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1、山西农业大学工程技术学院毕业论文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
2、占有水资源量的差别很大，随着社会的发展,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
3、能冲掉茎叶上的尘沙，有利用植物的呼吸和光合作用，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，
4、节约大量劳动力。仅小型移动式喷灌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
5、强度的大小，可以做到不破坏土地结构，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）
6、表面湿润较多，而深层湿润不足。（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
7、适于适用喷灌，为了充分地发挥喷灌优点，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
8、北方农作物的这些特点设计的水力驱动带状喷灌系统，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
9、转的叶轮，以提高喷洒质量。此外，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%
10、和65%，计划湿润深度（取0.5m），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
11、择针对实际情况，力求节约成本的前提下，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
12、和动力机放置在地端固定不动，除非地块比较长。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
13、与其它喷灌系统一样，也是由水源、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
14、塞不与泵缸内壁接触，而是在泵缸端部装有固定密封，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
15、驱动叶轮旋洒式喷头，这是水力驱动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)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
