農業灌溉指針式噴灌機工作原理及應用

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關鍵詞：指針式噴灌機；工作原理；應用優勢；發展

前景與建議灌溉是農業生產的關鍵環節，農業灌溉離不開水資源，而我國水資源嚴重緊缺，每年農業灌溉用水缺口超過300億m3，因此，加快節水灌溉技術的推廣應用尤為重要。目前節水灌溉方式主要有噴灌、微灌和滴灌等，噴灌作為現代化高效節水手段，在節水灌溉工程中應用較廣。每年我國大約有上千臺的噴灌機用于現代農業生產，其中，指針式噴灌機是最重要的機型之一。

1指針式噴灌機的結構

指針式噴灌機是一種可以移動的大型噴灌設備。該設備在能夠自動行走的支架上設置了噴頭，作業時，機具圍繞備有供水系統的中心點一邊旋轉一邊噴灌，因其行走方式像是鐘表的指針，故而稱之為指針式噴灌機，也稱為中心支軸式噴灌機或圓形噴灌機。傳統的指針式噴灌機主要由中心支軸軸座、桁架、塔架車、懸臂、調節控制機構和噴灑系統組成。 

1.1中心支軸軸座

中心支軸軸座是整個噴灌機的旋轉中心。標準型通常采用鋼筋混凝土固定，安裝在灌溉農田的中心位置；拖移式通常是將中心支軸軸座固定在四個輪子上面，并配有牽引機構，用以完成田間的轉移。中心支軸軸座的外部是由立柱、橫梁和底板組成的塔形框架，中心部分是轉動套和支軸彎管。轉動套的上部固定在框架上，下部與水源相連接。支軸彎管的豎直部分位于轉動套內，可以自由轉動，另一端通常與首跨桁架輸水支管球鉸連接，以適應首跨桁架因地形變化在垂直方向產生的上下移位。轉動套上設有定點停機裝置。

1.2桁架

桁架是組成指針式噴灌機的基本單元，主要由輸水支管、三角形弦架和拉筋等部分組成。為了適應田間地形的變化，保證噴灌機作業行走的同步性，各桁架之間采用球鉸連接，輸水支管采用柔性接頭或橡膠套筒連接。衍架離地高度通常為2～3m，桁架跨距通常為30～65m，輸水支管公稱直徑通常為100～250mm，可以根據田塊大小選擇合適的桁架跨數。

1.3塔架車

塔架車主要由立柱A字型構架（塔架）、動力裝置（常見的是電動機，并配備減速器）、傳動裝置和行走輪等部分組成。塔架車不僅是桁架的支座，還是噴灌機的驅動部件。

1.4懸臂

懸臂主要由輸水支管、三角支架和鋼絲繩等部分組成。懸臂有兩個作用：一是增加機組長度，擴大灌溉面積；二是通過調整其長度，可以滿足不同田塊對機組長度的需求。

1.5調節控制機構

調節控制機構主要由中樞控制箱、集電環、塔架盒、安全保護裝置等部分組成。通過調節控制機構，可實現機組的啟停控制、行走速度調整、自動回轉和定點停機、各塔架車的同步控制、過水量保護、運行監測以及故障報警等功能。

1.6噴灑系統

噴灑系統主要由噴灑支管和噴頭組成。噴頭按一定設計間距安裝在噴灑支管上。目前，指針式噴灌機主要采用搖臂式噴頭和散射式噴頭。

2指針式噴灌機的工作原理和特點

2.1工作原理

噴灌機中心支軸軸座安裝在農田的中心位置，支軸座中心下端與井泵出水管或壓力管相連，上端通過旋轉機構（集電環）與旋轉彎管連接。噴灌管道安裝在若干個可自動行走的桁架上，桁架之間通過柔性接頭連接，以適應坡地等作業。桁架被支承在塔架車上，通過電機驅動，圍繞著中心支軸進行旋轉，旋轉過程中，灌溉用水從中心支軸輸送至噴灌管道，并由噴頭噴出實現噴灌作業，旋轉一周可以噴灌一個半徑略大于噴灌機長度的圓形面積。

2.2工作特點

常用的指針式噴灌機長度可達400～600m，旋轉一周需要1～20d（根據需要可調），灌溉面積可達53.33～66.67hm2。指針式噴灌機的機械化自動化程度較高，可以不需人工操作而長期連續自動運行。噴灑支管上可以安裝較多噴頭相互重疊噴灑，作業效率高，灌水均勻性好。每個塔架車上都裝有驅動輪，爬坡能力強，可以適應高低起伏地形。另外，為了解決方形地塊四個角落噴灑不到的情況，通過安裝地角與末端噴槍等裝置，可以增加噴灌面積。

3指針式噴灌機在農業灌溉中的應用優勢

傳統農業灌溉技術存在灌溉裝置陳舊落后、灌溉水利用率低、灌水不均勻、水資源浪費嚴重等弊端。與傳統的農業灌溉技術相比，噴灌機械在節水增產方面優勢明顯。指針式噴灌機具有機械化程度高、運行管理費用低、噴灑覆蓋面積大、操作簡單方便等優點。

3.1自動化程度高

與傳統的地面灌溉方式相比，可以節省90％的勞動力。一個人可以同時操作多臺設備，工作效率高。

3.2灌水質量好

灌水定額調節，誤差小，灌水均勻度高，均勻度系數超過85％。與傳統的地面灌溉方式比較，可節水30％～50％。采用低壓噴頭并低垂安裝，降低了能耗。

3.3適應性強

各桁架之間采用柔性連接，可適應坡度不大于30％的地塊。指針式噴灌機適用于各種類型作物和土壤，對田塊、水資源要求不高，無需平整土地、開渠筑堤，只要有河流、湖泊、井水就可以使用。既可以噴水灌溉，又可以噴灑肥水、農藥等[1]。

4指針式噴灌機使用操作注意事項

要想最大限度地發揮指針式噴灌機的作用，規范操作十分必要。機具運行前需對各部件進行安全檢查，清除輪上影響行走的障礙物，各項設置要和操作要求相符合。檢查同步控制裝置是否靈敏可靠，確保各塔架車驅動電機旋轉方向保持一致。運行中要保證各部件正常穩定運轉。確保密封處無泄漏、噴頭正常工作。要盡量避免使用泥沙含量過多的水進行噴灌作業，以減少對噴頭噴嘴的磨損及對作物生長產生不良影響。噴灌作業結束時，應及時切斷電源，將管道余留水排掉，并將行走部件上的泥土和雜草清理干凈。對噴灌機的日常保養與維護，可以確保噴灌機的使用性能最優化，節省設備維修費用，延長使用期限[2]。

5指針式噴灌機應用發展前景與建議

5.1應用發展前景

我國農業發展水平的逐步提高和農村土地流轉集中耕種，為指針式噴灌機的推廣應用提供了有利條件。指針式噴灌機自動化程度高、噴灌效果好，可提高灌溉用水利用率，降低灌溉成本，適用于灌溉各種質地的土壤以及各種大田作物，可廣泛應用于我國西北、東北、華北各地和云貴高原等地的農牧業種植區，發展前景較好。

5.2發展建議

目前，指針式噴灌機市場保有量還遠遠不能滿足我國現代農業生產發展的需要，在推廣應用方面還有大量的工作要做。1）因地制宜、科學規劃。選用指針式噴灌機要因地制宜，充分考慮當地的地形地貌、土壤類型、水資源情況、氣候和作物情況等因素，根據噴灌機的應用特點和應用范圍，制定出科學合理的設計方案，灌溉指標要求、參數設置、機組布置及臺數要求等都要滿足當地灌溉要求，以達到良好的噴灑質量和節水效果。2）強化技術配套。為了最大限度地發揮指針式噴灌機在規模化農業生產中的優勢，需要將灌溉技術與種子培育、耕作栽培、施肥植保等技術綜合考慮，形成農作物的規范生產流程，進行標準化、規范化、規模化生產，提高農作物的產量和品質。3）加強技術培訓。要加強對農戶的技術培訓，讓農戶了解和掌握指針式噴灌機的結構特點、安全注意事項、操作方法、維修要點、機組運行參數設定等知識，最大限度地發揮機組的作用，提高農業生產經濟效益。

參考文獻：

[1]呂燦翔,石佳,蔣兆英.大型指針式噴灌機在現代農業中的應用[J].農業與技術,2019,39(21):59－61.

[2]方杰.節水灌溉中的指針式噴灌機[J].農機使用與維修,2017(02):74－75.

作者：趙海瑞 滕兆麗 單位：江蘇省農業機械試驗鑒定站