一种结构优化的摇臂式喷头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于农田、园林绿地和花卉苗圃等喷灌装置的设计，特别涉及一种副喷嘴经过结构优化的摇臂式喷头，属机械零部件制造领域。
【背景技术】
[0002]喷灌技术是我国建设节水型农业，实现现代农业机械化、智能化不可缺少的优秀灌溉技术，高质量的喷灌设备是应用喷灌技术的重要基础条件，摇臂式喷头是喷灌系统和喷灌机组中重要的必备设备。
[0003]喷灌喷头有多种类型，如单喷嘴喷头，其喷洒域分布类似环形，水量主要集中在射流末端，而近处水量少，副喷嘴结构的“三角形”曲线水量分布增加了喷头近处水量，优化了喷灌水量分布，提高了喷头的喷洒均匀度。
[0004]摇臂式喷头副喷嘴的结构参数的相关研究很少，而且副喷嘴设计方法及副喷嘴的结构参数与喷头水力性能之间的关系还需继续研究，因此需设计一种结构优化的摇臂式喷头。
【发明内容】
[0005]针对现有摇臂式喷头副喷嘴存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于提供一种副喷嘴经过结构优化的摇臂式喷头，该方法将原摇臂式喷头的副喷嘴位置参数和仰角参数进行优化处理，新设计出一种具有较优结构的副喷嘴的摇臂式喷头，可有效改善喷头水力性能，提高摇臂式喷头的喷洒均匀性。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种副喷嘴经过结构优化的摇臂式喷头，包括导水板1、挡水板2、主喷嘴3、摇臂4、摇臂弹簧5、三层垫圈6、空心轴喷管7、轴套8、防沙弹簧9、副喷嘴10、摇臂轴11、实验喷头12、压力表13、流量计14、节流阀15、水栗16、水箱17、回流阀18。其特征在于:该方法是设计出摇臂式喷头副喷嘴位置参数L和仰角参数α。
[0007]通过数值模拟和水力学实验相结合的方法，计算出不同副喷嘴结构的喷头的喷灌均匀系数Cu和分布均匀系数Du这两个喷头的重要评价指标，得出副喷嘴参数L为19.8mm，α为18°的喷头的喷灌均匀系数Cu和分布均匀系数Du在各个压力下都较大，说明该喷头的副喷嘴结构参数较为合理。
[0008]本实用新型一种结构优化的摇臂式喷头的工作原理是:
[0009]摇臂式喷头在工作运转的时候通过不同能量的相互传递和转化进行工作。水流通过偏流板从而射向导流板，转过60?120°，摇臂部分也得到动能绕摇臂轴摆动一定角度，摇臂就获得了一定的转动速度从而脱离了水流；摇臂继续绕摇臂轴转动，一直到摇臂弹簧获取的扭转力矩达到最大，摇臂的动能则全部转化成摇臂弹簧的弹性势能；从而产生了扭力矩，摇臂做回转运动，弹性势能则渐渐又转变为摇臂的动能，一直到摇臂的偏流板即将进入水流；当摇臂弹簧的弹性势能又全部转化为摇臂的动能，摇臂的偏流板又重新进入水流，水流经偏流板又产生了作用力使得摇臂的动能继续增大；摇臂回转时有较大的惯性力，而且偏流板也产生了部分切向附加力，在这两种力的共同作用下，摇臂获得较大的转动速度来撞击喷头的喷管，在轴套的作用下使得整个喷头旋转3?5°，每次摇臂与喷体撞击结束后，摇臂也就做了一个完整的旋转碰撞过程；由于轴套与空心轴套管间产生了摩擦力，使得整个喷头很快就停止运动，整个运动过程非常迅速，这样的往复运动使得喷头旋转起来连贯稳走。
[0010]本实用新型一种结构优化的摇臂式喷头有益效果是:达到改善单喷头整体水量分布的目的，它可以有效地增加喷头的近处水量，从而把单喷头的水量分布曲线改善为接近“三角形”分布，优化了喷灌水量分布，也因此可以改善其喷灌均匀性。本发明方法所设计的副喷嘴结构简单，科学合理，重量轻，成本低，可以有效改善摇臂式喷头的水力性能，提高摇臂式喷头的喷灌均匀性。
【附图说明】
[0011]图1为副喷嘴结构经过优化的摇臂式喷头的结构示意图。
[0012]图2为喷头喷体副喷嘴参数结构示意图。
[0013]图3为喷头内流道三维结构示意图。
[0014]图4为实验系统示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明:
[0016]研究摇臂式喷头的副喷嘴设计方法，优化摇臂式喷头的副喷嘴结构，从而建立摇臂式喷头副喷嘴的结构参数与喷头水力性能之间的关系，通过逆向工程的方法获得了摇臂式喷头的整体三维模型，依据影响副喷嘴性能的关键性结构参数，针对副喷嘴的位置和仰角参数，设计出了九种副喷嘴结构的摇臂式喷头，并且利用Pro/E建立了这些喷头的整体三维模型，结合HyperWorks软件获得了九种副喷嘴结构的摇臂式喷头内流道三维模型，利用CFD软件FLUENT对九种喷头的内流道模拟，运用快速成型技术加工出喷头模型进行实验研究，将实验数据输入软件Sprinkler 3D和SIUEW1.0中，运用五种不同插值方法和两种喷头组合方式计算九种副喷嘴结构喷头的组合均匀度。
[0017]把模拟和实验数据进行对比分析，确定了当摇臂式喷头的副喷嘴参数L为19.8mm，α为18°时为喷头最佳结构参数。
【主权项】
1.一种结构优化的摇臂式喷头，主要由:导水板(I)、挡水板(2)、主喷嘴(3)、摇臂(4)、摇臂弹簧(5)、三层垫圈(6)、空心轴喷管(7)、轴套(8)、防沙弹簧(9)、副喷嘴(10)、摇臂轴(11)组成；其特征在于，所述摇臂式喷头设计出的副喷嘴(10)位置参数L和仰角参数α使得喷头在转动过程中增加了其近处的喷水量，从而有效提高了摇臂式喷头的喷灌均匀性。2.根据权利要求1所述的结构优化的摇臂式喷头，其特征在于，主喷嘴(3)、副喷嘴(10)以及喷体运用快速成型的光固化成型法加工。3.根据权利要求1所述的结构优化的摇臂式喷头，其特征在于，所述的摇臂式喷头喷体副喷嘴参数L为19.8mm，α为18°的喷头。4.根据权利要求1所述的结构优化的摇臂式喷头，其特征在于，主喷嘴(3)、副喷嘴(10)以及喷体为树脂材料制成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种结构优化的摇臂式喷头，本研究采用流场模拟和实验验证相结合的方法对摇臂式喷头的副喷嘴结构参数进行了优化设计。运用Pro/E建立了摇臂式喷头的三维结构，选择副喷嘴的仰角α和位置L为待优化参数，设计出九种副喷嘴结构的摇臂式喷头。利用CFD软件FLUENT对九种喷头的内流道进行模拟，运用快速成型技术加工出喷头样品进行实验验证，运用不同插值方法和组合方式计算喷灌组合均匀度，对喷头喷洒均匀性进行评价，确定了副喷嘴位置参数L为19.8mm、仰角参数α为18°的喷头为摇臂式喷头副喷嘴的最佳结构参数。因此，本实用新型有效的改善了摇臂式喷头的水力性能，提高了摇臂式喷头的喷灌均匀性。
【IPC分类】B05B13/02, B05B3/14
【公开号】CN204799447
【申请号】CN201520305490
【发明人】韩文霆, 郭聪聪, 王玄, 姚小敏, 李广
【申请人】西北农林科技大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年5月7日