卷盘式喷灌机向智能化精准化趋势发展

卷盘式喷灌机向智能化精准化趋势发展

徐金良

身份证：32032619790621001X  江苏华源节水股份有限公司  江苏  徐州  221116

摘要：当前，我国关于卷盘式喷灌机的研发力度持续加大，经现代化技术手段的综合应用，大力宣传及推广，在各地区均有较强的适用性，能为我国现代化农田灌溉工程的开展及作业提供可靠条件。再加上节约、环保理念的全面渗透，在设备性能及功能拓展的过程中也会推动卷盘式喷灌机向智能化、精准化方向良好发展，在行业市场中有较强的竞争力。

关键词：卷盘式；喷灌机；智能化；精准化；发展趋势

引言：与国外卷盘式喷灌机的发展情况相比较，随着我国科技水平的提升，逐渐缩短了与发达国家的技术差距，并以精准化、智能化的发展方向为主，强调设备功能与性能的持续强化，降低设备能源、资源的消耗量及投资成本等，提高技术水平与工作效率，还会在实践作业过程中解决传统问题，在我国现代化农业发展中发挥着巨大作用。

一、卷盘式喷灌机工作原理

作业前通过拖拉机对喷头车的牵引，到达指定地点开展实践作业，开启水泵，负责为喷灌机供水工作，在动力机的驱动下卷盘开始回卷PE管，受PE管牵引影响能一边回收一边喷灌，直到PE管全部盘绕在卷盘上后关闭水泵，移动到下一个作业位置，继续操作，满足农田灌溉需求，还可依据实际情况控制水量，节约水源，提高作业效率。

二、卷盘式喷灌机性能指标

（一）喷灌质量

在非特殊控制下随着PE管的盘绕，依据每层变化情况增加喷头车行走速度，在11%-12%之间。此时的PE管盘绕圈数也会随之增加，流动阻力增加，流量减少，直接影响着喷灌质量[1]。同时，对比喷头扇形喷洒角的变化对灌溉均匀性的影响，初始喷洒遵循均匀性原则，通过喷洒扇形角处理也控制流量及压力，各项系数的详细记录，也会为现场作业需求的科学化调整提供重要的参考依据，喷灌均匀性提高到88%-92%，节水效果更突出。

（二）能量损耗

关于卷盘式喷灌机的能量损耗分析，为保证分析结果的可靠性及有效性，可选择两种卷盘式喷灌机进行对比分析，主要元素包括PE管、卷盘式喷灌机动力、喷头等能耗贡献率，结合分析结果能了解，喷头工作能量约占60%、PE管流动阻力损失约占20%、卷盘式喷灌机内部能量转换效率约占20%。通过细致分析详细掌握设备能量损耗情况，还需在现场作业时对各项参数的跟踪监测与管理，突出核心技术，实践成效才会有较强的基础保障。

三、卷盘式喷灌机的关键技术研究

（一）卷盘驱动技术

卷盘驱动技术又包括水涡轮驱动技术、电机驱动技术。前者是在设备作业时对压力水输入喷灌机分流为两路，一路是分流水冲击水涡轮转动，水的能量转换成机械能，在变速箱减速驱动下使卷盘缓慢转动，以此达到PE管盘绕在卷盘上的目的，能自动化作业；另一路是分流水，由旁路通道与流经水涡轮水汇合，共同进入PE管，再输送到喷头，完成灌溉工作[2]。后者是限制水涡轮的效率，普通电机效率在70%-80%之间，国外采用电机作驱动，电机设计是逆变电源供电，我国在此方面研究，通过永磁无刷直流电机代替水涡轮作，能量转换率超过80%。由于电机转速比水涡轮高，还需加大减速箱的传动，在喷头车低速作业时降低电机转速，效率急速下降，会出现牵引力矩不足的情况。对此，还需强调设备动力与传动的匹配性，经电机与减速箱一体化结构的设计及优化，能节约能源及资源，作业效率有较强的基础保障。

（二）传动系统技术

从卷盘式喷灌机作业原理方面分析，主要是受喷头车牵引能在田间行走，并完成灌溉工作，行走速度影响着灌水量，如果喷头车的行走速度为10m/h，卷盘回转速度较慢，效率较低，会对动力机的旋转速度有更高要求，对此，还需设计动力与卷盘的减速传动系统，国外在此方面有多年的研究经验，随着我国科研技术水平的持续提升，也在此方面全面创新研发机制，通过对水涡轮与减速箱的直联设计，能减少传动环节。再加上减速箱输出牙轮与卷盘上大牙盘采用的是齿轮啮合型式，可提高传动效率。

（三）喷头车技术

从卷盘式喷灌机作业角度分析，移动喷洒执行机构是喷头车，其运动稳定性会影响喷灌质量，还需在智能化、精准化发展的过程中在此方面进行细致化地研究，建议采用理论分析法，掌握桁架式喷头车在纵横向坡度条件下作业影响其稳定性的具体原因，会把工作重心放在实践阶段，采用虚拟样机技术，对桁架式喷洒车的横向抗倾覆性、纵向抗倾覆性、爬坡能力等进行动力学仿真试验，工作人员会把试验过程中产生的信息数据详细记录，了解主要有影响因素包括质心高度、面黏附系数、轮距等，以喷头车不发生翻倾的临界坡度角为目标，通过优化函数，最大不翻倾临界坡度角提高到39.5%，并以单喷头配置为主，重点解决消耗能量大、工作压力高、喷灌强度大等问题[3]。

此外，我国当前还对桁架式双喷头及多喷头配置进行了细致化探究及分析，是因多喷头工作流量、压力要低于单喷头，喷灌强度明显降低、节能效果更突出、出水均匀性也会得到高效控制，均与卷盘式喷灌机的智能化、精准化发展相符，进一步提高设备技术水平。

四、卷盘式喷灌机向智能化精准化趋势发展分析

（一）水肥一体化

近年来，我国灌溉装备研究热点及发展方向就包括水肥一体化功能的设计与拓展，考虑输水管内部工作压力较大，通过在卷盘式喷灌机上增设水肥一体化功能，在头部水肥装置上采用吸肥与注肥方法，既可以混合处理肥液与灌溉水，又能，满足农田灌溉需求。

其中，吸肥法是对盘式喷灌机的入水口设计施肥器，控制肥液与灌溉水的比例，通过抽吸，在管路中与灌溉水混合，最后喷洒到田间，保证水肥一体化实施效果。

注肥法是在卷盘式喷灌机的灌溉水分流中增加可添加可溶性颗粒肥的容器，能使肥液与灌溉水溶解、混合按照计量泵比例注入卷盘式喷灌机管路，最后喷洒到田间，经浓度感知技术的应用及创新，也可优化传感器结构。设备工作原理及要求更明确，为农田灌溉提供便捷的工作条件。

（二）智慧灌溉

应用互联网技术对卷盘式喷灌机的性能优化，通过创建现代化灌溉装备体系，既便于多个学科的高效融合，也能明确新时期背景下卷盘式喷灌机的发展方向，经目标及发展方向的确定，会在此方面加大投资及创新力度，使用前对灌水量的详细计算，只需控制喷头车的行走速度，结合以往的时间经营，就可估算出较精准的灌水量[4]。再根据喷头车行走速度与灌水量的关系设定行走速度，在智能化系统中可模拟操作喷灌车行走速度、灌水量，在自动决策的同时还能进行全程化、自动化地控制，降低劳动强化与投资成本，与卷盘式喷灌机向智能化、精准化目标相符，整体趋势更突出，逐渐扩大卷盘式喷灌机的应用范畴，也得到农户们的高度认可，在实践作业阶段提高技术水平与工作效率。

结语：

分析新时期背景下卷盘式喷灌机的工作原理及性能指标，需在技术研发阶段就能引起各部门及技术人员的高度重视，会强调卷盘驱动技术、传动系统技术、喷头车技术的高效应用，对传统设备的优势保留，在多种技术融合下，开展卷盘式喷灌机功能及性能的拓展工作，也会以智能化、精准化发展趋势为根本，满足农田水肥一体化灌溉、智慧灌溉等需求，进一步提高作业效率与技术水平。

参考文献：

[1]郭依剑,朱兴业,陈盛源.卷盘式喷灌机智能灌溉模糊控制技术研究[J].灌溉排水学报,2022,41(07):65-69+95.

[2]董钦敏,李跃,康娜.非均匀进流卷盘式喷灌机水涡轮性能研究[J].水泵技术,2022，6(02):26-29.

[3]滕芳斌,栾佩霞,陈明传.卷盘式喷灌机灌水量的智能精准控制方法[J].农业装备与车辆工程,2020,58(06):146-148.

[4]汤玲迪,袁寿其,汤跃.卷盘式喷灌机研究进展与发展趋势分析[J].农业机械学报,2020,49(10):1-15.