1、旋转式草坪喷灌喷头的设计电气工程及其自动化本 12.1 张潇文关键词：喷灌；喷头；旋转；摇臂式摘要：简单介绍国内外喷头的种类，重点介绍摇臂式喷头的特点及其旋转原理，采用驱动形式运动与如何控制喷头的射程，保证洒水均匀。正文：喷灌机又称人工降雨机。它具有节水、增产、保持土肥、适应性强等优点。下面我来介绍一下喷灌机中的喷头类型及其原理。喷头是将有压水喷射到空中的部件。喷头的射程大小同水的压力高低直接相关。低压喷头工作压力为 0.1 0.2兆帕，射程为 514米，又称近射程喷头；中压喷头工作压力为0.20.5兆帕，射程1440米，又称中射程喷头；高压喷头工作压力为0.50.8，射程在40米以上，又称远
2、射程喷头。常用的结构型式有单列和多列孔管式喷洒器,折射式、缝隙式和离心式固定喷头,以及摇臂式、叶轮式、垂直摆臂式、反作用式和全射流式旋转喷头等。现在国内外实用的喷头种类大概有以下几种：1.摇臂式喷头应用较广的一种。它是在喷管上方的摇臂轴上，套装一个前端设有偏流板（挡水板）和导流板的摇臂。压力水从喷管的喷嘴中喷出时,经偏流板冲击导流板,使摇臂产生切向运动力绕悬臂回转一角度，然后在扭力弹簧的作用下返回撞击喷管，使喷管转一角度如此反复进行,喷头即可作全圆周转动。如在喷头上加设限位装置和换向机构，使喷管在转动一定角度后换向转动，即可进行扇形喷灌。这种喷头结构简单。但在有风和安装不平的情况下，会由于转速
3、不匀而影响喷洒均匀度。在振动情况下运转不正常。适用于固定式中压喷灌系统。垂直摆臂式喷头利用水流冲击垂直摆臂前端的导流器时产生的反作用力使喷头作间歇旋转运动，摆臂靠其后端的配重回转。喷头转动一定角度后，靠轭架滚轮与限位器配合通过传动杆推拉喷嘴前方的反转臂，使其切入或离开喷嘴射流，迫使喷头迅速反转。这种喷头具有受力均衡、工作平衡可靠、射程较远、流量调节范围大等优点，使用日益广泛。但所需压力较高，结构较复杂。2. 全射流喷头利用射流元件的附壁效应，将喷嘴作为射流元件，使水流偏离喷嘴中心轴线，从而形成水流对喷头的反作用力矩，推动喷头旋转。用换向器开闭射流元件控制孔，即可切换水流使喷头反转，实现扇形喷灌
4、。步进式全射流喷头是用一个间歇机构控制射流元件，使水流间歇地由直射切换为瞬间的弯射状态，从而使喷头受到间歇的反作用力矩而作步进式的旋转运动。3. 折射式喷头使喷嘴射出的水流，射到散水锥上被击散成薄水层向四周折射。是一种结构简单，没有运动部件的固定式喷头。有外支架式、内支架式和扇形喷洒式等类型。压力较低，广泛用于苗圃、花园的固定式灌溉系统和半固定式喷灌系统的自走式喷灌机上。叶轮式喷头又称涡轮涡杆式喷头，是利用主喷管下方设置的副喷管射出的水流，冲击其前方的叶轮旋转，并带动喷头连续转动，通过换向机构实现扇形喷灌。这种喷头转速平稳，受风和振动的影响较小，但结构较复杂，成本较高。而本文主要介绍摇臂式喷头
5、。摇臂喷头是一种常用的露天场所喷灌设备，是灌溉设备中重要的灌水器。它是在喷管上方的摇臂轴上，套装一个前端设有偏流板（挡水板）和导流板的摇臂压力水从喷管的喷嘴中喷出时,经偏流板冲击导流板,使摇臂产生切向运动力绕悬臂回转一角度，然后在扭力弹簧的作用下返回并撞击喷管，使喷管转一角度,如此反复进行,喷头即可作全圆周转动。如在喷头上加设限位装置和换向机构，使喷管在转动一定角度后换向转动，即可进行扇形喷灌。适用于固定式中压喷灌系统。垂直摆臂式喷头 利用水流冲击垂直摆臂前端的导流器时产生的反作用力使喷头作间歇旋转运动，摆臂靠其后端的配重回转。喷头转动一定角度后，靠轭架滚轮与限位器配合通过传动杆推拉喷嘴前方的
6、反转臂，使其切入或离开喷嘴射流，迫使喷头迅速反转。这种喷头具有受力均衡、工作平衡可靠、射程较远、流量调节范围大等优点，使用日益广泛。但所需压力较高，结构较复杂。摇臂喷头广泛用于大田喷灌、露天苗圃、果菜园和园艺场等场所，是使用最广泛、性能最稳定的喷头之一。摇臂、转轴，保证喷头运转平稳，震动小，更耐化肥和农药腐蚀用于固定式、半固定式和移动式喷灌系统。 属于中远射程，采用水流撞击式驱动，工作稳定，H 型耐磨密封垫，弹簧保护盖和流道衬套，能防止砂粒和尘土进入及过度磨损，延长喷头寿命。侧面副喷嘴低角度，弥补近处水量分布，均匀度高。有全铜、锌合金和塑料三种材质。具有换向机构，可作全圆或任意扇形喷洒。减磨密
7、封圈，独特摇臂设计，寿命长，性能稳定。而摇臂式喷头的主要基本参数为：1.接口尺寸:1/2”外螺纹、3/4外螺纹、1”内螺纹 2.工作压力范围:150350kPa 3.流量:0.438.00m3/h 4.射程:9.522m。这就决定了它的工作性质只适合于小面积草地与大棚作业。怎样控制摇臂式喷头的射程而保证期洒水均匀呢？下面我来介绍一下：(1）启动阶段：射流经偏流板射向导流板后，转向60度120度，导流板得到射流的反作用力，使摇臂获得动能而向外摆动，绕摇臂轴转动，使摇臂弹簧扭转，得到扭力矩，此力矩小于射流反作用力矩，所以，摇臂得到角速度而脱离射流。(2）外摆阶段：惯性力使摇臂继续转动，直至摇臂张角
8、达到最大，从而得到最大的扭力矩，此时角速度转变为0，弹簧势能达到最大，即摇臂外摆的动能全部转化为弹簧的弹性势能。(3）弹回阶段：在弹簧扭力矩的作用下，弹簧的弹性势能逐步转化为摇臂的转动动能，摇臂开始往回摆，角速度不断地增加，直到摇臂将要切入射流。(4）入水阶段：具有最大转动动能的摇臂又重新进入射流，偏流板开始最先接受水流(导水板不受水） ，产生的反作用力使摇臂动能急剧增加，角速度变得越来越大。(5）撞击阶段：摇臂在回转惯性力和偏流导板切向附加力的作用下，以很大的角度开始碰撞喷管，使喷头转动3度5度，碰撞结束后，摇臂即完成了一个完整的旋转运动过程。在摩擦力矩的作用下，喷头很快静止停了下来。此后再继续重复上过程。喷头在未来的作用会继续增大，也会进一步优化完善，它的特点决定了它不会被时代所淘汰。以上就是我对喷头的个人看法。希望老师对文中的错误给予指正。参考文献：喷灌系统的论述及研究秦富冬风景园林工程孟兆祯 园林景观水景给排水设计施工手册田建林；张柏
