栽种的作物种类繁多， 我国常见的栽培作物有 50 多种。栽培作物的种类也在逐渐增加，对喷灌设备的要求也 很大。 对不同的作物， 作物之间的行距长短也不同， 作物在不同生长期的高度也是不同， 所以对于做一个广泛适用推广的喷灌设备的设计时，要克服作物的各种要求。 在设计中要考虑对不同作物行距不同长短的设计，对于一般的喷管设备，喷管是不 能来回伸缩的，只能对两行作物进行喷灌，不能同时对四行作物进行喷灌，这样在作业 时较大的消耗了没有必要的劳动力，生产力低下，在本设计中有两个上下交错并排连接 的喷管，可同时喷灌四行作物，并且喷灌在支架上可以根据不同作物之间的行距对喷管 进行伸缩。 对于作物不同时期时的喷灌作业要注意作物的不同高度， 不同的高度就要求在支架 上的喷管可以沿支架上下移动，调节高度，以达到最佳喷灌效果，但是对于一般的喷灌 设备它的喷管支板在支架上是固定死的，不能上下移动，所以也就是不能调节高度，只 单一的适用与作物一个时期时的喷灌，作用受到了很大的限制。 在对喷管高度调节的设计上， 本设计采用了手轮夹紧支架使喷管支板在支架上可调 节高度，这一设计既满足了喷管对不同作物在不同时期喷灌的需要，同时这一设计使用 方便，简单易学，在某一高度上，固定牢靠，喷管工作时不会出现工作不稳定的状态， 可以满足喷灌的需要，同时手轮也可使作业完成后，旋转一定的角度使喷灌设备在运回 时方便不占用太大的空间。 - 13 - 3.2 支架整体构造与设计 3.2.1 支架上固定零部件的设计 支架主要是用来固定喷灌时的各种零部件，如工作中：喷管、来水管等，在其工作 时首先必须使零部件在支架上稳定，不受外力各种情况一影响下，工作状态不受影响， 在设计中，吸取现有的各种喷灌支架的优点与本设计针对的特有特点来设计。 来水管把从水泵输出的水通过管道运送到喷管中， 通过喷头在压力的作用下喷射出 去。来水管在支架上通过两个分小管，分开两条支流，给两个喷管输水，所以在固定来 水管时，也就是固定了三个水管，主要作用在三个水管的连接处，为丁字型，设计时不 但要考虑到固定来水管也要考虑到二分水管，还不能影响水管的工作。 对来水管可以用夹板来固定。 图 1 来水管固定板 对两个分水管可以在夹板上焊接两块压板来固定。 图 2 来水管支架 - 14 - 这样既固定住三根输水管，又不影响其工作，同时使用时简易方便。 对于另一个重要的喷灌设备，喷管与喷头的固定板，在设计时要考虑到喷管在对不 同作物作业时，不同的作物之间的行距也是不一样的，所以喷管必须能够轴向伸缩，同 时还的考虑在喷灌时对喷孔的不同角度的选择，在长期使用过程中，固定板对喷管无较 大的磨损， 同时固定喷管的零件可在喷管轴向与径向旋转运动时限制喷管的其他方向的 运动，长时间的固定喷管在所需的位置。 本设计的喷管为双喷管、双喷头，喷管在同一平面内交错固定 图 3 丁字支架 喷管夹四个， 一个喷管的固定需要两个夹子， 喷管可在两个夹子的作用下保持水平。 保持一定的角度，同时喷管也可在夹子的径向旋转，也可沿夹子来回伸缩运动。 这一设计既满足了喷管在对不同作物作业时，满足不同作物的行间距，也满足了喷 管在调节角度时，在夹子中旋转来变化角度，设计在喷灌工作完成后拆装喷管时，十分 方便，安装也十分方便。 3.2.2 底座的设计 在本设计中底座有两个特殊的作用，喷灌设备在车载作业时，需要支架与车连接固 定在一起，在地间单独固定作业时，底座必须稳定，从而不影响喷灌设备在工作时的作 业。 在车载作业时，底座上的四个角钻有四个孔，孔的直径与车上固定板上的孔直径大 小一直，位置也是相应的。车载使用时只需要在相应的孔上使其固定住。 - 15 - 图 4 底座 3.2.3 支杆的计算与设计分析 喷管在对不同作物作业时的高度是不一样的，这就需要喷管可以沿支杆上下移动， 以调节高度适应不同作物的不同高度。 本设计主要是针对本省的作物喷灌而设计的， 本省主要粮食作物有： 玉米、 小麦等。 考虑到粮食作物中所需高度最大的作物与粮食作物中高度最小的作物， 两者的高度决定 了喷灌设备中喷灌支架中支杆的高度， 同时支杆的直径的大小也必须与固定块和丁字支 架的连接孔径大小一直。 3.2.4 喷管固定板的设计与分析 一般的喷灌设备只具有一根喷管，其所具有的固定板也只能固定一根喷管，在工作 时，只能同时喷灌两行作物，工作效率底下，消耗时间，浪费劳动力。 本设计的喷管固定板是为双喷管与双喷头设计的， 这样可以在很大程度上提高工作 效率，节省了大量的工作时间，但是双喷管如果连接在一条线上，必然使得固定板的长 度加长，使支架整体看起来笨重，使用使，极其不方便，造成设备的不应该有的材料浪 费。 为解决以上问题，在设计时，双喷管的连接是上下交错并排连接