一种摇臂式喷头及喷灌方法

1.本发明属于喷灌设备领域，尤其涉及一种摇臂式喷头及喷灌方法。


背景技术：

2.喷灌是借助水泵加压或自然落差形成的有压水通过管道输送到喷头，然后由喷头将有压水喷射到空中，形成细小水滴或弥雾洒落到植物或地面上的一种灌溉方式，具有省工、省水、省地、节能、增产、不破坏土壤结构、调节地面气候且不受地形限制等优点，在园林、农业等领域应用广泛。喷灌设备一般由动力设备、输水管道、监测系统和喷头组合而成，其中摇臂式喷头是灌溉设备中重要的灌水器。
3.现有技术中的摇臂式喷头单一地在喷体端部采用角度固定式喷嘴出水灌溉，存在以下问题：(1)对于传统喷灌而言，正常工作压力下，风速对灌溉水利用系数和摇臂式喷头的组合间距影响较大，即风速越大，灌溉水利用系数越低，喷头的组合间距越小，造成喷头节水效果变差和设备成本增加；(2)通过降低工作压力可以降低喷头的雾化程度，增大液滴直径，提高喷头的抗风性，但会使摇臂式喷头径向水量分布变差，大量的水聚集到射程末端，而在射程中部有极少量的水，造成局部过喷现象，仅通过调节工作压力难以满足喷嘴最大射程适宜灌溉强度和径向布水均匀性，从而影响作物的产量及质量；(3)现有技术中采用散水装置对喷嘴射流撞击以提高雾化性能，但结构复杂、增加了设计和制造成本。因此需要提出一种摇臂式喷头及喷灌方法，该喷头既能满足在正常工作压力下具有良好的抗风性，又能保证低压下具有良好的雾化水平。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，为此，本发明提出了一种摇臂式喷头及喷灌方法，主喷嘴组件和副喷嘴组件通过可以相对喷管转动调节的喷嘴，调节主、副射流，调节偏流板和导流板对应主喷嘴组件保证喷洒驱动，可以获得最大射程，降低喷灌强度、提升喷灌均匀性、降低成本，满足在正常工作压力下具有良好的抗风性，又能保证低压下具有良好的雾化水平。
5.本发明的技术方案是：
6.一种摇臂式喷头，包括空心轴、喷管、摇臂和摇臂弹簧，所述喷管底部与空心轴转动连接，喷管侧底部设有副喷嘴组件，喷管顶端部设有与副喷嘴组件同侧设置的主喷嘴组件，所述主喷嘴组件和副喷嘴组件均包括与喷管连通、可以相对喷管转动调节的喷嘴；
7.所述喷管上设有被打击块和摇臂轴，所述摇臂包括可调节连接的第一臂杆和第二臂杆，摇臂上设有与被打击块限位配合的打击块，所述第一臂杆上设有对应主喷嘴组件设置的偏流板和导流板，所述摇臂弹簧套设于摇臂轴外部，所述第二臂杆套设于摇臂弹簧外部，摇臂弹簧两端分别与摇臂轴和摇臂相连。
8.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述空心轴内设有与喷管相连的空心轴套，所述空心轴套与空心轴之间设有减磨密封圈和v形密封圈，空心轴套外部设有位于喷管与空心轴
之间的防沙弹簧，所述喷管内设有靠近主喷嘴组件设置的稳流器。
9.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述主喷嘴组件和副喷嘴组件均还包括与喷管连通的固定件和密封件，所述固定件与喷管和密封件可拆卸连接，所述密封件内部设有橡胶密封，所述喷嘴一端外壁呈球形结构、且位于橡胶密封内可以相对橡胶密封转动，喷嘴另一端延伸至密封件外部；所述橡胶密封外壁密封件内壁过盈配合，橡胶密封上设有第一凸台和第二凸台，所述第一凸台与固定件和密封件限位配合，所述第二凸台与喷嘴球形面过盈配合；所述橡胶密封端部设有限位环，所述限位环与密封件限位配合，限位环内壁与喷嘴球形面配合。
10.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述第一臂杆和第二臂杆上设有对应连接孔，所述打击块上设有与第一臂杆或第二臂杆限位的第三凸台，所述第三凸台上设有穿过连接孔的螺栓。
11.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述空心轴上设有限位件，所述第二臂杆上设有反转块，所述喷管上设有换向器，所述换向器用于与限位件和反转块配合、驱动喷管绕空心轴换向运动，所述限位件包括两个限位臂，所述换向器包括换向座、摆块和折叠拨杆，所述换向座与喷头相连，所述摆块上设有穿过摆块与换向座相连的第一螺钉，摆块可以与反转块限位配合，所述折叠拨杆一端与摆块之间设有摆块弹簧，折叠拨杆另一端侧壁可以与两个限位臂限位配合，折叠拨杆上设有穿过折叠拨杆、与反转块相连的第二螺钉。
12.一种喷灌方法，其方法为采用如上所述摇臂式喷头进行喷灌，依据风力、工作压力调节主喷嘴组件的喷嘴仰角θ1为20
°‑
35
°
、相应调节偏流板和导流板对应主喷嘴组件，调节副喷嘴组件的喷嘴仰角。
13.上述一种喷灌方法，优选地，具体地：
14.当摇臂式喷头处于风力≤2级、额定工作压力-70％额定工作压力下，主喷嘴组件的喷嘴仰角θ1为30
°‑
35
°
；当摇臂式喷头处于风力为2-4级、额定工作压力-70％额定工作压力下，主喷嘴组件的喷嘴仰角θ1为20
°‑
25
°
；当摇臂式喷头处于＜70％额定工作压力下，调节副喷嘴组件的喷嘴仰角使副喷嘴组件与主喷嘴组件的射流相交，主喷嘴组件和副喷嘴组件射流交汇处切向夹角θ2≤45
°
。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.摇臂式喷头通过主喷嘴组件的喷嘴射流与摇臂的偏流板、导流板作用，在摇臂弹簧扭力下、以被打击块与打击块配合，实现喷管绕空心轴运转作全圆喷洒；主喷嘴组件的喷嘴射流与摇臂作用时，通过换向器与限位件和反转块配合、驱动喷管绕空心轴换向运动，实现喷头扇形喷洒；主喷嘴组件和副喷嘴组件的喷嘴的球形面可以相对橡胶密封转动，通过相对喷管转动调节的喷嘴、调节主、副射流，相应调节偏流板和导流板对应主喷嘴组件保证喷洒驱动，具有以下优点：
17.(1)通过调节主喷嘴组件的喷嘴仰角，可以获得最大射程，降低喷灌强度，增大喷灌管道间距，降低管道式喷灌系统中的管道投资；(2)通过调节副喷嘴组件的喷嘴仰角，可以对主喷嘴组件的径向水量灵活补充，达到提升喷灌均匀性的效果；(3)通过调节主喷嘴组件和副喷嘴组件的喷嘴仰角，在风速较大的时候达到抗风目的；(4)通过调节主喷嘴组件和副喷嘴组件的喷嘴仰角，在＜70％额定工作压力下，使副喷嘴组件与主喷嘴组件的射流相交撞击、提高低工作压力下喷头雾化性能；(5)副喷嘴组件与主喷嘴组件的射流相交撞击作
用，效果相当于现有散水装置，采用本结构可省却散水装置，降低喷头的设计成本及制造成本。
18.综上，摇臂式喷头和喷灌方法满足在正常工作压力下具有良好的抗风性，又能保证低压下具有良好的雾化水平。
附图说明
19.图1是本发明实施例1的结构图。
20.图2是本发明实施例1的后视立体图。
21.图3是本发明实施例1作全圆喷洒的剖视结构图。
22.图4是图3a部分结构结构放大图。
23.图5是本发明实施例1作扇形喷洒的换向器ⅰ状态图。
24.图6是本发明实施例1作扇形喷洒的换向器ⅱ状态图。
25.图7是本发明实施例1主喷嘴组件与喷管的装配图。
26.图8是本发明实施例1副喷嘴组件的立体图。
27.图9是本发明实施例1摇臂的立体图。
28.图10是本发明实施例1打击块的立体图。
29.图中：空心轴1、喷管2、摇臂3、第一臂杆31、第二臂杆32、偏流板33和导流板34、连接孔35、反转块36、摇臂弹簧4、副喷嘴组件5、主喷嘴组件6，喷嘴561、固定件562、密封件563、橡胶密封564、第一凸台565、第二凸台566、限位环567、换向器7、换向座71、摆块72、折叠拨杆73、第一拨杆731和第二拨杆732、六角螺栓733、第一螺钉74、摆块弹簧75、第二螺钉76、打击块8、第三凸台81，螺栓82、被打击块9、摇臂轴10、空心轴套11、减磨密封圈12、v形密封圈13、防沙弹簧14、稳流器15、限位件16、限位臂161。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.实施例1
34.图1-10所示为所述摇臂式喷头的一种较佳实施方式，所述摇臂式喷头，包括空心轴1、喷管2、摇臂3和摇臂弹簧4，所述喷管2底部与空心轴1转动连接，喷管2侧底部设有副喷嘴组件5，喷管2顶端部设有与副喷嘴组件5同侧设置的主喷嘴组件6，所述主喷嘴组件6和副喷嘴组件5均包括与喷管2连通、可以相对喷管2转动调节的喷嘴561；
35.所述喷管2上设有被打击块9和摇臂轴10，所述摇臂3包括可调节连接的第一臂杆31和第二臂杆32，摇臂3上设有与被打击块9限位配合的打击块8，所述第一臂杆31上设有对应主喷嘴组件6设置的偏流板33和导流板34，所述摇臂弹簧4套设于摇臂轴10外部，所述第二臂杆32套设于摇臂弹簧4外部，摇臂弹簧4两端分别与摇臂轴10和摇臂3相连。
36.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述空心轴1内设有与喷管2通过螺纹配合可拆卸相连的空心轴套11，所述空心轴套11与空心轴1之间设有减磨密封圈12和v形密封圈13，空心轴套11外部设有位于喷管2与空心轴1之间的防沙弹簧14；通过在空心轴套11上预设与减磨密封圈12和v形密封圈13配合的凹槽安装减磨密封圈12和v形密封圈13，防沙弹簧14对喷管2的支持力大于喷管2重力。
37.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述喷管2内设有靠近主喷嘴组件6设置的稳流器15，稳流器15的长度为主喷嘴组件6的喷嘴561出口直径的2.5-3倍，稳流器15的厚度为主喷嘴组件6的喷嘴561出口直径的1-1.4倍，稳流器15叶片的个数为4个，均匀分布在喷管2内部，稳流器15的出口位置与喷管2出口位置之间的距离为5-6倍的主喷嘴组件6的喷嘴561出口直径，稳流器15可以通过浇铸与主喷嘴组件6呈一体式结构，通过优化设置稳流器15，使主喷嘴组件6出流稳定出水效果好。
38.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述主喷嘴561装置与副喷嘴561装置的垂直距离为喷管2长度的0.7～1.0倍，副喷嘴组件5的喷嘴561出口面积为主喷嘴组件6的喷嘴561出口面积的0.3-0.4倍，使主喷嘴组件6与副喷嘴组件5位置、尺寸设计合理。
39.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述主喷嘴组件6和副喷嘴组件5均还包括与喷管2连通的固定件562和密封件563，所述固定件562与喷管2和密封件563可拆卸连接，优选地，固定件562通过螺纹配合与喷管2可拆卸连接，固定件562通过螺纹配合与密封件563可拆卸连接，螺纹配合中的内螺纹、外螺纹在固定件562、密封件563和喷管2上择一设置，配合连接；
40.所述密封件563内部设有橡胶密封564，所述喷嘴561一端外壁呈球形结构、且位于橡胶密封564内可以相对橡胶密封564转动，喷嘴561另一端延伸至密封件563外部；所述橡胶密封564外壁密封件563内壁过盈配合，橡胶密封564上设有第一凸台565和第二凸台566，所述第一凸台565与固定件562和密封件563限位配合，所述第二凸台566与喷嘴561球形面过盈配合；优选地，橡胶密封564外径大于密封件563内径1-2mm，第二凸台566内径大于喷嘴561球形面直径2-4mm；所述橡胶密封564端部设有限位环567，所述限位环567与密封件563限位配合，限位环567内壁与喷嘴561球形面配合，优选地，限位环567内壁曲面与喷嘴561球形面形状一致。
41.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述第一臂杆31和第二臂杆32上设有对应连接孔35，所述打击块8上设有与第一臂杆31或第二臂杆32限位的第三凸台81，所述第三凸台81上设有穿过连接孔35的螺栓82，通过螺栓82穿过连接孔35并以螺母锁紧，实现第一臂杆31和
第二臂杆32的连接，通过绕螺栓82相对第二臂杆32偏转第一臂杆31，实现转动调节，通过螺母锁紧力防止调节后第一臂杆31和第二臂杆32相对位移。
42.上述一种摇臂式喷头，优选地，所述空心轴1上设有限位件16，所述第二臂杆32上设有反转块36，所述喷管2上设有换向器7，所述换向器7用于与限位件16和反转块36配合、驱动喷管2绕空心轴1换向运动，所述限位件16包括两个限位臂161，所述换向器7包括换向座71、摆块72和折叠拨杆73，所述换向座71与喷头相连，所述摆块72上设有穿过摆块72与换向座71相连的第一螺钉74，摆块72可以与反转块36限位配合，所述折叠拨杆73一端与摆块72之间设有摆块弹簧75，折叠拨杆73另一端侧壁可以与两个限位臂161限位配合，折叠拨杆73上设有穿过折叠拨杆73、与反转块36相连的第二螺钉76；
43.优选地，折叠拨杆73包括第一拨杆731和第二拨杆732，第一拨杆731通过第二螺钉76与换向座71连接，第一拨杆731一端通过板块弹簧连接摆块72，第一拨杆731另一端通过六角螺栓733穿过第二拨杆732并以螺母锁紧，第二拨杆732上设有用于设置第一拨杆731的让位凹口，通过第二拨杆732绕六角螺栓733相对第一拨杆731偏转实现折叠收放，调节后以螺母锁紧。
44.实施例1的装配过程和工作原理为：
45.空心轴1与喷管2转动连接装配时，通过将减磨密封圈12和v形密封圈13预设在空心轴套11、将空心轴套11设于空心轴套11外部并与减磨密封圈12限位、将防沙弹簧14套设于空心轴套11外部、空心轴1顶部，通过螺纹配合将空心轴套11顶部与喷管2底部连接，并预压防沙弹簧14，实现空心轴1与喷管2转动连接装配，通过防沙弹簧14的弹性恢复力、保证空心轴套11与空心轴1之间的减磨密封圈12和v形密封圈13限位密封可靠、防止泥沙影响。
46.主喷嘴组件6和副喷嘴组件5装配时，将限位环567装入密封件563内部且与密封件563限位配合，将橡胶密封564通过弹性形变、过盈配合装入密封件563内部、与限位环567限位配合，橡胶密封564的第一凸台565与密封件563端部限位配合；将喷嘴561通过橡胶密封564弹性形变、过盈配合装入橡胶密封564内部，喷嘴561端部穿过限位环567延伸至密封件563外部，喷嘴561的球形面可以相对橡胶密封564转动，限位环567内壁与喷嘴561球形面配合、并在第二凸台566与喷嘴561球形面的过盈配合下保证喷嘴561转动调节后的密封可靠性，防止喷嘴561转动调节时出现漏水现象；
47.将密封件563通过与固定件562螺纹配合实现固定件562与密封件563可拆卸连接，第一凸台565位于密封件563和固定件562之间保证连接密封可靠性，固定件562通过螺纹配合与喷管2可拆卸连接，优选地，可在喷管2与固定件562之间增设密封、以保证连接密封可靠性，实现主喷嘴组件6和副喷嘴组件5的可拆卸装配，橡胶密封564内壁还可以与喷管2外壁配合提高密封性，喷嘴561与喷管2连通、可以相对喷管2转动调节，可以依据喷灌需求拆卸更换适宜口径的喷嘴561。
48.参见图3，喷头作全圆喷洒时，折叠拨杆73收起、脱离与限位件16的配合，并如图5换向器7ⅰ状态所示、绕第二螺钉76拨动折叠拨杆73，折叠拨杆73通过摆块弹簧75的拉力拉动摆块72绕第一螺钉74偏转，使摆块72相对换向座71收起，脱离与反转块36的限位配合；由空心轴1、向喷管2通水后、水流沿主喷嘴组件6和副喷嘴组件5的喷嘴561射流喷出时，主喷嘴组件6的喷嘴561射流冲向偏流板33，偏流板33使射流偏离轴线冲向导流板34，在水射流的作用下，摇臂3开始向外摆动，此时摇臂弹簧4逐渐受扭，因而给摇臂3一个相反的扭力矩，
但射流给导流板34的作用力矩比摇臂弹簧4的扭力矩大得多，摇臂3会脱离射流；脱离射流后，摇臂3就没有了能量来源，但会在惯性力的作用下，摇臂3以减速运动的方式继续向外摆动，这时摇臂弹簧4的扭力矩随着摇臂3向外的摆动而逐渐增大，摇臂3逐渐减速，直到摇臂3速度为0时，由于摇臂弹簧4的作用，摇臂3开始反向运转，进而切入射流；
49.摇臂3进入射流后，通过打击块8与被打击块9撞击力作用、驱使喷管2绕空心轴1运转，喷管2运转后，由于摇臂3能量耗尽，会停留在主喷嘴组件6的喷嘴561射流中，射流又会对偏流板33、导流板34作用，进而又重复上述的过程、进而实现全圆喷洒。
50.参见图5-6，喷头作扇形喷洒时，将折叠拨杆73的第二拨杆732放置与限位件16的两个限位臂161之间，并如图5换向器7ⅰ状态所示、绕第二螺钉76拨动折叠拨杆73，折叠拨杆73通过摆块弹簧75的拉力拉动摆块72绕第一螺钉74偏转，折叠拨杆73与一侧限位臂161限位，使摆块72相对换向座71收起，脱离与反转块36的限位配合；同理，通水喷洒时，喷管2在摇臂3作用下绕空心轴1运动，但运动至如图6换向器7ⅱ状态时，折叠拨杆73在限位件16的另一侧限位臂161作用下、绕第二螺钉76拨动偏转，通过摆块弹簧75推动摆块72绕第一螺钉74反向偏转，使摆块72相对换向座71自动弹出，摆块72与反转块36可以限位配合、相互打击，使喷管2绕空心轴1反向转动；
51.同理，当喷管2反向转动至一定角度后，折叠拨杆73受限位臂161限位拨动作用返回换向器7ⅰ状态，摆块72相对换向座71自动收起，脱离与反转块36的限位配合，喷管2在摇臂3作用下绕空心轴1正向运动，至重复在换向器7ⅱ状态和换向器7ⅰ状态自动切换，换向器7用于与限位件16和反转块36配合、驱动喷管2绕空心轴1换向运动，实现喷头扇形喷洒。
52.实施例2：
53.一种喷灌方法，其方法为采用如实施例所述摇臂式喷头进行喷灌，依据风力、工作压力调节主喷嘴组件6的喷嘴561仰角θ1为20
°‑
35
°
、相应调节偏流板33和导流板34对应主喷嘴组件6，调节副喷嘴组件5的喷嘴561仰角。
54.上述一种喷灌方法，优选地，具体地：
55.当摇臂式喷头处于风力≤2级、额定工作压力-70％额定工作压力下，调节主喷嘴组件6的喷嘴561仰角θ1为30
°‑
35
°
，依据最大射程确定仰角θ1、降低喷灌强度，同时为了使摇臂3产生驱动力，通过相对第二臂杆32调节第一臂杆31，使偏流板33和导流板34对应主喷嘴组件6的喷嘴561射流，通过调节副喷嘴组件5的喷嘴561仰角，对水量进行补充，以达到提升水量分布均匀性的作用；
56.当摇臂式喷头处于风力为2-4级、额定工作压力-70％额定工作压力下，调节主喷嘴组件6的喷嘴561仰角θ1为20
°‑
25
°
，同时为了使摇臂3产生驱动力，通过相对第二臂杆32调节第一臂杆31，使偏流板33和导流板34对应主喷嘴组件6的喷嘴561射流，通过调节副喷嘴组件5的喷嘴561仰角，对水量进行补充，以起到提升水量分布均匀性的作用、达到抗风作用；
57.当摇臂式喷头处于＜70％额定工作压力下，依据最大射程确定主喷嘴组件6的喷嘴561仰角θ1、降低喷灌强度，相应调节偏流板33和导流板34对应主喷嘴组件6，调节副喷嘴组件5的喷嘴561仰角使副喷嘴组件5与主喷嘴组件6射流相交，通过水束相撞击起到提高喷头水量分布均匀的效果，提高低工作压力下喷头雾化性能，同时为了尽可能减少撞击过程中喷头射程的损失，在撞击过程中，参见图3主喷嘴组件6和副喷嘴组件5射流交汇处切向夹
角θ2≤45
°
。
58.作全圆喷洒或扇形喷洒的摇臂式喷头，主喷嘴组件6和副喷嘴组件5通过可以相对喷管2转动调节的喷嘴561、调节主、副射流，相应调节偏流板33和导流板34对应主喷嘴组件6保证喷洒驱动，具有以下优点：
59.(1)通过调节主喷嘴组件6的喷嘴561仰角，可以获得最大射程，降低喷灌强度，增大喷灌管道间距，降低管道式喷灌系统中的管道投资。
60.(2)通过调节副喷嘴组件5的喷嘴561仰角，可以对主喷嘴组件6的径向水量灵活补充，达到提升喷灌均匀性的效果。
61.(3)通过调节主喷嘴组件6和副喷嘴组件5的喷嘴561仰角，在风速较大的时候达到抗风目的。
62.(4)通过调节主喷嘴组件6和副喷嘴组件5的喷嘴561仰角，在＜70％额定工作压力下，使副喷嘴组件5与主喷嘴组件6射流相交撞击、提高低工作压力下喷头雾化性能。
63.(5)副喷嘴组件5与主喷嘴组件6射流相交撞击作用，效果相当于现有散水装置，采用本结构可省却散水装置，降低喷头的设计成本及制造成本。
64.综上，摇臂式喷头和喷灌方法满足在正常工作压力、即额定工作压力-70％额定工作压力下具有良好的抗风性，又能保证低压即＜70％额定工作压力下具有良好的雾化水平。
65.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
66.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。