单片机控制的草坪喷头变域喷洒系统

以变频调速变域喷洒系统和喷洒域边界方程为基础,总结了实现变域喷洒开环控制的统一方法。研制了变域喷洒单片机开环控制系统,并进行了正方形喷洒域室内喷洒试验,结果表明,单片机控制系统的开环控制效果良好,喷头射程最大误差约为5.6%,平均误差约为1.5%;采用分水针改善低压时喷头的径向水量分布,喷洒均匀度达到了0.77,符合喷灌工程技术规范的要求。     

出口可调式变量喷头喷灌均匀性

以喷洒域形状和水量分布均匀性为指标研究变量喷头的喷灌均匀性,分析了影响PY2系列喷头射程和水量分布的关键因素,得知改变单一参数的变量喷头喷灌均匀性较差.为提高变量喷头的灌溉均匀性,设计了出口可调式的变喷洒域喷头,使用流量调节机构改变喷头工作压力,使用出口调节机构改变喷头出口面积,通过出口面积和喷头工作压力的同步调节实现均匀喷洒.测试了出口可调式变量喷头的水力性能,对比了圆形喷嘴变量喷头和出口可调式变量喷头水量分布,出口可调式变量喷头不同射程处喷灌强度相近,喷洒性能优于圆形喷嘴变量喷头.计算了变量喷头的方形喷洒域系数和不同间距下的组合灌溉均匀性,结果显示BPY20变量喷头的方形喷洒域系数为97.8%,最佳组合间距为1.66,组合灌溉均匀性为75.4%;BPY30变量喷头的方形喷洒域系数为91.5%,最佳组合间距为1.69,组合灌溉均匀性为77.2%.     

摇臂式喷头非圆形喷洒域实现方法和途径

随着喷灌技术快速发展，非圆形喷洒域问题引起人们重视。本文指出了传统全圆或扇形喷洒域喷头存在的问题，讨论了非圆形喷洒域喷头实现意义，并对国内外非圆形喷洒域喷头实现方法及其优缺点进行了归纳总结；在此基础上，通过分析喷头射程的影响因素，给出了非圆形喷洒域喷头实现的理论途径，为以后摇臂式喷头非圆形喷洒域实现方法的研究提供了依据。     

柔性凸轮控制实现变量喷洒的可行性分析

旋转式喷头广泛应用于园林绿地灌溉,但旋转式喷头存在圆形喷洒域与地块的不规则形状匹配性差的问题。为解决这个问题,以15PY2型旋转式喷头为基体设计一款基于柔性凸轮控制的变域喷洒的变量喷头,介绍了其结构和工作原理。该变量喷头既可以实现不规则喷洒域也可以实现特定形状的喷洒域。根据喷头射程方程、变量喷头工作方程、减压阀流量方程推导建立了变量喷头的水力学模型,并通过试验测试证明了水力学模型的正确性和基于柔性凸轮的变量喷头设计方案的可行性,为变量喷头设计提供理论参考。     

全射流喷头实现非圆形喷洒域的可行性分析

为了解决节水灌溉中重喷、超喷、界外喷等问题,研究喷头的非圆形喷洒域喷洒的途径有很重要的意义。主要介绍了目前实现非圆形喷洒域喷洒的理论及实现方法。通过改变喷头仰角、进口压力和进口过流面积等因素改变射程,并将其应用于全射流喷头以实现非圆形喷洒域的可行性研究中;结合其工作原理与特点,提出了通过改变全射流喷头的信号水强弱、附壁切换形式等方法来实现非圆形喷洒域的途径。     

一款新型非圆形喷洒域喷头的开发

摇臂式喷头存在喷洒域与地块形状不匹配的缺陷,已有的非圆形喷洒域喷头适应能力有限。需要开发一种既能实现不规则形状喷洒,又能扫面覆盖轮廓内所有面积;既能调节最大射程,还要便于批量生产的喷头。采用改变仰角、叶轮驱动的方式开发了一种能满足上述要求的新型非圆形喷洒域喷头。试验结果显示,单个使用时,该新型非圆形喷洒域喷头在节水性能和喷洒均匀性等方面明显优于摇臂式喷头。     

簧片式异形喷嘴喷头的射程试验研究

针对传统圆形和扇形喷洒域喷头在应用中存在漏喷、超喷与界外喷问题,指出其工作的局限性,并提出解决上述问题的新思路,即加装变喷嘴装置,使其根据来流压力的大小自动调节喷嘴出口面积的大小,进而自动改变射程,能够实现非圆形喷洒域的喷洒。给出一种非圆形喷洒域变量喷头异形喷嘴新结构-簧片式,介绍了其结构特征及工作原理,并测量其射程、流量,试验结果表明簧片式异形喷嘴喷头可以实现非圆形变量喷洒。最后指出其待解决的问题为喷洒的均匀度不高,提出研究变量喷洒喷头的建议。     

涡轮式旋转喷头实现变域喷洒的仿真试验

针对涡轮式草坪喷头变域喷洒的要求,根据正方形喷洒域的旋转角度－射程以及工作压力－射程边界方程,得出了变域喷洒系统所需提供的时间－工作压力模型。应用变频调速技术,建立了变域喷洒系统供水的控制结构和系统传递函数,采用MATLAB进行了模拟仿真,利用临界比例度法确定PID控制参数,从得到的系统响应特性可以看出：响应时间约30s,超调量很小,调节效果较好,为今后进一步开展变域喷洒喷头的试验验证研究提供了理论基础。     

三段管式非圆形域喷头的结构设计及性能测试

针对市面上喷头普遍存在的漏喷、重叠和界外喷洒等问题,研制了一种三段管式非圆形喷洒域喷头,喷头由三段端面为圆且相邻轴线存在夹角的管体组成,管体之间通过轴承相连,构成3对转动副。第一段管体与安装基座相连,通过电机调节第一段管体控制喷头的旋转速率,通过另一台电机改变管体旋转中心线与喷头轴线的角度差实现喷头仰角大范围角度变化,从而精确控制喷头实现均匀、标准的非圆形域喷洒。在保证喷头低廉成本的同时,端部为圆的椭圆筒型设计方便在喷头入、出水口增添不同类型的调节器,综合其他成熟非圆形域喷灌调节措施,以满足不同环境下的喷灌需要。经试验各方面均优于传统喷头,为非圆形喷洒域喷头的设计应用提供了新的思路和方法。     

一种基于柔性凸轮的喷洒区域任意可调的洒水器设计

摇臂式喷头广泛应用于园林绿地灌溉,但摇臂式喷头存在圆形喷洒域与地块的不规则形状匹配性差的问题。为解决这个问题,在普通摇臂式喷头的基础上增加基于柔性凸轮的压力流量调节装置,设计一款新的喷洒域任意可调的洒水器,既可以实现不规则喷洒域,也可以喷洒特定形状的喷洒域,并以正方形喷洒域为例介绍了洒水器的设计方法,通过试验分析的方法得到了正方形喷洒域洒水器的凸轮轮廓曲线函数。     

全射流喷头射程与喷洒均匀性影响因素分析与试验

对影响全射流喷头射程的因素(包括喷头工作压力、仰角、过流面积、喷头转速、步进频率、导管长度、信号嘴插拔深度等)分别进行了分析,探讨了各因素对射程影响规律,其中喷头工作压力、过流面积与喷头的射程成正比关系;喷头转速、步进频率与射程成反比关系;导管长度与信号嘴插拔深度对射程影响较小,主要改变步进频率和喷洒均匀性.对喷头工作压力、仰角、过流面积、导管长度和插拔深度5个因素进行正交试验,采用综合评分法对试验结果进行分析,并得到影响全射流喷头射程与喷洒均匀性的因素主次顺序为喷头工作压力、仰角、过流面积、信号嘴插拔深度、导管长度.     

全射流喷头与摇臂式喷头的对比实验

提出摇臂式喷头和全射流喷头的计算公式,通过实验对比它们的参数.结果表明,全射流喷头步进角度和步进频率主要由导管长度决定,导管越长则步进角度越大,步进频率越小.对于摇臂式喷头,它的步进角度和步进频率的可改变幅度不大,因此全射流喷头具有一定优越性.提出了全射流喷头步进角度与管长之间的关系式,左右压差与导管长度和工作压力的经验公式.     

变频调速分级恒压灌溉自动控制系统及应用

为解决机电泵利用工频电源(50 Hz)作恒速运转条件下,灌溉面积或地形高差变化较大的管道式喷微灌系统灌水均匀度不能满足灌溉要求的问题,提出了一种变频调速分级恒压灌溉自动控制系统,该系统将变频技术和自动化技术相结合,具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备,可同时对1台或多台三相380 V,50 Hz水泵电动机进行自动控制.该系统设计了多段压力设置转换电路,可根据预先设定的压力控制值自动进行压力等级切换,并对管网的电磁阀开启、关闭进行控制,实现分级恒压自动供水灌溉.通过工程实例分析表明,采用水泵工频控制时喷灌系统水头最大差值为12.89 m,采用变频分级恒压控制时喷灌系统水头最大差值为3.38 m,满足设计压力变幅不大于4.00 m的要求.同时该系统具有节水、节能、自动化程度高、运行管理方便以及保证管网和水泵安全运行等功能,能够根据灌溉分区进行分级恒压自动供水灌溉,满足灌水均匀度要求.     

Orthogonal tests and precipitation estimates for the outside signal fluidic sprinkler

A new outside signal fluidic sprinkler is proposed in this paper. Its main structural parameters include offset length (A), working area length (B), plate cover diameter (C), and lead-flow length (D). An orthogonal array with four factors and three levels was selected to carry out the experiments. The factors influencing the coefficient of uniformity (CU) and range, in decreasing order of importance, were BADC and CDBA, respectively. The optimal values for the structural parameters were confirmed. The radial water distribution data for the sprinkler were obtained by experimentation. Water distribution figure for single sprinkler was drawn using Matrix Laboratory (MATLAB), which allowed for three-dimensional visualization of the data. The combined CU of the outside signal fluidic sprinkler was simulated for different combined spacing patterns. The CU was much larger in the rectangular configuration than in the triangular configuration. When the combined spacing coefficient was 1.2 to 1.3, the CU was found to exceed 75% in both the rectangular and triangular configurations.     

影响负压反馈射流喷头水力性能的重要参数正交试验

为了探究影响负压反馈射流喷头水力性能的重要参数对水力性能的影响程度,并选出综合水力性能最优下的重要参数组合,首先设计了4因素3水平正交试验,并根据试验要求分别加工出3种长度(4.2,5.6,7.0 cm)的喷管、3种直径(3,4,5 mm)的喷嘴,以及射流进口宽×深为4 mm×8 mm、位差1.80 mm、侧壁夹角20°、劈距28.0 mm、3种喷射仰角(20°,30°,40°)的射流机构,用于水力性能测试.采用综合评分法和极差分析法对正交试验结果进行处理,并引入了射程和喷灌均匀系数对试验结果进行评价.结果表明:影响喷头综合水力性能的重要参数,影响程度由大到小依次为喷射仰角、主副喷嘴直径、工作压力、主副喷管长度.得到了在此射流机构下的最优重要参数组合为工作压力0.35 MPa、主×副喷嘴直径5 mm×4 mm、喷射仰角30°、主×副喷管长度4.2 cm×4.2 cm.试验结果可为该型国产喷头的产品化和未来工程应用提供理论数据支撑.     

对PSF30型全射流喷头的分析

分析了全射流喷头工作状态的一些参数,同时提出喷头各结构参数：信号嘴插拔深度,导管长度以及间隙对其工作性能的影响.根据实验对比验证其正确性,最后得出的实验结果与理论分析相符合,制造的喷头样机工作可靠.     

全射流喷头射流元件附壁频率

基于全射流喷头射流元件的工作原理和内部流动状况,分析射流元件附壁频率的影响因素.利用元件两侧压差大小,建立附壁频率计算式,通过射流元件壁面脉动压力测量获得的附壁频率试验数据,频率计算值与试验值符合较好.计算与试验结果表明,附壁频率随元件腔室容积增大,信号水导管长度的变长而减小,随喷头工作压力增大,信号水流量的增大而增大,对于PXH30全射流喷头射流元件,获得信号水流量与附壁频率的线性关系式.在无因次数计算与分析中,喷嘴雷诺数对斯特劳哈数影响较小,斯特劳哈数随欧拉数的增大而减小.附壁频率的研究能指导射流元件的设计和全射流喷头工作状态的调节.     

双向步进式全射流喷头工作稳定性

分析了PXSB50型双向步进式全射流喷头正反向步进过程的差异,从而对其稳定性进行研究.分别研究了喷头射流元件在正反向步进过程中控制导管回路内气液两相流的流动情况,并对回路压差进行了对比.信号导管长度、补气孔的大小及位置影响了喷头的运转步进频率、步进角度和喷头射程.正反向步进频率均随着导管长度的减小而增大,射程随着步进频率的增大而变小.对于相同的导管长度,正向步进频率明显大于反向步进频率,正向射程小于反向射程.补气孔位置离换向结构越近,频率越大,步进角度及射程也随之减小.通过分析和试验,找到了使PXSB50型喷头按照灌溉要求的正向频率及反向频率稳定运行时的喷头导管长度、补气孔大小及位置：取信号水管长度为378 mm,正向导管为648 mm,反向导管为648 mm,正向补气孔直径为2.0 mm,反向补气孔直径为2.5 mm,正向补气孔的位置为3 mm.     

基于正交试验法下对喷灌均匀性影响因子的综合分析

为了优化轻小型平移式喷灌机组灌溉施肥工况,在喷灌工作压力为0.25 MPa,比例吸肥泵进出口压力为0.22 MPa情况下,设计正交试验以研究施肥浓度、喷头车行走速度和喷灌高度3个因素对轻小型平移式喷灌机组水肥一体化性能的影响;对试验结果进行极差分析和方差分析,获得三因素的最佳水平组合并对比三因素影响因子大小.试验结果表明：影响轻小型平移式喷灌机组肥液浓度均匀度(CU₁)及肥液浓度分布均匀度(DU₁)的主要影响因素是喷灌高度,而施肥浓度和行走速度对其影响较小,显著性均大于0.05.影响肥液质量均匀度(CU₂)最主要因素是喷头车行走速度,其次是喷灌高度,而施肥浓度对其影响不具有统计学意义.施肥浓度、喷灌高度和行走速度对肥液质量分布均匀度(DU₂)影响因子显著性均大于0.05.最优施肥技术水平组合为A1B2C2,即施肥浓度为0.4 g/L,喷灌高度为1.2 m,行走速度为30 m/h.     

基于变频恒压控制下的喷微灌单元设计法及应用

利用机电泵加压进行喷微灌过程中,机电泵通常是利用工频电源(50 H z)作恒速运行,无法调节泵的运行特性与管网实际变化的运行状况相适应。在分析变频恒压控制系统原理的基础上,针对喷微灌技术应用中存在的问题,提出了喷微灌系统的单元设计法,对喷微灌系统压力进行分单元、分级控制,极大的提高了灌水均匀度,能够实现适时适量的科学灌水要求,同时具有显著的节水节能效益。