842 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究

842 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究,水力,驅(qū)動(dòng),帶狀,噴灌,機(jī)動(dòng)力,配置,方案,分析研究 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 1 -1 引言1.1 我國(guó)水資源的分布情況水是農(nóng)業(yè)發(fā)展的根基，干旱會(huì)嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致糧食減產(chǎn)。而我國(guó)的水資源并不豐富，尤其是北方地區(qū)，干旱比較嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)資料表明：我國(guó)多年平均降水量達(dá) 6.19 萬(wàn)億 m3，多年平均水資源總量約 2.8 萬(wàn)億 m3，地下水資源 0.82 萬(wàn)億 m3，兩者重復(fù)量為 0.73 萬(wàn)億 m3。我國(guó)的水資源總量雖在世界各國(guó)中排名第六，但人均占有量不足 2330 m3／年，只相當(dāng)于世界人均占有量的 22％，位居世界第 88 位；每公頃占有量?jī)H為 21600 m3／年，是世界平均值的 50％，總體上屬于水資源不豐富的國(guó)家。 [1]我國(guó)的水資源不僅不豐富，而且時(shí)空分布極不均勻。按照我國(guó)降水量多少的情況，可以把全國(guó)分為以下五個(gè)大區(qū)。1) 多水區(qū)：年降水量大于 1600mm 的地區(qū)。大致分布在我國(guó)東部沿海、華南沿海、云南的西部、西藏的東南部、臺(tái)灣的中部一帶。2) 濕潤(rùn)區(qū)：年降水量在 800～1600mm 之間的地區(qū)。大致包括秦嶺、淮河以南，長(zhǎng)江中、下游，云、貴、川和廣西自治區(qū)一帶。3) 半濕潤(rùn)區(qū)：年降水量在 400～800mm 之間的地區(qū)。包括黃、淮、海平原地區(qū)，陜西、山西和我國(guó)東北的大部，四川西部、西藏的東部地區(qū)。4) 半干旱區(qū)：年降水量在 200～400mm 之間的地區(qū)。包括我國(guó)東北的西部地區(qū)，內(nèi)蒙、寧夏、甘肅和的西北部地區(qū)。5) 干旱區(qū)：年降水量在 200mm 以下的地區(qū)。包括內(nèi)蒙、寧夏、甘肅的沙漠，青海的柴達(dá)木盆地，的塔里木、準(zhǔn)噶爾盆地等地區(qū)。我國(guó)降水量分布的總趨勢(shì)，是由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減的。與我國(guó)耕地的分布狀況很不一致，形成了南方水多地少的水土資源組合很不協(xié)調(diào)的格局。例如：長(zhǎng)江以南地區(qū)，耕地面積僅占全國(guó)耕地面積的 36％，而其河川徑流量占全國(guó)總徑流的 83％；淮河及其以北地區(qū)，耕地面積占全國(guó)的 64％，而其河川徑流量?jī)H占全國(guó)總徑流的17％。其中黃、淮、海、遼四個(gè)流域內(nèi)的耕地面積占全國(guó)的 40％，但其河川徑流量?jī)H占全 國(guó)總徑流的 7％。降水和徑流的地區(qū)分布不均勻性，尤其是水、土資源的組合很不協(xié)調(diào)、很不平衡，也是我國(guó)水資源的自然特點(diǎn)之一。 蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 2 -我國(guó)的水資源分布和人口的分布也不一致，人均和每公頃年占有的水資源量相差很大。每公頃年水量和人均年水量都以海河流域?yàn)樽畹停幻抗暷晁恳哉?、閩片為最高；人均年水量以珠江流域?yàn)樽罡摺拿抗暷晁縼?lái)看，海河流域同浙、閩片相比，相差達(dá) 22.7 倍；從人均水量來(lái)看，海河流域同珠江流域相比，相差達(dá)到 12.9 倍 [2]。所以，水資源量的每公頃分配和人均分配的地區(qū)差別很大，是我國(guó)水資源的又一自然特點(diǎn)。因此發(fā)展節(jié)水灌溉對(duì)我國(guó)非常重要。1.2 我國(guó)節(jié)水灌溉的發(fā)展?fàn)顩r新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)在節(jié)水灌溉技術(shù)的研究推廣、節(jié)水灌溉設(shè)備的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)、節(jié)水示范工程的建設(shè)、節(jié)水灌溉服務(wù)體系的建立等方面做了大量的工作，取得了較為顯著的成績(jī)。20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始進(jìn)行節(jié)水灌溉技術(shù)試驗(yàn)研究；20 世紀(jì) 70 年代大面積推廣應(yīng)用渠道防滲、畦田改造；20 世紀(jì) 80 年代大面積推廣低壓管道輸水并大范圍進(jìn)行噴灌、滴灌、微噴等先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的試點(diǎn)示范；20 世紀(jì) 90 年代節(jié)水灌溉全面推廣普及，節(jié)水灌溉技術(shù)水平越來(lái)越先進(jìn)，工程標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，推廣范圍越來(lái)越廣。到1998 年底，全國(guó)共建成各類(lèi)節(jié)水灌溉工程的總面積達(dá) 0.152 億 hm2，其中噴灌、滴灌和微噴面積 173.3 萬(wàn) hm2，管道輸水灌溉面積 520 萬(wàn) hm2，渠道防滲面積 826.7 萬(wàn) hm2。此外，還有水稻節(jié)水灌溉和坐水種等非工程面積 0.133 多億 hm2，在多年的實(shí)踐探索中，各地摸索總結(jié)出了一套適合各自特色的節(jié)水灌溉技術(shù)與方法。包括各種渠道防滲和管道輸水技術(shù)；適合小麥、玉米等大田使用的管式、卷盤(pán)式、時(shí)針式移動(dòng)噴灌以及常規(guī)的土地平整溝畦灌；適合棉花、蔬菜和果樹(shù)等經(jīng)濟(jì)作物使用的滴灌、微噴灌、膜下滴灌、自壓滴灌、滲灌等技術(shù)；南方水田的控制灌溉技術(shù)和園田化建設(shè)；西北干旱、半干旱地區(qū)的雨水集流、窖水滴灌技術(shù)；東北、西北等干旱地區(qū)的“坐水種” 、 “旱地龍” 、保水劑等抗旱措施。節(jié)水灌溉在全國(guó)迅速推廣普及，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！熬盼濉逼陂g是我國(guó)節(jié)水灌溉發(fā)展最迅速、最富有成效的時(shí)期。 “九五”期間，國(guó)家加大了資金投入，全國(guó)用于發(fā)展節(jié)水灌溉的資金約 430 億元。投入的加大，促進(jìn)了節(jié)水灌溉的發(fā)展。在此期間，國(guó)家有關(guān)部門(mén)組織實(shí)施了 300 個(gè)節(jié)水增產(chǎn)重點(diǎn)縣和節(jié)水型井灌區(qū)建設(shè)以及 12 個(gè)節(jié)水灌溉示范市建設(shè)，對(duì)全國(guó) 402 個(gè)大型灌區(qū)中的 208 個(gè)進(jìn)行以節(jié)水為中心的續(xù)建配套和技術(shù)改造，興建了 668 個(gè)國(guó)家級(jí)節(jié)水增效示范區(qū)。在眾多山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 3 -示范項(xiàng)目的帶動(dòng)下， “九五”期間全國(guó)新增節(jié)水灌溉工程面積 766.67 萬(wàn) hm2 (1.15 億畝)，其中：噴、微灌面積 159 萬(wàn) hm2，渠道防滲灌溉面積 423 萬(wàn) hm2，管道輸水灌溉面積 184．4 萬(wàn) hm2。到 2000 年底，全國(guó)節(jié)水灌溉工程面積累計(jì)達(dá)到 1667 萬(wàn) hm2 (2.5 億畝)，占全國(guó)有效灌溉面積(8.25 億畝)的 30％。此外，與工程措施配合的各種形式的非工程節(jié)水措施面積已達(dá) 0.167 億 hm2，其中“薄、淺、濕、曬”水稻控制灌溉面積 0.08 億 hm2，行走式抗旱節(jié)水播種、坐水種等0.087 億 hm2。節(jié)水灌溉的普及，取得了顯著的節(jié)水效果，用水效率大幅度提高，抗旱能力大大增強(qiáng)，為我國(guó)糧食生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)。1995 年，全國(guó)糧食產(chǎn)量是 4665 億 kg，到 1998 年，生產(chǎn)能力增長(zhǎng)到 5000 億 kg，凈增 335 億 kg。2000 年，農(nóng)村水利突出節(jié)水灌溉工程及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)村水利現(xiàn)代化試點(diǎn)示范工程建設(shè)等。大型灌區(qū)以節(jié)水為中心進(jìn)行續(xù)建配套節(jié)水改造，推廣噴滴灌等先進(jìn)技術(shù)與改進(jìn)傳統(tǒng)地面灌水方法相結(jié)合。農(nóng)田水利建設(shè)進(jìn)一步加強(qiáng)，有效灌溉面積有所擴(kuò)大，全年新增 132.5 萬(wàn) hm2，累計(jì)達(dá)到 5500 萬(wàn)hm2(8.25 億畝)。節(jié)水灌溉面積新增 133.3 萬(wàn) hm2，累計(jì)達(dá)到 1667 萬(wàn) hm2 (2.5 億畝)。灌溉事業(yè)的發(fā)展，為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)創(chuàng)造了條件。1.3 噴灌的技術(shù)特點(diǎn)噴灌是利用水泵加壓或自然落差將水通過(guò)壓力管道送到田間，經(jīng)噴頭噴射到空中，形成細(xì)小的水滴，均勻噴灑在土壤上，為作物正常生長(zhǎng)提供必要水分條件的一種先進(jìn)灌水方法。噴灌技術(shù)與傳統(tǒng)的地面灌溉相比，噴灌灌水均勻、節(jié)水、增產(chǎn)、省力、節(jié)地、適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)還可以調(diào)節(jié)田間小氣候、防止干熱風(fēng)和霜凍對(duì)作物的傷害，可廣泛地應(yīng)用于除水稻外的大田作物以及果樹(shù)等。噴灌有多種形式，不同的噴灌形式適應(yīng)不同的場(chǎng)合，發(fā)展噴灌要因地制宜，才能充分發(fā)揮其節(jié)水和增產(chǎn)效果。噴灌是壓力水流通過(guò)管道送到田間，經(jīng)噴頭噴射到空中，形成細(xì)小的水滴，均勻噴灑在農(nóng)田上，為作物正常生長(zhǎng)提供必要水分條件，在合理布置噴灑點(diǎn)的位置的情況下，能使田塊內(nèi)各處土壤濕潤(rùn)深度及土壤含水量大體相近。與傳統(tǒng)的地面灌水方法相比，噴灌具有明顯的特點(diǎn)。(一)噴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1) 節(jié)水效果顯著蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 4 -噴灌通常采用管道灌輸水、配水，輸水損失很小，噴灌可以根據(jù)作物需水的狀況，適時(shí)適量地灌水，一般不產(chǎn)生深層滲漏和地面徑流，水的有效利用率可達(dá) 80％以上。噴灌與地面灌溉相比，比明渠輸水灌溉省水 30％～50％。在透水性強(qiáng)、保水能力差的土地，省水可達(dá) 70％以上。噴灌是利用噴頭直接將水比較均勻地噴灑到作物面上的，能夠很好地控制噴水強(qiáng)度、灌水量和灌水均勻度。噴水后地面濕潤(rùn)比較均勻，通常灌水均勻度可達(dá) 80％～85％。2) 提高農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)品品質(zhì)由于噴灌能?chē)?yán)格控制土壤水分、保持肥力，噴灌對(duì)增加農(nóng)作物產(chǎn)量的作用是多方面的。首先，噴灌可以控制噴灑時(shí)間或噴灑速度，適時(shí)適量地滿足農(nóng)作物對(duì)水分的要求，這對(duì)于精細(xì)控制土壤水分，保持土壤肥力，保護(hù)土地表層的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，促進(jìn)作物根系在淺層發(fā)育，以充分利用土壤表層養(yǎng)分以及適應(yīng)換茬時(shí)，兩種作物對(duì)水分的不同要求極為有利。噴灌時(shí)灌溉水像降雨一樣濕潤(rùn)土壤，不破壞土壤結(jié)構(gòu)，為作物根系生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的土壤、水分環(huán)境；可以根據(jù)供水條件和作物需水的規(guī)律進(jìn)行精確供水。噴灌還可以調(diào)節(jié)田間小氣候，增加近地層空氣濕度，調(diào)節(jié)溫度和晝夜溫差，避免干熱風(fēng)、霜凍對(duì)作物的危害，可顯著提高水果、蔬菜、茶葉、煙草等經(jīng)濟(jì)作物的品質(zhì)。在高溫季節(jié)可以起到降溫的作用，并能沖掉作物莖葉上的塵土，有利于作物的呼吸和光合作用，有效地改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，有明顯的增產(chǎn)效果。與傳統(tǒng)地面灌溉相比，采用噴灌的糧食作物增產(chǎn) 10％～20%，經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn) 20％～30％，果樹(shù)增產(chǎn)10％～20％，蔬菜增產(chǎn) 1～2 倍。3) 提高耕地利用率噴灌可以大大減少田間內(nèi)部溝渠、田埂的占地，增加了實(shí)際播種面積，可提高耕地利用率 7％～15％。這對(duì)于單產(chǎn)較高的小麥等條播作物進(jìn)一步提高產(chǎn)量效果十分明顯。4) 對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)，可避免土壤鹽堿化噴灌可用于各種類(lèi)型的土壤和作物，受地形條件的限制小。例如，在砂土地或地形坡度較大、高低起伏不平的地面也可以采用噴灌。在地下水位高的地區(qū)，地面灌溉使土壤層過(guò)濕，易引起土壤鹽堿化，用噴灌來(lái)調(diào)節(jié)上層土壤的水分狀況，可避免過(guò)量灌溉造成的鹽堿化。由于噴灌對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)，可以大大減少對(duì)田間渠系建設(shè)及管理維護(hù)，節(jié)省大量農(nóng)田地面平整的工程量。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 5 -5) 噴灌設(shè)備品種齊全，能滿足各方面的需要噴灌系統(tǒng)裝備組成及其可移動(dòng)程度分為固定式、半固定式、移動(dòng)式、定點(diǎn)噴灑機(jī)組及行走噴灑機(jī)組幾種。固定式噴灌系統(tǒng)除噴頭外，其他設(shè)備固定不動(dòng)。其特點(diǎn)是使用方便，但用材量及投資大，豎管對(duì)機(jī)械田間作業(yè)有影響；半固定式噴灌系統(tǒng)噴頭、支管可以移動(dòng)，其他部分固定，其特點(diǎn)是工程占地少，用料及投資較省，但作業(yè)時(shí)易損害莊稼，操作費(fèi)事，此噴灌系統(tǒng)由于適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)方式，因而在噴灌面積中所占比例最大；移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)其設(shè)備都可移動(dòng)，其特點(diǎn)為用材少、投資省、使用靈活、占地少，但勞動(dòng)強(qiáng)度大、易損壞莊稼，此種系統(tǒng)在部分平原地區(qū)噴灌工程中占相當(dāng)比例；定點(diǎn)噴灑機(jī)組工作時(shí)，沿給水點(diǎn)定點(diǎn)噴灑，其特點(diǎn)為用材和投資少，便于綜合利用，但機(jī)組移動(dòng)困難，工程占地較多，噴灑質(zhì)量不夠理想，此機(jī)組在山區(qū)、水田地區(qū)使用較多；行走噴灑機(jī)組可自行行走，在走中噴灑，其作業(yè)質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較多，要求地塊必須規(guī)整，且坡度不能太大，主要用于有一定規(guī)模的農(nóng)場(chǎng)。而小型行走式噴灌機(jī)組具有體積小，質(zhì)量輕，攜帶方便的特點(diǎn)，適合我國(guó)目前一家一戶的灌溉需要。6) 噴灌可節(jié)省勞動(dòng)力噴灌能在世界范圍內(nèi)得以迅速發(fā)展的原因之一，是為了提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率。我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)正在向集約化、規(guī)?；较虬l(fā)展，同樣面臨著提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的問(wèn)題。噴灌系統(tǒng)的機(jī)械化程度高，可以大大降低灌水勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，免去年年修筑田埂和田間溝渠的重復(fù)勞動(dòng)，節(jié)省大量的勞動(dòng)力。各種噴灌機(jī)組可以提高工效20～30 倍。7) 噴灌適合于大面積灌溉、農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作技術(shù)集成的配套與實(shí)施噴灌是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不可缺少的節(jié)水灌溉技術(shù)。(二)噴灌技術(shù)的缺點(diǎn)1) 抗風(fēng)能力差在進(jìn)行噴灌作業(yè)時(shí)，噴出的水滴受風(fēng)力的影響，會(huì)改變水舌的形狀和噴射距離，使小水滴沿著風(fēng)向飄落，改變了各方向的射程和水量分布，出現(xiàn)噴灑不均勻和漏噴等現(xiàn)象。為滿足灌溉的需要，只有增加灌水量。因此，通常在 3～4 級(jí)以上風(fēng)力時(shí)應(yīng)停止噴灌。2) 蒸發(fā)損失大蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 6 -由于水噴灑到空中，比地面灌溉時(shí)的蒸發(fā)量大。尤其在干旱季節(jié)，空氣相對(duì)濕度較低，蒸發(fā)更大，在水滴降落到地面之前，將會(huì)蒸發(fā)掉 10％。因此，為避免蒸發(fā)對(duì)水資源造成的浪費(fèi)，可以改在夜間進(jìn)行噴灌。3) 消耗能源地面灌溉只要將水通過(guò)渠道或管道送到地頭即可實(shí)現(xiàn)自流灌，噴灌則要利用水的壓力，使水流破碎成水滴，噴灑到規(guī)定范圍內(nèi)。對(duì)于行走式噴灌機(jī)，還需要有一定的動(dòng)力進(jìn)行牽引，這些都需要多消耗一部分能源。4) 可能出現(xiàn)土壤底層濕潤(rùn)不足的問(wèn)題在噴灌強(qiáng)度過(guò)大，土壤入滲能力低的情況下，會(huì)出現(xiàn)土壤表層很濕潤(rùn)而底層濕潤(rùn)不足的問(wèn)題。采用低強(qiáng)度噴灌，使噴灌強(qiáng)度低于土壤入滲速度，并延長(zhǎng)噴灌時(shí)間，可使灌溉水分滲入到下層土壤，且不產(chǎn)生地面積水和徑流。此外，由于噴灌系統(tǒng)的工作壓力較高，對(duì)其配套的基礎(chǔ)設(shè)施也有較高的耐壓要求，這就使得基礎(chǔ)設(shè)施的投資比較大。如固定管道式噴灌系統(tǒng) 13500～18000 元／hm 2；半固定管道式噴灌系統(tǒng) 4500～6750 元／hm 2；卷盤(pán)式噴灌機(jī)約 4500 元／hm 2；大型機(jī)組約6000／hm 2。這也是當(dāng)前制約噴灌發(fā)展的主要因素之一。經(jīng)過(guò)多方面的調(diào)查研究,綜合考慮各種因素，針對(duì)干旱地區(qū)缺水情況,研制開(kāi)發(fā)了水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)，它是利用噴灌技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的。它基本上能適應(yīng)我們國(guó)家農(nóng)村一家一戶的需求，它比傳統(tǒng)的圓形噴頭在性能上更加完善,圓形噴頭全圓周式噴灑，噴灌以后，噴頭周?chē)寥廊繚駶?rùn)，噴頭難以移動(dòng)，且噴灌不均勻、耗水量大、對(duì)作物的打擊力大；其次圓形噴頭在實(shí)際使用中，經(jīng)濟(jì)投入大，農(nóng)民支付困難，農(nóng)村難以推廣。而水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)比較經(jīng)濟(jì)，能夠適應(yīng)干旱的山地或丘陵地帶進(jìn)行補(bǔ)水，節(jié)水性能好。由于它是一個(gè)新事物，可能存在許多問(wèn)題，必須對(duì)新型水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。因此首先要進(jìn)行水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究。2 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)及其動(dòng)力部分的研究綜合考慮各種因素，針對(duì)干旱地區(qū)缺水情況,研制開(kāi)發(fā)了水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)，更好地解決我國(guó)缺水的農(nóng)業(yè)耕作環(huán)境與水分大量節(jié)約相適應(yīng)，更加適合中國(guó)特色的個(gè)體小范圍農(nóng)業(yè)的需求。但要使水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)正常的發(fā)揮其功能，首先要考慮的就是動(dòng)力部分的設(shè)計(jì)和匹配問(wèn)題。沒(méi)有動(dòng)力就談不上噴灌，因此，這是非常必要首先研山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 7 -究的問(wèn)題。2.1 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)的產(chǎn)生及其所具有的優(yōu)勢(shì)噴灌適宜于各種情況下的土地，不要求地面平整?？捎糜诘匦螐?fù)雜、土壤透水性大等地面灌溉有困難的地方。噴灌比地面灌溉可節(jié)省水 30%～50%，但噴灌要求有一定的機(jī)械設(shè)備和動(dòng)力，投資較大，技術(shù)也較復(fù)雜。微灌可根據(jù)作物情況進(jìn)行全部或局部濕潤(rùn)灌溉，局部灌溉只濕潤(rùn)作物附近的一部分土壤，它比噴灌更省水。還有目前發(fā)明的新灌溉技術(shù)，如低壓管道灌溉、節(jié)水型地面灌溉等等。水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌系統(tǒng)是針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀，對(duì)于一些缺電，少水能源不足的農(nóng)業(yè)發(fā)展地區(qū)采用的一種符合現(xiàn)在農(nóng)民生產(chǎn)方式的一種先進(jìn)的生產(chǎn)工具，對(duì)我國(guó)水資源的保護(hù)，和我國(guó)節(jié)水灌溉政策的推進(jìn)和發(fā)展將會(huì)發(fā)揮巨大的推動(dòng)作用。該系統(tǒng)充分利用農(nóng)村大量保有的拖拉機(jī)或農(nóng)用三輪車(chē)作為動(dòng)力，配套賦予一定技術(shù)含量的簡(jiǎn)單廉價(jià)噴農(nóng)藥機(jī)具，綜合噴灌、噴農(nóng)藥、施肥等多種功能，在作物播種前施行人造底墑、作物苗期和關(guān)鍵生長(zhǎng)期進(jìn)行局部灌溉的有中國(guó)特色的節(jié)水灌溉系統(tǒng)。對(duì)于我國(guó)不同的地區(qū)，采用不同的方式，比如在一些基礎(chǔ)設(shè)施較好，便于用電的地區(qū)就采用電機(jī)作為動(dòng)力的噴灌系統(tǒng)，對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施比較落后的地區(qū)，比如西部地區(qū)，電力設(shè)施不發(fā)達(dá)，田間地頭用電不方便，就采用柴油機(jī)作為動(dòng)力，對(duì)于一些農(nóng)戶有其他噴灌設(shè)施的，也可以換接噴頭使用我們的產(chǎn)品，達(dá)到了通用性，適用性，和靈活性的結(jié)合。水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌系統(tǒng)具有投資及運(yùn)行費(fèi)用低、適應(yīng)能力強(qiáng)、噴灌均勻度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便等特點(diǎn)，符合我國(guó)當(dāng)前的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)體制和農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)規(guī)模，在抵御干旱威脅、提高水資源的利用率和土地產(chǎn)出率、增加農(nóng)民收入等方面，能夠發(fā)揮巨大的作用，具有可觀的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。2.2 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力組成元件水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力組成元件較為簡(jiǎn)單，總的來(lái)說(shuō)，采用由電動(dòng)機(jī)或者柴油機(jī)（汽油機(jī)）通過(guò)帶傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)柱塞泵運(yùn)動(dòng)，達(dá)到吸水與噴水要求的兩種模式。 （如圖1 和圖 2 所示）蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 8 -電 動(dòng) 機(jī) 柱 塞 泵圖 1 電動(dòng)機(jī)與柱塞泵的匹配示意圖柴 油 機(jī) 柱 塞 泵圖 2 柴油機(jī)與柱塞泵的匹配示意圖2.3 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力組成元件之間的匹配問(wèn)題要實(shí)現(xiàn)整個(gè)噴水灌溉過(guò)程，必須使電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)等動(dòng)力設(shè)備在不超過(guò)負(fù)荷的情況下帶動(dòng)柱塞泵進(jìn)行工作。這就要求動(dòng)力設(shè)施的額定功率、轉(zhuǎn)速要與柱塞泵的功率、轉(zhuǎn)速之間有適當(dāng)?shù)呐浜?。一般?lái)說(shuō)，動(dòng)力設(shè)備的功率只有大于柱塞泵的功率時(shí)才能實(shí)現(xiàn)其正常工作。相反，如果柱塞泵轉(zhuǎn)動(dòng)需要的功率大于輸入功率時(shí)，則出現(xiàn)不能正常工作或者根本帶不動(dòng)其隨之運(yùn)動(dòng)的情況。更有甚者將燒壞電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備。由此可見(jiàn)，首先要選擇好合適的電動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)）與柱塞泵。二者的運(yùn)動(dòng)情況是，電動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)）的轉(zhuǎn)速一般較高，當(dāng)動(dòng)力傳到柱塞泵的時(shí)候常要降低轉(zhuǎn)速，所以我們可以直接看出動(dòng)力設(shè)備的輪徑小于泵的輸入輪徑。中間一般通過(guò)皮帶進(jìn)行連接。帶傳動(dòng)是使用最多的撓性傳動(dòng)，它的種類(lèi)很多，包括 V 帶、平帶、同步帶等。用于兩軸之間距離較大，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合。帶傳動(dòng)工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，但傳動(dòng)有一定的誤差，不適宜要求傳動(dòng)比精確的工作，這點(diǎn)我們這里可以忽略。在進(jìn)行帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意合理選擇其主要參數(shù)，帶輪受力比齒輪小，轉(zhuǎn)速較高，因而其輪緣和輪幅的形狀尺寸與齒輪不同。為了使傳動(dòng)帶有較長(zhǎng)的使用壽命，其表面應(yīng)足夠光滑。但是傳動(dòng)帶的壽命還是比較短的，在一般使用情況下，壽命只有幾個(gè)月，因此更換傳動(dòng)帶應(yīng)十分方便。為了加大帶輪包角，或保持初張力，使用張緊輪，張緊輪的位置、尺寸、直徑等也是帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 9 -3 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力裝置的安裝配置方案水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力方面的優(yōu)點(diǎn)之一就是其具有很強(qiáng)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。靈活性在于動(dòng)力裝置既可以在有電的情況下使用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，也可以在缺電的情況下借助柴油（汽油）機(jī)來(lái)輸送動(dòng)力。經(jīng)濟(jì)性在于用于噴灌的動(dòng)力設(shè)施在農(nóng)村幾乎處處可見(jiàn)。對(duì)于農(nóng)民來(lái)說(shuō)，這種噴灌機(jī)械較為劃算，所以容易被接受和推廣。在整個(gè)水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，有大量的試驗(yàn)過(guò)程，也針對(duì)不同的情況做了大量的試驗(yàn)。為了方便，在實(shí)驗(yàn)室使用的是電動(dòng)機(jī)；對(duì)于農(nóng)村使用，一般常為拖拉機(jī)或農(nóng)用三輪車(chē)上的柴油機(jī)。無(wú)論選用什么動(dòng)力源，均要使柱塞泵達(dá)到一定的壓力后才能正常的噴水。這個(gè)壓力不是隨便選定的，是通過(guò)對(duì)不同泵的分析及大量試驗(yàn)確定下來(lái)的。如果噴水壓力過(guò)小，會(huì)造成噴水距離短且沖擊力小，不容易使噴頭附近的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)；如果壓力過(guò)大，又會(huì)出現(xiàn)噴出的水霧化嚴(yán)重，這不僅消耗了過(guò)多動(dòng)力，在一些干旱多風(fēng)地區(qū)，直接影響了噴灌效果，所以更行不通。為此，針對(duì)動(dòng)力源的不同，可有多種不同的安裝方案，詳細(xì)如下。3.1 電動(dòng)機(jī)與柱塞泵的匹配問(wèn)題這種方案在用電條件方便的情況下多用，也是我們實(shí)際試驗(yàn)的方案，如圖 3 所示。電 動(dòng) 機(jī)壓 縮 機(jī) 為 進(jìn) 水 管2為 噴 水 管3為 回 水 管4為 皮 帶1—進(jìn)水管 2—噴水管 3—回水管 4—皮帶圖 3 電動(dòng)機(jī)與柱塞泵的匹配蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 10 -由圖 3 可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)與柱塞泵的相對(duì)位置。具體方案和運(yùn)轉(zhuǎn)效率如下。3.1.1 所選電動(dòng)機(jī)與柱塞泵的參數(shù)表 1 3WZB—40 三缸柱塞泵噴霧 送水800 回轉(zhuǎn)數(shù) RPM 120028~30 吸水量 L/MIN 40~4515~35 工作壓力 102~3 所需功率 HP 1.5~2表 2 三相異步電動(dòng)機(jī)3.1.2 計(jì)算選定已知： =115mm =230mm =2880r/vminD電 動(dòng) 機(jī) D泵 n電 動(dòng) 機(jī)其中： —電動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出輪的直徑電 動(dòng) 機(jī)—柱塞泵動(dòng)力輸入輪的直徑泵—電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸入輪的轉(zhuǎn)速n電 動(dòng) 機(jī)（1）狀態(tài)判定由角速度和轉(zhuǎn)速的公式：=2 ?。?） ?n?電動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入輪的角速度為：型號(hào) Y100L—2接法 Y額定轉(zhuǎn)速 2880r/min額定電壓 380V額定功率 3KW山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 11 -= =301.44（rad/s）2n???電 動(dòng) 機(jī) 電 動(dòng) 機(jī) 2803.146?電動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入輪的線速度為：3301.44 =17.333（m/s）VR電 動(dòng) 機(jī) 電 動(dòng) 機(jī) 電 動(dòng) 機(jī) 52?31?由于電動(dòng)機(jī)和柱塞泵之間是靠皮帶進(jìn)行連接與傳動(dòng)的，可知 =V電 動(dòng) 機(jī) 柱 塞 泵則：柱塞泵動(dòng)力輸入輪的角速度為：= = =150.72（rad/s）?柱 塞 泵 VR電 動(dòng) 機(jī)柱 塞 泵 317.50??柱塞泵動(dòng)力輸入輪的轉(zhuǎn)速為：= = =24.00（r/s）n柱 塞 泵 2?柱 塞 泵 1.734?即 =1400 r/min柱 塞 泵由表 1 可判定，在此情況下，柱塞泵為送水狀態(tài)，符合要求。（2）效率計(jì)算通過(guò)大量試驗(yàn)，我們?cè)囼?yàn)了多組數(shù)據(jù)，包括壓力和噴孔直徑等等。發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力過(guò)大或者過(guò)小的時(shí)候，要不水柱的霧化現(xiàn)象嚴(yán)重，要不就是噴水的距離過(guò)近，都不能高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)整個(gè)噴灌過(guò)程。噴頭噴孔直徑的大小也是如此。最終確定了一個(gè)合適的值，即：當(dāng)正常工作下噴水壓力為 0.4MPa，噴孔直徑為 2.8mm 時(shí)，噴灌機(jī)工作的的質(zhì)量最高。所以下面的計(jì)算均圍繞這個(gè)壓力展開(kāi)。表 3 就不同噴孔的大小，對(duì)流量做了較為具體的統(tǒng)計(jì)。表 3 不同噴孔直徑下的流量噴孔直徑 （mm ）?流量 3/min?（ ）1.5 3.8?102 4.8 3?2.5 5.7蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 12 -2.8 6.0 ?310?3 6.33.5 7.1 310?由流體力學(xué)知識(shí)可知，流體的功率等于其壓力與流量的乘積。即：PQ??功 率 壓 力（2）其中： —柱塞泵的有用功率P功 率—柱塞泵正常噴水時(shí)達(dá)到的壓力值壓 力Q—通過(guò)柱塞泵正常噴水時(shí)所通過(guò)水流的流量計(jì)算時(shí)安兩噴頭的情況來(lái)定：當(dāng) =1.5mm 時(shí)，柱塞泵的有用功率為：?= 0.4 2 = 50.6（W） P??功 率 壓 力 ?6103.83??由上可知柱塞泵的總功率為 1.5 馬力為 1102.5 瓦所以根據(jù)效率計(jì)算公式：100% （3）P??功 率總 ?式中 ： —柱塞泵的噴水效率?—柱塞泵的總功率P總—柱塞泵的有用功率功 率即： 100% = 100%= 9.0%P??功 率總 ?25.3410?當(dāng) =2mm 時(shí)，柱塞泵的有用功率為：?=0.4 =64（W ）Q??功 率 壓 力 ?64.83031?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 13 -所以效率為： 100%= 100%= 11.6 %P??功 率總 ?64210.5?當(dāng) =2.5mm 時(shí)，柱塞泵的有用功率為：?=0.4 =76（W） PQ??功 率 壓 力 ?6.73031?所以效率為： 100%= 100%= 13.6%?功 率總 21.5當(dāng) =2.8mm 時(shí)，柱塞泵的有用功率為：?=0.4 = 80（W）PQ??功 率 壓 力 ?60331?所以效率為： 100%= 100%= 14.4 %?功 率總 821.5當(dāng) =3mm 時(shí)， 柱塞泵的有用功率為：?=0.4 = 84（W）PQ??功 率 壓 力 ?60.3?310?所以效率為： 100%= 100%= 15.2%?功 率總 842.5當(dāng) =3.5mm 時(shí)，柱塞泵的有用功率為：?=0.4 = 94.6（W）PQ??功 率 壓 力 ?6107.33?所以效率為： 100%= 100%= 17.2%?功 率總 94.25上述即為不同噴孔直徑下的各種效率。從結(jié)果可以看出，流量的大小在壓力一定的情況下直接影響著效率的數(shù)值，所以從提高效率的角度來(lái)看，噴孔的直徑不能做的過(guò)于小。而且，適當(dāng)?shù)臏p少回水的大小可以提高柱塞泵的有用功率。從本試驗(yàn)可以得出，如果在允許的條件下接更多的噴頭可以更大的節(jié)省動(dòng)力，從而提高工作效率。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得知，當(dāng)噴孔直徑為 2.8mm 時(shí)，噴水的質(zhì)量最高。如果按要求將泵的工作效率定在60%，則可以接 8 個(gè)噴頭來(lái)滿足使用要求。3.2 柴油機(jī)與柱塞泵的匹配方案蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 14 -在農(nóng)村，拖拉機(jī)、農(nóng)用三輪車(chē)的使用較為廣泛。因此，利用這些機(jī)械上的柴油機(jī)與柱塞泵相匹配的動(dòng)力方案受到了農(nóng)民的普遍接受。同時(shí)也由于農(nóng)用動(dòng)力機(jī)械種類(lèi)繁多，所以針對(duì)不同的情況有多種分析和設(shè)計(jì)方法。3.2.1 拖拉機(jī)上的柴油機(jī)與柱塞泵的匹配方案研究拖拉機(jī)上的柴油機(jī)與柱塞泵的匹配方案具有突出的意義。因?yàn)槠漶R力大，價(jià)格便宜，即具有性價(jià)比高的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，廣泛運(yùn)用于農(nóng)村及山區(qū)丘陵地帶。所以很有必要作為重點(diǎn)來(lái)分析。為了更好的說(shuō)明匹配方案，分別對(duì)兩種拖拉機(jī)進(jìn)行分析和比較，具體如下：3.2.1.1 與手扶拖拉機(jī)的匹配方案在手扶拖拉機(jī)的機(jī)體上方焊一鐵架，當(dāng)使用時(shí)，將用于匹配的柱塞泵置于其中，并用螺釘進(jìn)行緊固，然后再用皮帶進(jìn)行連接即可。如圖 41—柱塞泵 2—傳動(dòng)帶 3—柴油機(jī)圖 4 手扶拖拉機(jī)與柱塞泵的匹配示意圖（1）所選柴油機(jī)與柱塞泵的參數(shù)確定。如表 4 和表 5（2）選擇計(jì)算由于水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)多用于噴所謂的“救命水” ，故選動(dòng)力為 1 小時(shí)的情況較為合理。具體數(shù)據(jù)： =90mm， =180mm， =3000 轉(zhuǎn)/ 分D柴 油 機(jī) 柱 塞 泵 n柴 油 機(jī)其中： —柴油機(jī)動(dòng)力輸出輪的直徑柴 油 機(jī)—柱塞泵動(dòng)力輸入輪的直徑柱 塞 泵—柴油機(jī)動(dòng)力輸出輪的轉(zhuǎn)速n柴 油 機(jī)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 15 -表 4 3WZB—25B 型三缸柱塞泵出水量（L/min） 壓力（ ）3/kgcm噴霧 送水 噴霧 送水轉(zhuǎn)速/分 吸水量/分 轉(zhuǎn)速/分 吸水量/分 最高 最低800 14 1400 25 35 21 10① 狀態(tài)確定表 5 柴油機(jī)參數(shù) 情況 功率（千瓦） 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）1 小時(shí) 3.82（ 5.2 馬力） 3000 12 小時(shí) 3.46（ 4.7 馬力） 3000 柴油機(jī)動(dòng)力輸出輪的角速度為：=2 =2 3.14 =314（rad/s）?柴 油 機(jī) ?n柴 油 機(jī) ?306由線速度和角速度的公式= V柴 油 機(jī) ?柴 油 機(jī) ?R柴 油 機(jī)（4）其中： —柴油機(jī)的動(dòng)力輸出輪線速度V柴 油 機(jī)—柴油機(jī)的動(dòng)力輸出輪角速度?柴 油 機(jī)—柴油機(jī)的動(dòng)力輸出輪半徑R柴 油 機(jī)故： 柴油機(jī)動(dòng)力輸出輪的線速度為：= =314 45 =14.13（m/s）V柴 油 機(jī) 柴 油 機(jī) ?柴 油 機(jī) ?310?其中 = ，則：柴 油 機(jī) 柱 塞 泵柱塞泵動(dòng)力輸入輪的角速度為：= = =157（rad/s）?柱 塞 泵 VR柱 塞 泵柱 塞 泵 314.90??蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 16 -柱塞泵動(dòng)力輸入輪的轉(zhuǎn)速為：= = =25（r/s）n柱 塞 泵 2??柱 塞 泵 1573.4?即柱塞泵的動(dòng)力輸入輪的轉(zhuǎn)速為 25 60=1500 轉(zhuǎn)/分，由此可見(jiàn)，泵的狀態(tài)為送水，?符合要求。② 柴油機(jī)功率計(jì)算要達(dá)到合理灌溉，發(fā)揮水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)的最佳功用，要求在 0.4MPa 的壓力下工作，使水噴射到 7.5~9m 的地方，設(shè)定了整個(gè)過(guò)程的效率為 40%，包括帶傳動(dòng)和柴油機(jī)本身的效率在內(nèi)，同時(shí)也包括柱塞泵的工作效率。一般來(lái)說(shuō)柴油機(jī)的效率為 0.70~0.92 之間，在這里，為了計(jì)算方便選 =0.80。帶1?傳動(dòng)的效率見(jiàn)表 3.6。表 6 帶的傳動(dòng)效率帶的種類(lèi) 傳動(dòng)效率平帶 94%~98%有張緊輪的平帶 90%~95%繩芯結(jié)構(gòu)帶 92%~96%窄 V 帶 90%~95%多楔帶 92%~97%同步帶 93%~98%我們所選的傳動(dòng)帶為窄 V 帶，選其效率為 =95%進(jìn)行計(jì)算。我們假設(shè)整個(gè)噴灌過(guò)2?程的總效率為 40%。通過(guò)大量的試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在上述條件都確定的情況下，噴頭噴孔直徑 =2.8mm 時(shí)，噴水的效果最好。流量見(jiàn)表 3?= =0.4 6.0 =2400（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?610?= = =6000（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 24.根據(jù)公式 ： 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 17 -（5）12P??輸 入 功 率輸 出 功 率式中： ——傳到柱塞泵上的實(shí)際功率P輸 入 功 率——拖拉機(jī)柴油機(jī)能輸出的最大功率輸 出 功 率——拖拉機(jī)柴油機(jī)的傳遞效率1?——所選帶的傳動(dòng)效率2得出： = =7.89（KW）12P??輸 入 功 率輸 出 功 率 60.895?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 7.89KW 即可。對(duì)于其他幾種噴孔大小的功率計(jì)算：當(dāng) =1.5mm，流量 Q=3.8 時(shí)，??310?m= =0.4 3.8 =1520（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 6?310?= = =3800（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 520.4= =5.0（KW）12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 38.95?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 5KW 即可。當(dāng) =2mm，流量 Q=4.8 時(shí)，?30?m= =0.4 4.8 =1920（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?6130?= = =4800（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 920.4= =6.315（KW ）12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 8.95?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 6.315KW 即可。當(dāng) =2.5mm，流量 Q=5.7 時(shí)，?30?m= =0.4 5.7 =2280（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?6130?蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 18 -= = =5700（W ）P輸 入 功 率 ?有 用 功總 280.4= =7.5（KW） 12?輸 入 功 率輸 出 功 率 570.89?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 7.5KW 即可。當(dāng) =2.5mm，流量 Q=6.3 時(shí)，?3?m= ==0.4 6.3 =2520（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?6103?= = =6300（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 25.4= =8.29（KW） 12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 630.895?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 8.29KW 即可。當(dāng) =3.5mm，流量 Q=6.2 時(shí)，?40?3m= =0.4 7.1 =2840（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?6130?= = =7100（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 2840.= =9.34（KW）12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 7.895?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 9.34KW 即可。3.2.1.2 與普通小四輪拖拉機(jī)的匹配普通小四輪拖拉機(jī)也是農(nóng)村較為廣泛的弄用機(jī)械，所以對(duì)它與柱塞泵相匹配的設(shè)計(jì)也具有積極作用。由于通過(guò)大量的試驗(yàn)證明，噴孔直徑大小為 2.8mm 和所選的壓力為 0.4MPa 時(shí)噴水的質(zhì)量最高，故只需推出在此情況下正常工作拖拉機(jī)所需功率即可。具體的設(shè)計(jì)方案為：在小四輪拖拉機(jī)的機(jī)體前段焊一鐵架，將柱塞泵固定于其上，然后通過(guò)皮帶將泵的動(dòng)力輸入輪與拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出輪相連接。這樣便實(shí)現(xiàn)了用拖拉機(jī)上的柴油機(jī)帶動(dòng)柱塞泵運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖 5 所示：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 19 -2131—柱塞泵 2—皮帶 3—拖拉機(jī)動(dòng)力輸出輪圖 5 普通小四輪拖拉機(jī)與柱塞泵匹配方案示意圖由于壓力和噴頭噴孔直徑已經(jīng)選定，在相同情況下拖拉機(jī)的需求功率也為一定。計(jì)算過(guò)程與 3.2.1.1 中的手扶拖拉機(jī)大同小異。3.2.2 農(nóng)用三輪車(chē)與柱塞泵的匹配方案農(nóng)用三輪車(chē)是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的農(nóng)用工具之一。它的優(yōu)點(diǎn)不僅在于它的馬力大，而且可用于農(nóng)田作業(yè)的各個(gè)方面，更具備了良好的公路運(yùn)輸能力，漸漸成為了農(nóng)村及小鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要運(yùn)輸工具。作為新型農(nóng)業(yè)與運(yùn)輸工具的農(nóng)用三輪車(chē)也具備與柱塞泵相匹配的設(shè)計(jì)方案。具體方法為：在農(nóng)用三輪車(chē)的駕駛艙內(nèi)，在駕駛員的右手邊地面上用螺釘固定一個(gè)鐵制軌道，然后將柱塞泵安裝在軌道上，兩者同樣通過(guò)皮帶進(jìn)行連接。① 所選電動(dòng)機(jī)與柱塞泵的參數(shù)表 7 3WZB—40 三缸柱塞泵表 8 柴油機(jī)參數(shù) 情況 功率 轉(zhuǎn)速1 小時(shí) 5.2 千瓦 3200 轉(zhuǎn)/分噴霧 送水800 回轉(zhuǎn)數(shù) RPM 120028~30 吸水量 L/MIN 40~4515~35 工作壓力 102~3 所需功率 HP 1.5~2蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 20 -12 小時(shí) 4.98 千瓦 3200 轉(zhuǎn)/分① 相關(guān)計(jì)算配置如圖 6 所示： 柱 塞 泵柴 油 機(jī)圖 6 三輪車(chē)與柱塞泵的匹配方案示意圖從試驗(yàn)得出達(dá)到合理灌溉，要求在 0.4MPa 的壓力下工作，使水噴射到 7.5～9m 的地方，對(duì)于傳遞性能較好的農(nóng)用三輪車(chē)，不妨設(shè)定了整個(gè)過(guò)程的效率為 75%，包括帶傳動(dòng)和柴油機(jī)本身的效率在內(nèi)，同時(shí)也包括柱塞泵的工作效率。一般來(lái)說(shuō)農(nóng)用三輪車(chē)上柴油機(jī)的效率為 0.70～0.92 之間，在這里為了計(jì)算方便選 =0.80。其中帶傳動(dòng)的效1?率見(jiàn)表 6。所選的傳動(dòng)帶為窄 V 帶，選其效率為 =95%進(jìn)行計(jì)算。我們假設(shè)整個(gè)噴灌過(guò)程的2?總效率為 40%。通過(guò)大量的試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在上述條件都確定的情況下，噴頭噴孔直徑=2.8mm 時(shí)，噴水的效果最好。流量見(jiàn)表 3?= =0.4 6.0 =2400（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?610?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 21 -= = =3200（W ）P輸 入 功 率 ?有 用 功總 240.75故： （6）12P??輸 入 功 率輸 出 功 率式中： ——傳到柱塞泵上的實(shí)際功率P輸 入 功 率——農(nóng)用三輪車(chē)上柴油機(jī)能輸出的最大功率輸 出 功 率——農(nóng)用三輪車(chē)上柴油機(jī)的傳遞效率1?——所選帶的傳動(dòng)效率2即： = =4.21（KW）12P??輸 入 功 率輸 出 功 率 30.895?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 4.21KW 即可。同樣對(duì)于其他幾種噴孔大小的計(jì)算如下：當(dāng) =1.5mm，流量 Q=3.8 時(shí)，??310?m= =0.4 3.8 =1520（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 6?310?= = =2026.7（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 520.7= =2.67（KW）12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 6.895?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 2.67KW 即可。當(dāng) =2mm，流量 Q=4.8 時(shí)，?30?m= =0.4 4.8 =1920（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?6130?= = =2560（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 920.75= =3.37（KW）12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 6.89?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 3.37KW 即可。蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 22 -當(dāng) =2.5mm，流量 Q=5.7 時(shí)，??310?m= =0.4 5.7 =2280（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 6?310?= = =3040（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 280.75= =4（KW） 12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 34.89?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 4KW 即可。當(dāng) =2.5mm，流量 Q=6.3 時(shí)，?30?m= ==0.4 6.3 =2520（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?6130?= = =3360（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 250.7= =4.42（KW） 12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 36.895?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 4.42KW 即可。當(dāng) =3.5mm，流量 Q=6.2 時(shí)，?40?3m= =0.4 7.1 =2840（W）P有 用 功 壓 力 Q流 量 ?6130?= = =3786.7（W ）輸 入 功 率 ?有 用 功總 2840.75= =4.98（KW）12P?輸 入 功 率輸 出 功 率 36.89?說(shuō)明只要將拖拉機(jī)的功率定在 4.98KW 即可。3.3 結(jié)果與討論：經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，最終確定了當(dāng)噴孔直徑為 2.8mm，柱塞泵噴水壓力為 0.4MPa 時(shí)，水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)的作業(yè)質(zhì)量最高。對(duì)此，動(dòng)力方案的匹配為體大致可以分為兩類(lèi)情況：（1）由于油的成本高，所以在有電的情況下盡量使用電動(dòng)機(jī)，這樣可以提高經(jīng)濟(jì)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 23 -性。（2）對(duì)于缺電地區(qū)，可利用拖拉機(jī)或農(nóng)用三輪車(chē)上的柴油機(jī)器與柱塞泵相匹配的方案，但要注意合理擺放與安裝。（3）無(wú)論是用電動(dòng)機(jī)還是柴油機(jī)，都要盡量選擇傳遞效率高的，這樣可以大大節(jié)省能源，提高工作質(zhì)量。（4）由于噴孔直徑較小，而通過(guò)柱塞泵抽取的水量又較大，致使大部分水分作為回水，也就是很多能量被無(wú)用消耗掉，所以選擇噴孔在保證噴水質(zhì)量的情況下，應(yīng)盡量做大些，這樣可以提高利用的效率。（5）對(duì)于帶傳動(dòng)要注意的問(wèn)題：如果帶輪兩軸平行，而一個(gè)在上一個(gè)在下。則布置兩位置和輪的轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)注意，松邊的垂度較大，應(yīng)使松邊處于傳送帶產(chǎn)生垂度時(shí)，有利于增大小輪包角的位置。此外，由于傳送帶本身重量下垂，使下面的輪與帶間摩檫力減小，小輪包角小，容易打滑，不應(yīng)在下。帶傳動(dòng)的尺寸誤差大，而且在工作中它的長(zhǎng)度不斷增加（被拉長(zhǎng)） 。為了保持一定的初拉力，實(shí)現(xiàn)帶與輪之間的摩擦傳動(dòng)，帶輪的中心距應(yīng)該可以調(diào)整或配置張緊輪。當(dāng)帶輪兩軸不平行或兩輪中心平面不共面時(shí)誤差也較大，傳動(dòng)帶有可能送帶輪上脫落下來(lái)，因此在具體操作中要注意，盡可能將二者共面以達(dá)到最好的要求。蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 24 -結(jié) 論本文通過(guò)對(duì)水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置的分析，進(jìn)行了大量試驗(yàn)和調(diào)查研究，最終得出了兩種動(dòng)力匹配方案：針對(duì)電力較充足的地區(qū)，可利用電動(dòng)機(jī)與柱塞泵相匹配的方案。任何情況下，都可利用農(nóng)用機(jī)械上的柴油機(jī)與柱塞泵相匹配的方案。在農(nóng)村，很多家庭都具有拖拉機(jī)、農(nóng)用三輪車(chē)、泵和用于噴灑農(nóng)藥或澆水的管道，所以這種動(dòng)力方案容易被農(nóng)民接受。這個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)符合中國(guó)國(guó)情，更能夠適應(yīng)具有中國(guó)特色的農(nóng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用性。在實(shí)際噴灌過(guò)程中，使用者多以農(nóng)民為主，故動(dòng)力選擇應(yīng)以拖拉機(jī)或農(nóng)用三輪車(chē)上的柴油機(jī)與柱塞泵相匹配的方案。通過(guò)幾種柴油機(jī)與柱塞泵匹配方案的反復(fù)對(duì)比與校驗(yàn)，將柱塞泵置于柴油機(jī)機(jī)體上的方案較為合理，因?yàn)檫@樣不僅在滿足功率等自身要求的同時(shí)，更加節(jié)省了空間，所以視為較理想方案。水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)在經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方面都有著積極的意義，可見(jiàn)它的發(fā)明非常適合有中國(guó)特色小農(nóng)戶農(nóng)業(yè)使用和推廣。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文- 25 -參考文獻(xiàn)[1] 許迪，李益農(nóng).田間節(jié)水灌溉新技術(shù)研究與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002[2] 姚振憲，何松林.滴灌設(shè)備與滴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1999[3]任致程.農(nóng)用水泵的使用與維護(hù)[M].北京：人民郵電大學(xué)出版社，2001.[4]吳春駑，陳紅勛，陳匯龍. 農(nóng)用水泵的使用維護(hù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1997[5]水利部農(nóng)村水利司.噴灌與微灌設(shè)備[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1998[6]李玉蓮，賀軍釗.節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)[M].河南：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2000[7]馮廣龍，李發(fā)東，張秋英.抗旱耕作及節(jié)水灌溉技術(shù)[M].秦皇島：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000[8]李昌龍.管道輸水工程技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，1998[9]嚴(yán)潯世，趙洪賓.給水管網(wǎng)理論和計(jì)算[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1979[10] 成大仙.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.[11]沈陽(yáng)市政協(xié)經(jīng)濟(jì)委員會(huì).節(jié)水農(nóng)業(yè)[M].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)出版社，2001[12] 吳宗澤，肖麗英主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)指南[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005[13]錢(qián)蘊(yùn)壁，李英能，楊剛等.節(jié)水農(nóng)業(yè)新技術(shù)研究[M]. 河南：黃河水利出版社，2002[14]楊祖孝.新編農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)使用維護(hù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004[15]華中大學(xué)主編.拖拉機(jī)汽車(chē)構(gòu)造[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1988[16]吳宗澤主編.機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌 500 例[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1997[17]李柱國(guó)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)與理論[M]. 北京：科學(xué)出版社.2003蘇亞冰: 水力驅(qū)動(dòng)帶狀噴灌機(jī)動(dòng)力配置方案分析研究- 26 -[18] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1988 致 謝在此次畢業(yè)論文寫(xiě)作中，受到了陳振宇老師熱心指導(dǎo)和幫助，使我了解了很多書(shū)本上學(xué)不到的東西，開(kāi)拓了我的眼界和知識(shí)面，從而對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了更系統(tǒng)化的認(rèn)知。在此，特別對(duì)陳振宇老師表示衷心的感謝。同時(shí)也感謝在百忙之中抽出時(shí)間對(duì)我進(jìn)行畢業(yè)指導(dǎo)的答辯老師和同組的同學(xué)。由于本人知識(shí)水平和所查閱的資料有限，設(shè)計(jì)過(guò)程中還有很多的不足之處，懇請(qǐng)各位老師予以批評(píng)指正。