利用农家水井进行作物水力驱动带状喷灌设计

1、利用农家水井进行作物水力驱动带状喷灌设计1. 前言随着全世界畜牧业的大发展，饲料工业得以迅速发展，全世界饲料用玉米需求呈现增长趋势。在发展中国家表现为工业饲料消耗玉米增加，同时采用传统方式喂饲畜禽的饲料玉米消耗亦在增加。在发达国家和地区表现为大量的玉米原粮被加工为工业饲料。 水是植物生存及生长的必须物质，是生命的源泉，在生态系统中影响最广泛，农谚有：“收与无收在于水。”这可以看出，水决定农业生产地根本，在农业系统中，作用很大，水对作物生长发育，土地肥力等作用很大，水是作物有机体的重要组成部分。但我国水资源并不丰富，缺水是世界性难题，时空分布极不平衡，人均，亩均年占有水资源量的差别很大，随着社会

2、的发展,用水量增长很快，人同水资源的关系愈来愈密切，水资源的开发和利用程度已经成为制约国民经济发展的因素。多年来各地非常重视节水技术的研究和应用并取得了长足的几步，传统的灌溉方法将被喷灌和不同方式的灌溉，渗灌所代替，农田系统将逐渐向节水型现代化快速发展。与地面灌水方法相比，喷灌有许多突出的优点，大致可以归纳为以下几个方面4：（1）提高产量。喷灌可以采用较小的灌水定额进行浅浇勤灌，便于严格控制土地水分，操持肥力，不破坏土地表层的结构，又可促进作物根系在浅层发育，有利于充分利用土地表层肥分。而且喷灌可以调节田间小气候，增加近地表层空气湿度，在炎热季节起到凉爽作用，并能冲掉茎叶上的尘沙，有利用植物的

3、呼吸和光合作用，因此能达到增产的效果。对于各种不同作物和不同地区，不同的耕作方法，增产的幅度变化很大，玉米、小麦、棉花、大都等采用喷灌比一般的浇灌增产1030%，蔬菜喷灌可增产12倍。（2）节约用水。由于喷灌基本上可以不产生深层渗漏和地面径流，灌水比较均匀，均匀度可以达到8090%，加之多数用管道输水，输水损失少，所以灌溉水有效利用系数高，一般为6085%，比明渠输水的地面喷灌省水3050%，在透水性强，保水能力差的砂质土地上还可以省水70%以上。在干旱缺水地区和高扬程灌区，这一点显的特别重要。（3）节约劳力。由于喷灌的机械化程度高，可以大大减轻灌水的劳动强度，节约大量劳动力。仅小型移动式喷灌

4、机组就可以提高工效2030倍。此外，喷灌不需要在田间修临时渠道和沟、畦、埂等，还可以省去修筑这些田间工程的劳力。如果利用喷灌设备施肥和喷洒农药还可以节省更多劳力。（4）少占耕地。采用喷灌可以大大减少沟渠占地，不仅节省土、石方工程，而且还能省出占地总面积713%的沟渠占地种植作物。（5）适应性强。喷灌是将水直接喷洒到田间每个点上，它的灌水均匀度与其他点的地形和土地透水性无关，因此，在地形坡度很陡和土地透水性很大难以采用地面灌水方法的地方可以喷灌，在大平小不平的田地也不必进行土地平整就可以喷灌。（6）保持水土。喷灌可以根据土地质地的轻重和适水性大小调整水滴直径和喷灌强度的大小，可以做到不破坏土地结

5、构，不产生土地冲刷，使水分都渗入土层内，避免水土流失，在有可能产生盐碱化地区，采用喷灌严格控制湿润深度，消除深层渗透，可以防止地下水位上升和次生盐碱化。和任何事物一样，喷灌也有一定的局限性，其缺点只要可以归纳为以下几个方面：（1）受风的影响大。喷灌水滴一般需要喷射到十几米，他的运动轨迹受到空气气流的较大影响，稍微有些微风就会改变喷头喷水量在平面上的分布，从而影响喷灌的均匀度。（2）设备投资高。喷灌都需要有一定的机械设备，对于不同形式的喷灌系统其所需的设备数量不同，单位面积的投资也就不同。这比其他灌溉方法所需要的投资高一些，这是喷灌的发展受到限制的主要原因。（3）表面湿润较多，而深层湿润不足。（

6、4）有空中损失。在空气相对湿度过低和风速较大时，有一部分水滴还未落到地面上就被风吹出灌溉地段或在空中蒸发，而造成空中的蒸发与漂移损失，这是其他灌水方法所没有的。喷灌是一种先进的灌水方法，几乎适用于灌溉所有的旱作物，例如：谷物、蔬菜、果树、香蕉、木耳、药材等，还特别适用于灌溉旱种的水稻。从地形来看，既适用于平原也适用于山丘区；从土质来看，既适用于透水性大的土地，也适用于入渗率较低的土地；不仅可以用于灌溉农作物，也可以用于灌溉园林、草地、花卉，还可以用来喷洒肥料、喷洒农药、防霜冻、防暑降温和防尘等。然而，如前所述，它具有许多优点，也有一些缺点。因此在任何地方并不是都适于适用喷灌，为了充分地发挥喷灌

7、优点，减少它的缺点，所以决定采用喷灌时，应优先考虑在以下所述条件适用，以取得更好的效果。（1）当地有充分的资金来源，而且种植经济效益较高的作物，如果树，香菇，木耳，蔬菜等。（2）地形起伏大或坡度较陡，用地面灌溉有困难的地方。（3）该地透水性较大或入渗率较高。（4）水源不足（如我国北方或高扬程灌区）（5）灌溉需要调节田间小气候的作物，包括要防干热风或防霜冻。（6）在劳力紧张或从事非农业劳动可以获得高收入的地方。（7）不属于多风地区，或灌溉季风较小。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，水源不足等特点，现有的喷灌设备不能满足这些要求，本课题针对北方农作物的这些特点设计的水力驱

8、动带状喷灌系统，利用农村大量现有的拖拉机或农用三轮车作为动力，潜水泵、软管和管道和水源。对我国水资源的保护，和我国节水灌溉政策的推进和发展将会发挥巨大的推动作用。对于我国不同的地区，采用不同的方式，比如在一些基础设施较好，便于用电的地区就采用电机作为动力，对于基础设施比较落后的地区，比如西部地区，电力设施不发达，田间地头用电不方便，就采用柴油机作为动力，对于一些农户有其他喷灌设施的，也可以换接喷头使用我们的产品，达到了通用性，适用性，和灵活性的结合。为使喷洒区域成条带状，该系统的喷头及其喷管设计成平行于地面放置，并固定在支架上。同时在喷头上还安装了一个能够自由旋转的叶轮，以提高喷洒质量。此外，

9、为了移动管道和喷头时比较方便，该系统还可以利用一个输送小车来作辅助设备2. 灌区的基本资料与条件2.1 基本情况设计区位于市郊区，面积15060，约10亩。东西宽150m，南北长60m，种植农作物玉米，行距为0.4m。水源为一口水井，位于地的西南方向，距地块约150m，如下图所示：【比例尺（1：1000）】单位：（m）图1 设计区基本情况该地地块整齐且较平坦，土地质地为地土，无实测土地资料，参考其原始所用数据及有关资料：土地干容重为1.41g/cm，田间持水率取25%（占干容量），参考当地土地有关灌溉数据，取适宜土地含水量的上下限，取田间持水量（25%）的85%和65%，计划湿润深度（取0.5

10、m），该区属于半干旱气候。据气象资料分析，本地区多年平均降水量为500mm左右，降水不足，且年季分布不均，全年降水量的60%集中于2-9月份。3-6月份为干旱季节，降水很少，约为全年降水量的16%。所以玉米的整个生长过程受旱比较突出。春夏季节主要是东南风和西北风；冬季主要是西北风和东北风，风向多变。2.2 设计参数的确定根据设计地区的实际情况，决定采用下列设计参数： 喷灌雾化指标： 允许喷灌强度：3. 喷灌系统的规划根据地块的集体地形地貌的实际情况，应考虑具体情况具体规划安排。其一，灌溉区面积较大，便于人工操作；其二，节约成本，经济实惠。3.1 喷灌系统类型的选择针对实际情况，力求节约成本的前

11、提下，要达到喷灌的目的，另外还要保证人工的灵活作业，所以采用水利驱动带状喷灌，这样可以满足所要求的效果，做到经济与喷灌的完美结合。3.2 管道输水系统规划原则规范原则：其一，需要与远景发展规范相结合，在条件允许的情况下可以改建别的喷灌内容，或扩大规模，规划时支管应采用符合改建后分流压力要求的管材；其二，系统的运行可靠，该系统要使其长期发挥效益，确保每个环节的质量；其三，综合管道系统各部分之间的联系，取得最优规划方案，最终达到节省工程量、设备、投资和运行费用最低、最大限度地发挥管道系统效益的目的。4 水力驱动带状灌溉系统的概述当水力驱动带喷灌系统作业时，水源、水泵和动力机放置在地端固定不动，除非

12、地块比较长。输送小车先拖上管道、喷头及其支架在作物行间移动一个射程的距离，然后把喷头及其支架放置在输送小车的一侧，并调整各喷头之间的距离为一个条带宽度。接着启动动力机，开始喷洒作业。当达到预定的灌水定额后，把喷头及其支架向输送小车内侧移动一个条带宽度的距离，继续进行喷洒作业，直到只剩下中间没有湿润时为止。然后再把输送小车、喷头及其支架向前移动两个射程的距离，按照以上作业方式继续喷洒，直至喷到地末或输水管不能再拉长时为止。工作方式如图2所示。图2 新型水力驱动带状喷灌工作示意图4.1 水力驱动带状喷灌系统的组成图3 新型水力驱动带状喷灌系统简图水力驱动带状喷灌系统与其它喷灌系统一样，也是由水源、

13、水泵、动力机、输配水管道、喷头组成。(1)水源水力驱动带状喷灌系统与其它喷灌系统一样，首先要有水源。但与其它大型喷灌系统不同的是，水力驱动带状喷灌系统不需要修建专门的水源工程。，只要是水质符合农田灌溉水质标准的水源就行，本课题采用农家水井作为水源。(2)水泵 水力驱动带状喷灌系统利用农民家中现有的喷农药用的柱塞泵作为该系统的水泵. 柱塞泵有单缸、双缸和三缸等多种形式，水力驱动带状喷灌系统常用三缸泵。柱塞泵主要由传动轴、离合器、缸体、压环、柱塞、定子控制活塞等零部件组成。柱塞泵具有较高的压力，射程较远，雾滴较细，工作效率较高，既可用于喷药，有可用于喷灌。柱塞泵的柱塞不与泵缸内壁接触，而是在泵缸端

14、部装有固定密封，因此容易维修保养。(3)动力机 水力驱动带状喷灌系统对动力机的选用具有很强的灵活性,一般采用拖拉机或农用三轮车上的柴油机作为动力机,只有田间有电力网配套设施时才采用电动机作为动力机。此外，水力驱动带状喷灌系统还可以采用汽油机作为动力机。(4)管道 水力驱动带状喷灌系统的管道通常由输水管和支管两级管道组成，喷头及其喷管安装在支管上。由于水力驱动带状喷灌系统的管道需要经常移动，因此采用轻便、柔软、耐磨、能经受风吹日晒和高压的塑料软管或橡胶软管作为管道。 (5)喷头 为克服原有圆形喷头存在的喷洒不均匀、受风影响大、不能在作物行间进行喷洒等缺点，采用水力驱动叶轮旋洒式喷头，这是水力驱动

15、带状喷灌系统最具有创新性的一点。这种喷头结构简单、成本低、喷灌均匀度高、受风影响小，并且能够在作物行间进行条带状喷洒，对作物进行局部灌溉。水力驱动带状喷灌系统的喷头由喷嘴和叶轮两部分组成，材料为ABS塑料。喷嘴主要由进水孔、喷头主轴和轴端螺纹三部分组成。喷嘴与喷管采用胶粘连接，叶轮套在喷头上，其轴向窜动由拧在轴端螺纹上的螺母来固定。叶轮采用封闭式结构，其叶片两边均有盖板，内部形成封闭的弯曲的环境，因此喷灌的时候方向能够得到控制，不会造成喷洒方向的混乱，而且喷灌均匀度比较高，射程也比较合适，达到了条带喷洒得效果。即使是在有风的情况下，也不会像敞开式叶轮和半封闭式叶轮那样受风的影响比较大。 (6)

16、附属设备水力驱动带状喷灌系统的附属设备主要有喷头支架和输送小车。在水力驱动带状喷灌系统中，喷头支架的作用主要是固定喷头及其喷管并调节喷头离地面的高度和各喷头之间的距离。喷头支架主要由底座和固定装置两部分组成。底座是整个支架的支撑部分，所有的零部件都连接在其上面。在底座的中心焊接着一根高一米的圆形钢管，用于与固定块的连接。同时，为了支架有时能与输送小车相配合使用，在支架的底座上有四个10的孔，可以与输送小车上相对应的底板用螺栓来连接。固定装置是整个支架的关键部分，用于固定三通、喷头及其喷管并调节喷头离地面的高度和各喷头之间的距离。固定装置由固定块、三通固定板和喷管固定板组成。固定块的中心钻有一个

17、与圆形钢管相配合的通孔，其一侧的手轮用于调节喷头的高度并将固定块紧固在圆形钢管上。三通固定板焊接在固定块的一侧，用来固定支管末端的三通。喷管固定板用一手轮拧在固定块的另一侧，用来固定喷头及其喷管并调节各喷头之间的距离。转动手轮可以调节喷管固定板的角度，使喷头在不平的地面上作业时仍然能够保持水平。喷头支架的特点是结构简单，成本低，使用方便，适应性、稳定性强。4.2 水力驱动带状喷灌系统的特点水力驱动带状喷灌系统与其它喷灌系统相比，具有以下优点： （1）投资费用低 水力驱动带状喷灌系统充分利用了农民家中的现有设备，并且不需要挖沟埋设管道，因此投资费用很低，推广应用比较容易。 （2）机动灵活，适应能

18、力强 水力驱动带状喷灌系统充分考虑了我国现实的地理条件，既能灌溉平原地区，又能解决山坡丘陵之地的灌溉问题。此外，它还能满足不同作物、不同生长期的需求。 （3）喷灌均匀度高 由于喷头及其喷管平行与地面放置，喷洒区域成条带状，基本上不存在重喷、漏喷现象。（4）水力驱动带状喷灌系统采用小功率的柱塞泵（或活塞泵）作为加压设备，并且直接喷洒作物进行局部灌溉，蒸发损失小，因而节能节水效果明显。（5）由于喷头喷射仰角比较小、离地高度比较小，并且在作物行间进行喷灌，从而受风的影响比较小。（6）结构简单，操作维护方便，并且可以一机多用。5. 水力驱动带状喷灌系统的设计5.1 设计方案的确定5.1.1 喷灌方式优

19、于传统灌溉方式与传统的地面灌水方法相比，喷灌具有明显的优点.：(1)节水效果显著 喷灌通常采用管道灌输水、配水，输水损失很小，喷灌可以根据作物需水的状况，适时适量地灌水，一般不产生深层渗漏和地面径流，水的有效利用率可达80以上。喷灌与地面灌溉相比，比明渠输水灌溉省水3050。在透水性强、保水能力差的土地，省水可达70以上。喷灌是利用喷头直接将水比较均匀地喷洒到作物面上的，能够很好地控制喷水强度、灌水量和灌水均匀度。喷水后地面湿润比较均匀，通常灌水均匀度可达8085。(2)提高农作物产量和品质 由于喷灌能严格控制土壤水分、保持肥力，喷灌对增加农作物产量的作用是多方面的。首先，喷灌可以控制喷洒时间

20、或喷洒速度，适时适量地满足农作物对水分的要求，这对于精细控制土壤水分，保持土壤肥力，保护土地表层的团粒结构，促进作物根系在浅层发育，以充分利用土壤表层养分以及适应换茬时，两种作物对水分的不同要求极为有利。喷灌时灌溉水像降雨一样湿润土壤，不破坏土壤结构，为作物根系生长创造了良好的土壤、水分环境；可以根据供水条件和作物需水的规律进行精确供水。喷灌还可以调节田间小气候，增加近地层空气湿度，调节温度和昼夜温差，避免干热风、霜冻对作物的危害，可显著提高水果、蔬菜、茶叶、烟草等经济作物的品质。在高温季节可以起到降温的作用，并能冲掉作物茎叶上的尘土，有利于作物的呼吸和光合作用，有效地改善了农业生态环境，有明

21、显的增产效果。与传统地面灌溉相比，采用喷灌的粮食作物增产1020%，经济作物增产2030，果树增产1020，蔬菜增产12倍。(3)提高耕地利用率 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715。这对于单产较高的小麦等条播作物进一步提高产量效果十分明显。(4)对地形的适应性强，可避免土壤盐碱化 喷灌可用于各种类型的土壤和作物，受地形条件的限制小。例如，在砂土地或地形坡度较大、高低起伏不平的地面也可以采用喷灌。在地下水位高的地区，地面灌溉使土壤层过湿，易引起土壤盐碱化，用喷灌来调节上层土壤的水分状况，可避免过量灌溉造成的盐碱化。由于喷灌对地形的适应性强，可以大

22、大减少对田间渠系建设及管理维护，节省大量农田地面平整的工程量。(5)喷灌可节省劳动力 喷灌能在世界范围内得以迅速发展的原因之一，是为了提高农业劳动生产率。我国农业经营正在向集约化、规模化方向发展，同样面临着提高农业劳动生产率的问题。喷灌系统的机械化程度高，可以大大降低灌水劳动强度，提高作业效率，免去年年修筑田埂和田间沟渠的重复劳动，节省大量的劳动力。各种喷灌机组可以提高工效2030倍。5.1.2 我国喷灌系统现状及存在的问题纵观我国当前喷灌技术发展现状，存在如下几方面问题：（1）产品稳定性差，机具欠缺成套性我国喷灌机具总评结果显示，总评合格率仅为57.15%，批次一等品率仅占21.43%。机具

23、在生产使用中，问题接连不断，影响灌溉效果，常贻误农时。另外，我国喷灌机具内动力和监控仪表配套性差，未形成我国特性的配套系统。（2）喷灌机具与我国种植业特点及农业生产所有制关系不相适应 我国喷灌机具有大、中、小各种型号。大型喷灌机有双悬壁式、拖拉机单喷头悬挂式、中心支轴式、平移式、滚动式和绞盘卷管式等。中型喷灌机有单喷头悬挂式、双悬臂式、绞盘卷管式和移动管道机组式等。轻、小型喷灌机有手抬式、手推车式、拖拉机悬挂式、自走式、卷管式等。无论哪种类型，有单喷头的，也有多喷头的，认真考查当前这些喷灌机的灌溉效果，无论哪种型号都采用圆形喷灌方式，与我国种植业特点和土地经营方式不相适应。我国农村种植业目前尚

24、属小农经营模式，一家一户种植，土地按一家一户成条块，大部分农户不能应用这种喷灌机具。另外，喷灌机设计片面强调喷洒的均匀性，而本身喷水形式为圆形喷洒，圆与圆之间交错根本不可能均匀，而且这与当前非充分灌溉理论和局部灌溉节水思路也不相适应。（3）当前我国普遍采用的圆形喷灌有许多难以克服的缺点首先，圆形喷灌以喷头为圆心，喷灌完毕后，周围土壤全部湿润，喷头难以移动，降低了重复使用率。其次，圆形喷灌受风力、风向影响较大，使喷灌的不均匀性增加。第三，圆形喷灌属全面灌溉，灌溉面积大，需水量大，蒸散和漂移损失大，节水效果差。 当前国外喷灌机具发展，由于土地相对集中，农业种植业集约化程度高，更多地发展大型喷灌机，

25、这与我国情况完全不同，我们也难以借鉴。国内目前有研究平移式小型喷灌机的趋势，但平移式喷灌机要求持续供水， 虽然自动化程度高，但不适于小农经济发展，更不适于山坡丘陵区农业节水灌溉发展。5.1.3 水力驱动带状喷灌系统的成型鉴于上述分析，我们根据近年来调研结果和模拟试验结果，提出“水力驱动带状喷灌机与节水喷灌技术研究”课题，主要是采用水力驱动带状旋洒的方法实施田间隔行喷灌，这种机具将克服上述问题，形成适于中国农业特点，适于山区丘陵旱地补水抗旱的节水型喷灌机和节水喷灌技术。本课题研究的水力驱动带状喷灌机主要适合于在我国干旱、半干旱、山区、丘陵等地带使用。水力驱动带状喷灌机可利用农民的农用三轮车、手扶

26、拖拉机或者电动机等提供动力，具有的节水、节省劳动力、使用灵活方便，加之其设备投资较少，特别适合于农田小面积灌溉的地方使用，因此水力驱动带状喷灌机在当前有着很广阔的市场前景。分析和确定喷灌机性能的好坏并不是从它的应用目的上来做比较，最终的判定还要归结到公认的各项指标上，这其中要包括喷灌机的经济成本计算，产品推广应用的阻力，生产制造的难易程度，以及成品的试验性能好坏。5.2新型水力驱动带状喷灌喷头设计5.2.1 喷头类型及特点分析喷头又称喷洒器，是喷灌系统中的专用设备和关键部件，其作用是将管道中的有压集中水流喷射到空中,分散成许多细小的水滴并均匀地散落在它所控制的灌溉的面积上。因此喷头的结构形式及

27、其制造质量的好坏直接影响喷头的质量。喷头的种类很多，按其工作压力及控制范围大小分为低压喷头（或称近射程喷头）、中压喷头（或称中射程喷头）、高压喷头（或称远射程喷头），如表1。目前国内使用最多的是中压喷头，因为它的能耗较小，且容易得到较好的喷灌质量。按照喷头的结构形式与水流形状可分为旋转式、固定式和孔管式三种。旋转式喷头又称为射流式喷头，其特点是边喷洒边旋转，水从喷嘴喷出时成集中射流状，故射程较远，流量范围大，喷灌强度较低，均匀度较高，是目前我国农田灌溉中应用最普遍的一种喷头形式。不足之处是当旋转式喷头与竖管不垂直时，喷头转速不均匀，会影响喷灌的均匀性。按转动结构的特点，旋转式喷头又可分为摇臂式

28、、叶轮式和反作用式三种。摇臂式喷头的优点是结构简单，运转可靠，便于推广，转速稳定且易于调节，喷灌质量较高。其缺点是在有风或安装不平的情况下，旋转速度不均匀，影响喷洒均匀性。此外，它经受不住大的振动。叶轮式喷头是靠喷嘴射出的水舌冲击叶轮，带动转动机构使喷头旋转。这种喷头虽然加工制造比较复杂，但其不受振动的影响，并且旋转速度均匀，工作稳定，可用较低的压力获得适宜的雾化程度。反作用式喷头是利用水舌离开喷嘴时对喷头的反作用力直接推动喷管旋转，其结构比较简单，但缺点是如果反作用力矩比较小，工作就不可靠，尤其是在刚开始喷灌时，更难以启动。固定式喷头又称为漫射式喷头或散水式喷头，其特点是在整个喷灌过程中，喷

29、头的所有构件都是固定不动的，水流以全圆周或部分圆周（扇形）同时向外喷洒。它的优点是结构简单，没有旋转部分，工作可靠，喷洒水对作物的打击强度小，要求的工作压力较低；缺点是水流分散，射程小，喷灌强度大，水量分布不均匀，喷孔易被堵塞。固定式喷头按其结构形式可以分为折射式、缝隙式和离心式三种。孔管式喷头又称为喷洒孔管，由一根或几根较小直径的管子组成，在管子的顶部分布有一些小喷水孔，喷水孔直径仅为12mm。喷水孔分布形式有单列式和多列式两种。孔管式喷头结构简单，工作压力比较低，操作方便。但其喷灌强度高，水舌细小受风影响大；孔口小，容易被堵塞；支管内实际压力受地形起伏的影响大。表 喷头按工作压力分类表5类

30、型工作压力KPa射程m流量m3/h特点及应用范围低压喷头20015.55004232喷洒范围大，但水滴打击强度也大，多用于对喷洒质量要求不高的大田作物和牧草等。5.2.2 喷头的选择经分析，此喷灌系统选用新型水力驱动叶轮旋洒式喷头，其性能参数如下：表2 喷头性能参数表喷孔直径喷头压力流量射程条带宽32500.7158.51.2工作压力：喷头流量：喷灌强度：喷头射程：5.3 管道的布置与分析5.3.1管道的技术要求（1）能承受设计的工作压力,一般要求管壁有相应的厚度,并特别注意壁厚要均匀。对于不同的工作压力要选用不同的管材。（2）能通过设计的流量，而不至造成过大的水头损失，以节约能量。从而要求有

31、一定的过水断面或适当的管道内径，使得管内流速不至太高，并要求管道内壁尽量光滑，以减少摩擦系数。（3）在能满足系统要求的情况下，尽量选用管径较细、价格低廉的管道。（4）对于移动式管道，则要求轻便、耐磨、抗折能力强，并能经受长时间的风吹日晒。5.3.2 管材的选择与管径的确定输水管流量 Q=nq （1）式中 Q输水管流量，/h n整个系统的喷头个数 q单个喷头的流量，/h用喷孔直径为3mm的喷头，取n=2，代入得 Q=20.715=1.43/h=3.97/s吸水管内径 (其中v取1m/s)输水管内径 支管内径及喷管内径 为了节约管道成本, 因此当安装不同喷孔直径大小的喷头时,统一选用一套管道,即选

32、择内径为25mm的橡胶软管为吸水管;选择内径为16mm,能承受1.6MPa压力的PVC软管为输水管; 选择内径为10mm,能承受1.6MPa压力的PVC软管为支管; 选择20mm,内径16mm,能承受1.6MPa压力的PVC管为喷管。对于管道附件，如阀门、三通、弯头、接头等，只要选与管道配套的即可，本文不再详细介绍。 5.3.3 管道的水力计算计算管道的能量损失时,按流量最大时计算,即同时安装4个喷孔直径为3mm的喷头时的流量。输水管沿程水头损失 （2）式中 输水管沿程水头损失，m f沿程摩阻系数 输水管长度，m Q输水管流量，/h 输水管内径，mm m 流量指数 b管径指数 取=50m,查表

33、得 f =0.948,m=1.77,b=4.77 代入上式得 =0.948取支管长度=5m，同理得支管沿程水头损失 =0.948取喷管长度为0.7m。由于喷管长度较短、流量较小，、管径较粗，因此其沿程水头损失可忽略不计。因此，管道沿程水头损失之和 =42.08+11.61=53.69m取管道局部水头损失之和 =0.15=0.1553.69=8.05m5.4 水管的收放装置 喷头输送车是喷灌系统工作中固定和运输喷头架和水管缠绕架的，而且这也是本车体的最主要的目的。所以，为喷头架和水管缠绕架提供一个良好的、稳定的工作环境是本车体的一个主要工作，这就要求车体设计中应该有与喷头架和水管缠绕架的连接装置

34、，并且要求这个装置能够达到固定牢靠、装卸方便、空间位置合理等，这就要求在车体设计中充分研究喷头架和水管缠绕架的结构设计及整个喷灌系统的作业要求。只有从多方面考虑各种因素的影响，才能更好地完成车体的设计。另外，除上述几点要求，还应该考虑用户对车体设计的经济实用、经久耐用、维护方便等要求。只有在很大程度上完成对产品设计要求的理解，才能在更大限度上设计出满意的产品。5.5 控制井及附近配套设计5.5.1 水泵及动力机的选择根据喷灌系统的设计水头，另外要考虑适合该地的喷灌要求，也就是说所选水泵的性能参数应符合该地区的工作要求，其参数如下：水泵部分：（3WZB-40柱塞泵）表3 3WZB-40三缸柱塞泵

35、性能参数如表转速 r/min8001000吸水量L/min3045工作压力kg/cm21535所需功率HP1.53动力机部分：当采用电动机作为动力机时，选型号为Y90L-2的电动机，其功率为2.2KW，转速为2840r/min；当采用柴油机或汽油机作为动力机时，只要其功率大于配套功率即可。5.5.2 过滤器的选配在保证连接要求和过滤要求的情况下，选用（80目）接头管径为（）的过滤器一个6. 经济效益分析（1）水力驱动带状喷灌机的成本水力驱动带状喷灌机主要是由动力部分（电动机或柴油机）、喷头装置、支架总体、车体组成。它们的成本如下：A动力机为电动机水力驱动带状喷灌机（单喷头）价格分析：动力部分（

36、电动机） 1051 元喷头 31.36 元支架 34.42 元 车体 238.68 元 水力驱动带状喷灌机总价 1355.46 元可知单喷头喷灌机总体成本价大约1355.46元水力驱动带状喷灌机（双喷头）价格分析：动力部分（电动机） 1051 元喷头 54.43 元支架 70.62 元 车体 238.68 元 水力驱动带状喷灌机总价 1414.73 元可知双喷头喷灌机总体成本价大约1414.73元B动力机为农户农用车（柴油机）水力驱动带状喷灌机（单喷头）价格分析：动力部分（柴油机） 461 元喷头 31.36 元支架 34.42 元 车体 238.68 元 水力驱动带状喷灌机总价 765.46

37、 元可知单喷头喷灌机总体成本价大约765.46元水力驱动带状喷灌机（双喷头）价格分析：动力部分（柴油机） 461 元喷头 54.43 元支架 70.62 元 车体 238.68 元 水力驱动喷灌机总价 824.73 元（2）经济效益计算A电动机做动力机时：电动机动力能耗费，根据机泵配套功率、年运行小时数及农用电价。动力机的实际功率为水泵轴功率除以传动效率和电机效率。考虑一定的安全系数，按3计，年工作小时数以400h计，估算能耗费如下： (3)式中： Q年运行电费(元)； N配套电机功率(kW)； T年运行小时数(h)；f农用电价(元/kWh)。（元） 年能耗费为600元。年运行费（元）（30元

38、为设备修理年费用） 以玉米作物为列，玉米喷灌平均单产750kg/亩，没有喷灌条件的丘陵山区平均单产350kg/亩14，玉米国家收购价格为 1.5元kg，按每户农户平均5亩地计算全年增加产值按下式计算：B=A( )D (4)式中：喷灌工程多年平均增产值 （元/a）；喷灌区面积 （亩）； 喷灌的玉米的种植面积比例； 非喷灌的玉米的种植面积比例；Yp喷灌的玉米的多年平均单位面积产量 （kg/亩）； 非喷灌的玉米的多年平均单位面积产量 （kg/亩）； 目前玉米的产品单价 （元/kg）代入数据，计算得：3000（元）即，总增产值为：3000元。效益费用比 (5)式中： R效益费用比；喷灌工程总投资 （元

39、）； 喷灌工程多年平均增产值 （元/a）； 喷灌工程多年平均运行费 （元/a）；i年利率（0.07）；n经济分析期年数 （a）。还本年限T，按下式计算： (6)式中：K喷灌工程投资 B喷灌工程多年平均增产值 C喷灌工程多年平均运行费用 i年利率（0.07）经计算，还本年限T=0.66B柴油机做动力机时：（以玉米作物为例）水力驱动带状喷灌机每次可实现一个双喷和一个单喷共同工作，所以共有三个喷头同时工作。玉米作物的行间距是04m，一个喷头可以灌溉4行作物，射程达7.5m，故水力驱动带状喷灌机的喷灌面积为：完成上述喷灌面积的喷灌大概需要10分钟的时间，1亩地=666，完成一亩地所需要的时间：目前，农

40、用车的发动机都在12马力左右，其在怠速条件下，所消耗的0#柴油为0.25时，0#柴油1升=0.86公斤，目前，0#柴油的市场价为5元升，所以完成一亩地的喷灌所需的油费为：按每户农户平均5亩地计算，每年灌溉两次，则一年的运行成本为22.5元，加上必要的维护费用，实际年运行费用为：按每户农户平均5亩地计算; 增产总值B=A( )D =3000（元）效益费用比：51.04按还本年限公式计算得出还本年限T=0.33结论 结果表明，水力驱动带状喷灌较其他喷灌节水，单人可操作且灵活度高，工程量小省工省力，增产效果明显。在相同农业技术措施条件下，没有喷灌的玉米亩产量350kg，而有喷灌的亩产量可达750kg

41、，按照市场玉米价格，可算出亩增产值为600元，按5亩地计算，总增产值可达3000元。按照效益费用比值的算法，上述分别用电动机或柴油机做动力机时，其效益费用比值可观，而且其还本时间均不到一年，所以水力驱动带状喷灌工程的兴建推广将会有良好的效益。参考文献1 陈学敏喷灌系统规划设计与管理M水利电力出版社1992年11月2 任致远农用水泵的使用与维护M人民邮电出版社2001年5月3 李玉莲，贺军钊节水农业工程技术M河南科学技术出版社2000年12月4 汪志农灌溉排水工程学M北京：中国农业出版社，20005 刘建德. 节水灌溉技术与应用M. 兰州大学出版社，2007年9月6 沈阳市政协经济委员会节水农业

42、M沈阳出版社2002年3月7 傅琳，董文楚，郑耀泉微灌工程技术指南M水利电力出版社1988年9月8 李英能节水农业新技术M江西科学技术出版社1998年12月9 张也影流体力学（第二版）M北京：高等教育出版社，199910 陈卓如工程流体力学（第二版）M北京：高等教育出版社，200411 郑耀泉，刘婴谷，金洪智，等喷灌微灌设备使用与维修M北京：中国农业出版社，200012 吴普特，牛文全，郝宏科现代高效节水灌溉设施M北京：化学工业出版社，200213 水利部农村水利司节水灌溉技术标准选编M北京：中国水利电力出版社，199814 增密：旱地玉米增产的“助推器”J. 山西：山西农民报 十一版 200

43、915 管道移动式喷灌系统经济效益分析J. 黑龙江水力科技 2001年第2期 16 水利部农村水利司. 管道输水工程技术M. 中国水利电力出版社 199817 喷灌技术J. 1995年1-4期. 中国科技论文统计用期刊 1995年18 陈大雕，林中卉. 喷灌技术M. 科学出版社 1992年第二版致谢在这次毕业论文中，承蒙陈振宇老师的热心指导和耐心的督促和深深的启迪，使我在次区间学到了很多的知识，给我所学的知识一个整体的梳理，从而了解自己的长处和短处，很大程度上拓宽了自己的知识面。在此特别对陈老师表示衷心的感谢！另外，由于自己的知识面不广，缺乏生产实践经验，再加上时间仓促，论文中难免存在一定的不

44、足与缺陷，请各位老师批评指导。付：外文翻译 电火花加工 电火花加工法对加工超韧性的导电材料（如新的太空合金）特别有价值。这些金属很难用常规方法加工，用常规的切削刀具不可能加工极其复杂的形状，电火花加工使之变得相对简单了。在金属切削工业中，这种加工方法正不断寻找新的应用领域。塑料工业已广泛使用这种方法，如在钢制模具上加工几乎是任何形状的模腔。 电火花加工法是一种受控制的金属切削技术，它使用电火花切除（侵蚀）工件上的多余金属，工件在切削后的形状与刀具（电极）相反。切削刀具用导电材料（通常是碳）制造。电极形状与所需型腔想匹配。工件与电极都浸在不导电的液体里，这种液体通常是轻润滑油。它应当是点的不良导

45、体或绝缘体。 用伺服机构是电极和工件间的保持0.00050.001英寸（0.010.02mm）的间隙，以阻止他们相互接触。频率为20000Hz左右的低电压大电流的直流电加到电极上，这些电脉冲引起火花，跳过电极与工件的见的不导电的液体间隙。在火花冲击的局部区域，产生了大量的热量，金属融化了，从工件表面喷出融化金属的小粒子。不断循环着的不导电的液体，将侵蚀下来的金属粒子带走，同时也有助于驱散火花产生的热量。 在最近几年，电火花加工的主要进步是降低了它加工后的表面粗糙度。用低的金属切除率时，表面粗糙度可达24vin.(0.050.10vin)。用高的金属切除率如高达15in3/h(245.8cm3/

46、h)时，表面粗糙度为1000vin.(25vm)。 需要的表面粗糙度的类型，决定了能使用的安培数,电容,频率和电压值。快速切除金属（粗切削）时，用大电流,低频率,高电容和最小的间隙电压。缓慢切除金属（精切削）和需获得高的表面光洁度时，用小电流,高频率,低电容和最高的间隙电压。 与常规机加工方法相比，电火花加工有许多优点。 1 . 不论硬度高低，只要是导电材料都能对其进行切削。对用常规方法极难切削的硬质合金和超韧性的太空合金，电火化加工特别有价值。 2 . 工件可在淬火状态下加工，因克服了由淬火引起的变形问题。 3 . 很容易将断在工件中的丝锥和钻头除。 4 . 由于刀具（电极）从未与工件接触过

47、，故工件中不会产生应力。 5 . 加工出的零件无毛刺。 6 . 薄而脆的工件很容易加工，且无毛刺。 7 . 对许多类型的工件，一般不需第二次精加工。 8 .随着金属的切除，伺服机构使电极自动向工件进给。 9 .一个人可同时操作几台电火花加工机床。 10.能相对容易地从实心坯料上，加工出常规方法不可能加工出来的极复杂的形状。 11.能用较低价格加工出较好的模具。12.可用冲头作电极，在阴模板上复制其形状，并留有必须的间隙。Electrical discharge machiningElectrical discharge machining has proved especially valua

48、ble in the machining of super-tough, electrically conductive materials such as the new space-age alloys. These metals would have been difficult to machine by conventional methods, but EDM has made it relatively simple to machine intricate shapes that would be impossible to produce with conventional

49、cutting tools. This machining process is continually finding further applications in the metal-cutting industry. It is being used extensively in the plastic industry to produce cavities of almost any shape in the steel molds. Electrical discharge machining is a controlled metal removal technique whe

50、reby an electric spark is used to cut (erode) the workpiece, which takes a shape opposite to that of the cutting tool or electrode. The cutting tool (electrode) is made from electrically conductive material, usually carbon. The electrode, made to the shape of the cavity required, and the workpiece a

51、re both submerged in a dielectric fluid, which is generally a light lubricating oil. This dielectric fluid should be a nonconductor (or poor conductor) of electricity. A servo mechanism maintains a gap of about 0.0005 to 0.001 in. (0.01 to 0.02 mm) between the electrode and the work, preventing them

52、 from coming into contact with each other. A direct current of low voltage and high amperage is delivered to the electrode at the rate of approximately 20 000 hertz (Hz). These electrical energy impulses become sparks which jump the dielectric fluid. Intense heat is created in the localized area of

53、the park impact, the metal melts and a small particle of molten metal is expelled from the surface of the workpiece . The dielectric fluid, which is constantly being circulated, carries away the eroded particles of metal and also assists in dissipating the heat caused by the spark.In the last few years, major advances have been made with regard to the surface finishes that can be produced. With the low metal removal rates, surface finishes of 2 to 4 um. (0.05 to 0.10um) are possible. With high metal removal