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中心支轴式喷灌机运行管理手册

时间:2020-08-12 16:34:54 机运 喷灌 手册

 中心支轴式喷灌机 运行手册 黑龙江东部节水设备有限公司 二〇一三年三月

 目 录 第一章 中心支轴 式喷 灌机应 用概述 ..................................................................- - ..1

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 第一节 喷灌机优 缺点及使用条件 ............................................................................... - 1 - 第二节 喷灌机发 展历 程 ............................................................................................... - 2 - 第二章 中心支轴 式喷 灌机基本知识 ..................................................................- - ..2

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 第一节 喷灌机工作原理和组 成 ................................................................................... - 2- 第二节 喷灌机的喷 头布置 ......................................................................................... - 7- 第三章 中心支轴 式喷 灌机喷 灌工程设 计 ..........................................................

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 第一节 规 划 设 计参数 ................................................................................................. - 8 - 第二节 田间 工程设 计和灌溉 制度拟 定 ..................................................................... - 12 - 第三节 水泵 选 型

 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ . .................................................................................... - 19 - 第四节 水源工程设 计................................................................................................. - 21 - 第四章 中心支轴 式喷 灌机的安装与调 试 ........................................................- -. ..

 22 - -

 第一节 喷灌机安装前应 具备 的条件及安装准备 ..................................................... - 22 - 第二节 安装顺 序及要求 ............................................................................................. - 23- 第三节 整机调 试 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ - 26- 第四节 电气控制系统 的工作原理与动 作步骤 ......................................................... - 27 - 第五章 中心支轴 式喷 灌机的操作与维 护 ........................................................- -. ..

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 第一节 喷灌机使用前的检 查.................................................................................... . - 31- 第二节 运行操作 ⋯ ⋯ .. .............................................................................................. . - 32 - 第三节 喷灌机的维 护保养与贮 存 ............................................................................. - 33 - 附表 ⋯ ⋯ ⋯ . .............................................. ............................................................- -. .

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 案例一:中心支轴 式喷 灌机典型设 计(一机一井 0 300 亩 )

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 案例二:中心支轴 式灌机典型设 计 (

 0 500 亩 )

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 第一章 中心支轴式(圆形)喷灌机应用概述 中心支轴式喷灌机( Center pivot irrigation system),也称时针式或圆形喷灌机,是 将装有喷头的管道支承在可自动行走的支架上,围绕备有供水系统的中心点边旋转边喷灌的 大型喷灌机。

 第一节 喷灌机特点及使用条件 中心支轴式喷灌机与其他喷灌设备和喷灌系统相比,中心支轴式喷灌机主要有以下特 点。

 一、特点 1、 中心支轴式喷灌机是迄今为止自动化程度最高的喷灌设备,可节约大量劳动力。

 2、 中心支轴式喷灌机机组进水口位于中心支座下部,由于中心支座是固定的,所以供 水系统非常简单。

 3、导向和同步控制系统仅与固定的中心支座有关,运行可靠,管理简单。

 4、完成一次灌水循环(旋转一圈)后,机组停留在起始位置,以备下一次灌水作业。

 5、可及时、精确地控制灌水量,管理方便,灌溉水利用率高。

 6、中心支轴式喷灌机能提高化肥和农药的利用效率。

 7、灌水作业灵活性高,有利于编制切实可行的用电计划。

 对于所有的灌溉设备,为了降低单位灌溉面积的投资,都应设法利用最小的设备投入, 灌溉尽可能大的灌溉面积。采用中心支轴式喷灌机时,由于设备造价与机组长度成正比,而 它所灌溉的面积与机组长度的平方成正比,因此灌溉面积越大效益越高。

 二、适用条件 中心支轴喷灌机几乎适用于灌溉各种质地的土壤,以及各种大田作物、蔬菜、经济作物 和牧草等。我国西北、东北、华北各地和广东、广西、云贵高原等地的广大农牧业区,凡土 地连片,作物种类统一、地面上无电杆、排水沟等障碍物均可使用。

 第二节 喷灌机发展历程 一、国外大型喷灌机发展历程 20 世纪 50 年代初, 美国人发明了中心支轴式喷灌机 , 早期以液压驱动和水力驱动为 主,1965 年出现电力驱动 圆形喷灌机。

 此后, 中心支轴式喷灌机在全世界得到了广泛的应用, 如今已在各大洲灌溉着数千万公顷的耕地、沙丘和草原,可称为世界农业灌溉史上的一次革 命, 曾被美国著名科技刊物《科学美国》称赞为中心支轴式喷灌机是自从拖拉机 取代耕畜以 来,意义最重大的农业机械发明。

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 由于中心支轴式喷灌机自动化程度高、灌溉质量好、单机控制面积大,尤其是中心支轴 式喷灌机对地形的适应性强, 对水源的要求低, 因而非常适应人多地少地区的农业生产。

 二、国内大型喷灌机发展历程 我国大型喷灌机技术的研究开始于 1976 年,由于受到我国农业体制和经济体制的影响, 引进推广工作一波三折,大致经历了起步阶段 (1976-1978 年) ,引进和关键部件公关阶段 ( 1979-1986 年) ;完善提高和稳妥推广阶段 (1987-1997 年) ;技术创新和产业化阶段 ( 198 年 至今) 。据不完全统计,截止 2008 年上半年,大型喷灌机全国保有量接近 5000 台,主要分 布在内蒙古、黑龙江、甘肃、宁夏、山西、河北等地,对农作物的有效灌溉使得产量有了大 幅度提高,经济效益显著。

 图 2.1 典型配置中心支轴式喷灌机 第二章 中心支轴式(圆形)喷灌机基本知识 第一节 喷灌机工作原 理和组成 中心支轴式喷灌机由中心支座、塔架车、喷洒桁架、末端悬臂和电控同步系统等部分组 成。装有喷头的若干跨桁架,支承在若干个塔架车上。桁架之间通过柔性接头连接,以适应 坡地等作业。

 每个塔架上配有 1KW 左右的电机作为行走动力, 配套动力可用电网或柴油发电 机组,还配有专门安全可靠的电控同步系统,用于启闭塔架车上的电机。最远处的塔架车先 启动,根据工况,逐个启动相邻的塔架车。所有的塔架车就一个跟一个的运转起来,绕着中 心支轴旋转,从而实现圆形面积的自动喷洒作业。

 中心支轴式喷灌机的组成如图 2.1 所示。从图中可看出, 典型配置的中心支轴式喷灌机 主要由中心支座、桁架、塔架车、末端悬臂、控制系统和灌水器等 6 大部分组成。此外,有 时中心支轴式喷灌机还配备末端喷枪或地角装 一、中心支座 中心 支座是喷灌机的回转中心, 也是进水口。它的外部是一个由立柱、 横梁和底板组 成 的宝塔形框架,中间部分是转动套和支轴弯管。转动套的上部固定在框架上,下部与水源相 2

 连。支轴弯管的竖直部分位于转动套内,可在其中自由转动;另一端与首跨桁架输水支管以 球铰连接, 以适应首跨桁架因地形变化在铅垂方向产生 的上下位移。

 底板用地角螺栓固定在 混凝土基础上以保持稳定。主控制箱通常安 装在中心支座的框架上。转动套上设有集电环, 照明灯和压力表 等安装在支轴弯管的水平管上。

 图 2.2 中心支座 二、桁架 桁架 主要由输水支管、三角形弦架和拉筋等组成。桁架分首跨、中间跨和末跨三种,分 别安装在机组的不同部位, 各跨之间的差别不大。为了适应机组长度方向的地 形变化, 保证 喷灌机行走的同步性, 各跨桁架之间采用球绞连接, 其输水支管采 用柔性接头或橡胶套筒连 接。桁架跨距(长度)通常为 48m、54m、60m。输水支管公称直径通常为 100 ~250mm,最常 用的输水支管公称直径为 140 mm 、165 mm。

 由于各跨桁架之间采用柔性连接,所以中心支轴式喷灌机在机组长度方向可适应坡度达 20%(11.3 o)的地块。

 桁架下部拉筋与地面之间的垂直距离称为地隙高度为 2 ~3.2m,(根据用户要求定)。地 隙高度根据所灌溉的作物高度和机组长度方向的地块平整度确定 。需要指出的是, 如果灌溉 的作物为马铃薯、牧草、小麦等矮秆作物,且地块在机组长度方向比较平整,应选择较小的 地隙高度,以提高机组的稳定性。

 图 2.3 桁架 三、塔架车 塔架车由立柱、横梁和底梁组成的 A 字型构架以及动力机、传动装置和橡胶车轮组成。

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 A 字型构架的上部与桁架相连;下部的底梁两端各安装一个车轮减速器,并连接橡胶车轮。

 动力机安装在底梁中间,通过传动装置将动力传递给车轮,驱动塔架车向前行走。传动装置 包括两级减速器和中间的万向节。动力机为电动机并与一级减速器制成一体,所以也称电机 减速器;而与车轮相连的减速器则称为车轮减速器或二级减速器。

 中心支轴式喷灌机每旋转一圈 所需的最短时间根据下式计算:

 T=L/(30nD)

 (2-1)

 式中 T ——喷灌机每旋转一圈所需的最短时间, h; L——中心支座到末端塔架车之间的距离, m; n——车轮转速 =0.72 /min ; D——车轮外径 =1.26m; 图 2.4 塔架车 塔架车驱动电动机功率大小与一级减速器类型、桁架输水支管直径、桁架跨距以及灌溉 田块的土质、地垄高度和坡度大小有关。电动机功率为 0.55 ~1.5kW。

 图 2.5 行走驱动系统 四、悬臂 悬臂由输水支管、三角支架和钢丝绳组成。悬臂输水支管采用法兰与末跨桁架输水支管 的尾端相连,其公称直径通常比桁架输水支管小,长度一般不大于 2 0 m。三角支架和钢丝绳 的作用是支撑、稳固悬臂输水支管。

 悬臂有两个作用,一是以较小的设备成本增加机组长度,扩大灌溉控制面积;二是通过 调整其长度,来满足各种地块对机组长度的需求。

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 图 2.6 悬臂 五、控制系统 控制系统由主控制箱、集电环、塔架盒和电缆等组成。这些组成部件相互配合,可实现 中心支轴式喷灌机同步正反向运行、 行走速度调整、 运行监测 、安全保护、 故障报警等功能。

 1、主控制箱 主控制箱安装在中心支座上 ,是喷灌机的中枢控制,所以也称中枢控制箱或中控箱。

 喷 灌机的所有控制功能都要通过主控制箱接收信号、进行处理并发出指令来实现。

 主控制箱的主要功能如下:

 (1)经由集电环向各塔架盒供电,再由塔架盒根据各塔架车所在位置决定是否向电动 机供电,以保证各桁架之间的同步性,使喷灌机正向或反向运行。

 (2)通过安装在主控制箱面板上的百分率计时器,调整末端塔架车在 1min 内的走、停 时间比例,达到调节喷灌机行走速度,控制灌水量(灌水深度)

 ,满足作物用水需求的目的。

 例如,将百分率计时器调节为 70%,则表示在 1 分钟内的前 70%,即 42s 时间里,末端塔架 车连续行走;在接下来的 30%,即 18s 时间里,末端塔架车停止。

 (3)通过安装在主控制箱内的电压表、电流表等,监测机组运行状况。喷灌机运行中, 当电压、电流超过设定值时,发出报警信号。

 图 2.7 主控制箱 5

 图 2.8 接线图 2、集电环 集电环安装在中心支座上,其内装有相互绝缘的铜环以及与铜环滑动接触的碳刷。铜环 固定不动,碳刷随喷灌机转动。集电环的作用是,当各跨桁架围绕中心支座作旋转运动时, 防止安装在中心支座上的主控制箱和各塔架盒之间的连接电缆缠绕在中心支座上,保证各条 电气线路畅通。

 图 2.9 集电环 3、塔架盒 塔架盒安装在各塔架车的上部,其内部安装有同步控制角调节装置、运行微动开关、安 全微动开关、 交流接触器。

 同步控制角调节装置由调节杆和凸轮机构组成。同步控制角一般 调节为不大于 1o。当某一塔架车两侧桁架之间的夹角达到该角度时, 运行微动开关常开触点 闭合,通过交流接触器接通电动机的电源,该塔架车开始行走。当该塔架车两侧的桁架成一 直线时,运行微动开关常开触点断开,电动机的电源被切断,塔架车停止行走。各个塔架车 均按此调整并运行,就保证了喷灌机的同步性。

 图 2.10 塔架盒 6

 六、灌水器 中心支轴式喷灌机配套的灌水器采用散悬吊散射式喷头。

 目前,国内外的中心支轴式喷灌机大部分都采用美国生产的或仿制美国的散射式喷头。

 喷嘴尺寸通常采用 2 种表示方式,即以 1/64 或 1/128 英寸为单位,并且只用分子数值表 示喷嘴尺寸。

 例如,10 号喷嘴,根据制造厂不同, 可能表示喷嘴尺寸为 10/64 英寸(4.0mm), 也可能为 10/128 英寸(2.0mm)。

 图 2.11 灌水器 七、末端喷枪 末端喷枪安装在悬臂的尾端。所谓末端喷枪,实际上就是一只中远射程旋转式喷头。中 心支轴式喷灌机桁架和悬臂段大都采用散射式喷头,机组末端的压力很低,因此需要在末端 喷枪上游安装一台增压泵,才能满足中远射程旋转式喷头工作压力的需求。

 安装末端喷枪有三个作用。一是增加机组灌溉半径,扩大灌溉控制面积,末端喷枪在机 组运行过程中一直运行,机组的灌溉面积是一个半径增大的圆形。二是末端喷枪仅在正方形 地块的四个角附近运行,以弥补本来未浇灌到的区域。三是当田间靠近机组末端有电杆、树 木等障碍物时,可躲避障碍物。

 图 2.12 末端喷枪组件 7

 第二节 喷灌机的喷头布置 设计中心支轴式喷灌机灌溉项目时应考虑的主要因素之一是正确选择喷头组合。喷头的 间距以及类型或尺寸是两个主要变量。

 灌溉的目标是尽可能提供最均匀的水量分布。中心支轴式喷灌机远端桁架的覆盖面积比 近端桁架大。因此,喷嘴的密度和尺寸应沿着输水支管从中心支轴向远端逐渐增加。

 大多数中心支轴式喷灌机所用的喷嘴都具有固定尺寸的出水孔(安装在输水支管的特定位 置),并根据喷嘴所在位置压力的大小喷洒出一定的水量。

 在中心支轴式喷灌机上, 由于靠近 中心支座处的覆盖面积相对小,只需很小的水量,所以喷嘴尺寸也非常小。在许多情况下, 由于所需的灌水强度太小,所以不可能制造出既能满足适当水量,又不会发生堵塞的喷嘴。

 因此,第一跨桁架有时可能会因喷嘴尺寸太大而出现过量灌水。这其中的一部分可通过加大 喷头间距的方式得到补偿。但是喷头必须足够密,以获得良好的交叉重叠。

 在中心支轴式喷灌机的远端桁架中,所需的水量增加,喷头的喷嘴需要加大,以满足水 量增加的需要。某些情况下,特别是机组相当长,或机组流量特别大的时候,最大尺寸的喷 嘴也不符合要求。在这种情况下,可能必须在出水口上加一个三通,安装两个喷嘴。其他可 能的解决方法是减小喷头间距、降低机组流量或增加压力。

 DYP 型中心支轴式(圆形)喷灌机喷头间距组合方式为统一喷头间距。机组输水支管上 喷头之间采用 2.4 、3m 的任一相同间距, 喷头的流量随着它们与中心支轴之间距离的增加成 正比例增加。

 喷头的湿润直径也随之增加,但不与流量成正比。湿润直径为喷头射程的 2 倍。

 喷灌机用典型折射式喷头性能参数见附录 2 。

 第三章 中心支轴式(圆形)喷灌机喷灌工程设计 中心支轴式喷灌机由数个塔架组合而成, 并由驱动机构驱动行走 , 喷灌机的性能参数、 设 备配套和材料选用在出厂前已经确定。在大型喷灌机组喷灌系统的规划设计中,规划设 计重点包括:水源工程的规划设计,灌溉制度的拟定,机组控制面积的计算,机组布置 方式、位置和台数的确定,根据喷灌机性能参数校核系统在运行状况下是否满足喷洒质 量要求。

 第一节 规划设计参数 喷灌系统的规划与设计参数主要包括基本参数、质量控制参数、设计参数等。

 一、基本参数 (一)灌溉设计保证率 灌溉设计保证率指的是在多年运行中,灌区用水量能得到充分满足的机率。喷灌灌溉保 8

 证率包含了水源来水量的保证程度和灌溉设备的保证程度两个方面。

 《喷灌工程技术规范》 (GB/T50085)规定,以地下水为水源的喷灌工程其灌溉设计保证率不应低于 90% ,其它情 况下喷灌工程灌溉设计保证率不应低于 85%。

 对于一个具体的喷灌工程,确定灌溉保证率不但要考虑水源等自然条件,还要考虑作物 价值等经济条件。灌溉保证率确定后,通过对有关资料组成的较长系列进行频率计算,选出 符合设计保证率的某一年,作为设计代表年,并以此作为拟定喷灌工作制度和规划水源工程 的依据。

 (二)设计日最大耗水量 ETa 作物日最大耗水量 ETa 可按彭曼- 蒙蒂斯(Penman-Monteith)公式和作物系数来计算, 资料缺乏地区可参考相关标准或其他资料直接选取。

 (三)设计喷洒水利用系数 喷洒水利用系数是指降落到地面和作物上的水量与喷头喷出水量的比值,用 ηp 表示。

 影响 ηp 值大小的因素主要有风速、气温、空气湿度以及喷洒水的雾化程度等。有条件时宜 通过实测确定,无实测资料时,可根据气候条件在下列数值范围内选取:

 (1)风速低于 3.4m/s ,ηp =0.8 ~0.9 ; (2)风速为 3.4~5.4m/s ,ηp =0.75 ~0.8 。

 当风力超过 3 级,即风速大于 5.4m/s 时,喷洒水的漂移损失将要大大增加, 一般不进 行喷洒(下喷折射式、散射式喷头适应风速可大些)

 。

 (四)设计灌溉水利用系数 = P × G (3-1)

 式中:

 -- 灌溉水利用系数; P-- 喷洒水利用系数; G-- 管道系统水利用系数,可在 0.95~0.98 之间选取,对于单井中心塔架处供 水,无管道远距离输水时, G 取 1。

 二、质量控制参数 质量控制参数是衡量喷灌工程质量好坏的主要指标,主要包括喷灌强度、喷灌均匀度和 雾化指标。

 (一)喷灌强度 喷灌强度是指单位时间内喷洒到地面的水层深度,一般情况下,中心支轴式喷灌机上的 喷头结构、喷头工作压力和布置形式出厂时已经确定,工程人员只能选用。工程设计时,应 根据土壤类型和地形坡度选用不同喷灌强度的喷灌机,中心支轴式喷灌机灌溉时允许地面有 9

 少量积水,其喷灌强度可略大于下表中土壤允许喷灌强度。

 表 3-1 各类土壤的允许喷灌强度 (mm/h) 土壤类别 允许喷灌强度 沙土 20 沙壤土 15 壤土 12 壤粘土 10 粘土 8 注:有良好覆盖时,表中数值可提高 20%。

 表 3-2 坡地允许喷灌强度降低值 (%) 地面坡度(%) 允许喷灌强度降低值 5~8 20 9~12 40 13~20 60 >20 75 (二)喷灌均匀度 喷灌均匀度是指在喷灌面积上水量分布的均匀程度,通常用喷灌均匀系数来表征。

 中心支轴式喷灌机喷灌均匀系数主要受喷灌机运行速度稳定性、喷头结构、喷头工作压 力和布置形式、地面坡度、风速和风向等因素影响。

 喷灌均匀系数可按下式计算:

 h C u 1 (3-2)

 h 式中:Cu -- 喷灌均匀系数; h -- 喷洒水深的平均离差, mm; h -- 喷洒水深的平均值, mm。

 按照《喷灌工程技术规范》 ,中心支轴式喷灌机设计喷灌均匀系数不应低于 0.85 。

 (三)雾化指标 雾化指标用喷头设计工作压力和主喷嘴直径的比值计算,公式如下:

 W h

 h p d

 (3-3)

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 式中:

 Wh-- 雾化指标; hp -- 喷头设计工作压力水头, m; d -- 喷头主喷嘴直径, m。

 设计时,根据灌溉作物的不同,选择适宜的喷头配置。不同作物种类的适宜雾化指标见 表 3-3 。

 表 3-3 不同作物的适宜雾化指标 作物种类 Wh 蔬菜及花卉 4000~5000 粮食作物、经济作物及果树 3000~4000 饲草料作物 2000~3000 三、设计参数 (一 )设计灌水定额 设计灌水定额和设计灌水周期是确定喷灌系统设计流量的依据,也是确定系统其它设计 参数的基础数据。

 灌水定额指一次灌水单位面积的灌水量。最大灌水定额可按下式确定:

 m s 0.1h( ) (3-4) m s 0.1 γh( ) (3-5) 式中:ms-- 最大灌水定额, mm; h-- 计划湿润层深度, cm; β1-- 适宜土壤含水量上限(体积百分比)

 ; β2-- 适宜土壤含水量下限(体积百分比)

 ; 3 ; γ-- 土壤容重, g/cm β1′-- 适宜土壤含水量上限(重量百分比)

 ; β2′-- 适宜土壤含水量下限(重量百分比)

 。

 设计灌水定额 m 应在不大于最大灌水定额的前提下, 根据作物的实际需水要求和试验资 料进行选择。

 (二)设计灌水周期 灌水周期指一次灌水所需的天数。设计灌水周期应根据当地试验资料确定,缺少试验资 料时灌水周期可按下式计算:

 T

 m ET

 a

 (3-6)

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 式中:

 T -- 设计灌水周期,计算值取整, d; ETa-- 设计日最大耗水量, mm/d; m -- 设计灌水定额, mm。

 (三)设计日灌水时间 设计日灌水时间是指系统一天内总的喷洒时间,中心支轴式喷灌机一般按 24h 计。

 第二节 田间工程设计和灌溉制度拟定 一、田间工程布置 田间工程规划设计除规划布置供水系统外,还应考虑供电系统布置等。

 (一)喷灌机取水方式 中心支轴式喷灌机从中心支轴处向喷洒系统供水,取水方式一般有三种。

 1、抽取地下水。在中心支轴附近打井,喷灌机配备水泵机组抽取地下水。

 2、由高压管网供水。

 在田间布置地下管网, 将压力水通过高压管道送至喷灌机的中心支 轴处,无需自备加压水泵机组。

 3、由低压管网供水。

 将地表水通过低压管网输送到喷灌机的中心支轴处, 再由每台喷灌 机水泵机组加压。

 (二)喷灌机田间布置方式 布置喷灌机的地块内应无任何障碍物包括林带、线杆等;应无干支渠或农毛渠等影响通 行的水利设施。

 中心支轴式喷灌机田间工程的布置方式如图 3-1 所示。当整个系统布置有多台机组时, 以喷灌管道长度为半径画出的圆相切,布置方式有方形和三角形两种。方形布置漏灌面积占 21.46%,三角形布置时漏灌面积占 9.33%,如果采用带有地角装置的中心支轴式喷灌机喷灌, 可以基本解决漏喷问题,提高灌溉保证率,但造价也相应提高。

 a) 正方形布置 b) 三角形布置 图 3-1 中心支轴式喷灌机田间工程布置( L=灌机的长)

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 二、喷灌机选型和台数确定 1、根据地块大小,确定喷灌机的型号、数量、湿润圆半径 R( m)及相应湿润圆面积 A (亩)。

 1、根据地块大小,确定喷灌机的型号、数量、湿润圆半径 R( m)及相应湿润圆面积 A (亩)。

 2、确定不同类型喷灌机总流量 Q 0 (m

 3 /h ),可按下式计算:

 Q 0

 ET a A 24

 p

 667

 1 1000

 (3-7) 式中:

 Q 0 -- 按 24 小时连续工作时计算的流量, m

 3 /h ; 其余符号同前。

 根据湿润圆半径和所需流量选用喷灌机机型,从厂商处获取选定喷灌机的性能参数。

 DYP 型 中心支轴式喷灌机部分性能参数见表 3-4 表 3-4 DYP 型中心支轴式喷灌机性能参数

 序 号

 型号规格

 灌溉面积 (亩)

 系统总长 m

 适用水量 (m

 3 /h)

 3 /h)

 运行时间 最快圈 /h

 管径 φ

  系统组成 跨距 跨数 m 悬臂 m

 1 DYP-70 23 70 10-15 1.98 140 54 1 16

 2 DYP-103 50 103 15-32 3.53 140 48 2 7

 3 DYP-150 106 150 35-55 5.29 140 48 3 6

 4 DYP-210 208 210 55-90 7.05 165 48 4 18

 5 DYP-231 250 231 60-95 7.94 165 54 4 15

 6 DYP-252 300 252 65-105 8.82 165 60 4 12

 7 DYP-273 351 273 65-105 9.92 140 54 5 3

 8 DYP-300 424 300 80-120 11.02 165 60 5

 9 DYP-330 513 330 85-140 11.91 165 54 6 6

 10 DYP-360 610 360 100-145 13.23 165 60 6

 11 DYP-386 702 386 110-155 13.89 165 54 7 8

 12 DYP-400 753 400 120-165 14.11 165 48 8 16

 13 DYP-438 903 438 135-180 15.43 219 60 7 18

 14 DYP-498 1168 498 150-200 17.64 219 60 8 18

 15 DYP-550 1425 550 165-250 19.84 219 54 10 10 注:由于轮子的滑移,充气压力,土壤类型和条件等因素,最快运行时间圈 h 数值是近似的。

 三、喷灌机工作参数确定 通常应对喷灌机转一圈最短时间和最长时间、最小运行速度、最小和最大净灌水深、转 一圈设计时长和设计灌水深进行确定。同时还应对喷灌机喷灌均匀度和雾化指标进行符合, 其指标应符合相关标准要求。

 转一圈最短时间和最小净灌水深与喷灌机末端塔架最大运行速度和喷洒性能相关;转一 圈最长时间和最大净灌水深与喷灌机本身性能和土壤性能相关。

 转一圈设计时长应在最短时间和最长时间范围内,转一圈设计灌水深应在最小和最大净

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 灌水深范围内选取。

 1、转一圈最短时间 t min 和最小净灌水深 h min 的确定 (1)转一圈最短时间 t 1 转一圈最短时间,可按下式计算:

 2 R L (3-8) t min v max 式中:tmin-- 转一圈最短时间, h RL-- 末端塔架至中心支轴的距离, m; V max -- 末端塔架最大前进速度,在机组性能说明书中有规定, m/h。

 (2)转一圈最小净灌水深 的确定 当喷灌机按 V max 转一圈时的灌水深度为最小净灌水深 h min ,可按下式计算:

 h min

 ET t a min 24 (3-9) 式中:hmin ——转一圈的最小净灌水深, mm; 喷灌机一天工作时间按 24h 计。

 推导过程如下:

 Q t 0 min p h min A 667

 1000

 Q 0 t p A 667 h min

 min

 1 1000

 t ET A 667 1 min p a h min A 24 1000 667 p

 1000 ET a t min 24 2、最小运行速度、转一圈最长时间和最大净灌水深的确定 (1)最小运行速度 V min 在喷灌机喷灌工程设计时,应计算喷灌机最小运行速度。一般情况下,喷灌机末端喷头 喷洒强度较大,应防止因喷灌机运行速度慢而形成地表径流。

 当土壤透水性大时, V min 可由机组本身的性能确定。

 当土壤粘重时, V min 由允许地面积水 深度来确定。根据试验资料,绘出积水深和受水时间的关系曲线,根据允许积水深可查得最 长受水时间 t ,再根据 t 求出末端塔架的最小运行速度。

 土壤表面允许积水深可参见表 3-5 。

 表 3-5 土壤表面允许积水深值 14

 地面坡度( %)

 允许积水深( m m)

 0~1 12 1~3 8 3~5 5 末端塔架运行的最小速度 Vmin,可按下式计算:

 v min

 2r t

 (3-10)

 式中:Vmin -- 末端塔架运行的最小速度, m/h; r -- 末端喷头射程, m; t -- 受水时间, h。

 图 3-2 两种不同土壤入渗率曲线 一般砂土允许喷灌强度为 20mm/h,是对于定喷式喷灌而设定的, 对于行喷式喷灌机而言, 喷灌强度可以大于 20mm/h,但是喷灌时间不能大于受水时间。

 (2)转一圈最长时间 t max 以 V min 运行一圈相应所需时间 t max ,可按下式计算:

 t max

 2 R L v min

 R t L (3-11)

 r (3)最大净灌水深 h max

 喷灌机转一圈用 t max 时,相应的灌水深 h max 可按下式计算:

 (3-12) ET t a max 当运行一圈净灌水深达不到设计净灌水定额时,可连续运行多圈来实现。

 h max 24

 15

 3、喷灌机转一圈设计灌水深和转一圈设计时间 (1)转一圈设计灌水深 hj 最小净灌水深时,百分率时间继电器的读数是 100%,当其读数为 0%~100%之间的任一 数 x% 时,转一圈设计灌水深介于 hmin 和 hmax 之间,转一圈的净灌水深可按下式计算:

 ET t a 1 h (3-13) j 24x 相应末端塔架前进速度 V x 为:

 v x v max x%

 (3-14) 式中 vx ——末端塔架前进速度, m/h。

 (2)转一圈设计时间 t j

 喷灌机运行一圈设计时间介于 tmin ~tmax 之间,可按下式计算:

 t min (3-15) t

 j

 x 当选择时间继电器百分率为 40%时,此时喷灌机末端塔架在 1min 内运行 24s,停止 36s。设计灌水定额越大,时间继电器百分率越小。

 工程设计时,也可不经过计算,而按厂商提供的相关图表来选定转一圈设计灌水深和转 一圈设计时间。转一圈设计灌水深在 hmin ~hmax 范围内, ① 可根据已选定型号喷灌机使用说明书中时间继电器百分率与灌溉水量的关系图, 选定 喷灌机转一圈设计时间和设计灌水深,从而再确定继电器百分率。

 ②工程设计时,也可参考已选定型号喷灌机使用说明书中喷灌机旋转一周时间、灌水深 和继电器百分率关系表,根据选定转一圈设计灌水深查找对应的运行时间和继电器百分率。

 4、喷灌强度和雾化指标校核 在设计中常以末端喷头的喷灌强度为控制数值,对于中心支轴式喷灌机,允许土壤表面 局部积水成洼,但以不产生径流为限。

 (1)喷灌强度校核 根据喷灌机沿喷灌机方向灌水量相同要求,可以推出任意喷头之间喷洒强度关系。

 r i L i

 i

 r

 j L i

 j

 (3-16)

 16

 式中:r i -- 从中心支轴计第 i 喷头的喷洒半径, m; R j -- 从中心支轴计第 j 喷头的喷洒半径, m; i-- 从中心支轴计第 i 喷头处组合喷洒强度, mm/h; j-- 从中心支轴计第 j 喷头处组合喷洒强度, mm/h; L i -- 第 i 喷头至中心支轴的距离, m; L j -- 第 j 喷头至中心支轴的距离, m; 推导过程如下:

 第 i 点的降雨量

 H

 2r 2r i i t i R i i i i v i i 第 ji 点的降雨量

 H

 2r 2r j t j R j j j j v j j

 j 当 H i =H j 时

 2 r 2r i i j

 R R i j

 j

 推出

 r i

 i

 r j j L L i j 当喷灌机上喷头采取等间距 a 布置时:L i =a i ;L j =a j ;

 r r i i j j i j

 (3-17)

 第 1 个喷头与末端喷头(第 n 个喷头)喷洒强度关系如下:

 n

 1 r

 j

 r 1

 n

 (3-18)

 在喷灌机实际运行中,为保证中心塔架处保持干燥,常常远离中心塔架 1-2 个出水口位 置,在第 3 个出口处安装第一个喷头,计算时该喷头按第三个喷头考虑。

 从理论上说,中心支轴式喷灌机每个喷头喷灌强度都应逐步递增,才能保证沿喷灌机方

 向整机喷洒的均匀性,而在实际生产中,因喷头喷嘴规格有限,常常相邻几个出水口安装相 同型号的喷嘴,各段喷洒强度略有不同,但整机喷洒均匀度不应低于 0.85 。

 17

 一般可以以靠近中心支轴最近的喷头喷洒强度为基准,采用式( 3-16)校核各喷头喷洒 强度。

 组合喷灌强度,可以根据喷灌机上喷头性能和相邻喷头喷洒范围搭接情况来确定。单个 喷头性能及喷洒水量分布由有厂商提供,根据搭接情况来计算组合喷灌强度。

 常用喷灌机喷头性能见表 3-6 。

 表 3-6 常用喷头性能参数表 (2)雾化指标校核 根据选用机型喷头设计工作压力和主喷嘴直径按式 (3-3)

 计算雾化指标,应符合表 3-3- 中具体要求。

 5、水泵选型 根据选用的喷灌机中心支轴处要求的压力和流量参数、地下水动水位、管网水头损失等 因素确定所需水泵的流量和扬程,进而选用配套水泵。具体内容见本章第三节,井用潜水电 泵主要性能参考数值见附表 1。

 四、灌溉制度的拟定 灌溉制度是指作物播前及全生育期内的灌水次数、灌水日期、灌水定额和灌溉定额。灌 溉定额是播前灌水定 额和作物全生育期各次灌水量的总和。

 18

 (一)播前灌水定额 为了保证作物种子发芽和出苗, 必须在播种前保持土壤有一定的含水量, 需要播前灌溉。

 播前灌水定额一般可根据土壤墒情和当地经验选定。

 (二)生育期灌溉制度 生育期灌溉制度可按水量平衡原理来拟定。在作物生育期内的任一时段 t ,土壤计划湿 润层 H 内储水量的变化可列水量平衡方程式( 3-19),用此式计算灌水定额:

 W t = W 0 + P 0 + W K + WT + m - ET (3-19)

 式中:W 0 、Wt ——时段始末计划湿润层含水量, m m; P 0 ——时段内保持在计划湿润层内的有效降水量, m m; W k ——时段内地下水的补给量, mm; W T ——时段内由于计划湿润层增大而增加的水量, m m; m——时段内的喷灌水量, mm; E T ——时段内作物需水量, mm。

 利用公式( 3-19)进行水量平衡计算时, W t 、W 0 可用适宜土壤含水量允许的上、下限来 确定;P 0 可用时段内的降水量 P 与降水利用系数 σ 的乘积来确定, σ 可参考表 3-5 选用; W k 是指地下水借土壤毛细管作用上升至计划湿润层内的水量,当地下水埋深大于 3.5m 时, 该值可忽略不计;若时段内计划湿润层未增加, W T 也视零。只要知道了时段内作物的需水量, 即可计算出该时段内应喷灌的水量,灌水日期也可确定。

 表 3-7 降水利用系数与日降水量关系表 日降水量(mm/d) <5 5~30 30~50 50~100 >100 σ 0 0.80 0.60 0.30 0.15 当计算所需资料不全、不够准确时,可根据本地或类似地区喷灌试点资料,或参考群众 丰产灌溉经验,分析制定设计灌溉制度。

 不同生育期内,实际灌水定额可以根据喷灌机平均灌溉水深度与实际灌水周期乘积确定, 但是不能大于最大灌水定额 m s 。

 第三节 水泵选型 一、水泵选型原则 水泵选型应遵循以下三个原则:

 (1) 水泵流量和扬程应与喷灌系统设计流量和设计扬程基本一致, 且当工作点变动时, 泵 始终在高效区范围内工作,既不能产生气蚀,也不能使动力机过载。

 19

 (2) 在长期运行过程中, 水泵工作的平均效率要高, 而且经常在最高效率点的右侧运行为 最好。

 (3) 水泵选型应选用系列化、标准化以及更新换代产品,便于运行和管理。

 二、水泵选型 1、水泵扬程计算 选水泵时可按喷灌机入机压力水头计算水泵设计扬程,然后校核水泵在各个轮灌组工作 时的工况点。

 喷灌机配套水泵多为潜水泵,潜水泵设计扬程计算如下:

 H

 泵

 = H + h f1 + h 2 + z (3-20)

 式中:

 H泵

 -- 水泵设计扬程, m; H -- 喷灌机入机压力水头, m; h f1 -- 井下管路水头损失, m; h f2 -- 管道输水时,井口至中心支轴处管路水头损失, m; z -- 井动水位到井口的高程差, m。

 2、水泵选型与动力配套 根据喷灌系统设计流量和水泵设计扬程,查阅水泵生产厂家的水泵技术参数表,选出合 适的水泵及配套动力。当选择水泵配套动力机时,应保证水泵和动力机的功率相等或动力机 的功率稍大于水泵的功率。

 三、水泵工况点的确定 水泵铭牌上的流量与扬程是 水泵的额定流量和扬程。水泵的 Q-H 水泵曲线由水泵制造 厂家提供,喷灌系统流量和压力运行工况点应在水泵性能曲线的高效区内。避免“大马拉小 车”现象出现,提高水、电资源的利用效率。

 图 3-4 水泵性能曲线图 20

 第四节 水源工程设计 水源工程设计首先要探明水源水量是否充沛,水质是否符合灌溉标准,确定井位及可开 采量。因为中心支轴式喷灌机单台控制面积较大,喷灌机要求的流量也很大,应加强水源供 水能力分析,避免供不上水。

 一、地下水水源 用机井供水时,井位宜选在中心支轴处,可减少地下输水管道长度。在地下水丰富、单 井出水量较大的浅井区,一台喷灌机可由一眼井供水;在深井区且水源水量丰富时,可通过 地下管路,一眼机井供 2-3 台喷灌机用水;在单井出水量较小的浅井区,也可考虑用多井汇 流供一台喷灌机用水。

 二、地表水水源 河、湖、水库等地表水源相对丰富地区,可设立泵站,用地下输水管或明渠输水到喷灌 机的中心支轴处。

 泵站引水流量和水量应根据水源来水量和来水流量,进行水量平衡计算。水量平衡计算 可能出现三种情况:①当水源来水量和来水流量都能满足喷灌用水总量和用水流量时,不需 修建蓄水工程。②来水量大于喷灌用水总量,来水流量小于喷灌用水流量,须修建调蓄工程。

 ③水源来水量小于喷灌用水量,须另辟水源,或减小喷灌面积。

 三、蓄水工程容积计算 蓄水工程的容积是根据来水 和用水的平衡关系来确定的。

 不同情况下蓄水工程容积的计 算方法也不同。

 1、通过调节计算确定容积 在掌握水源来水流量的情况下,可通过调节计算确定蓄水工程容积。根据水源来水流量 与喷灌用水流量的对比关系,调节的周期可长可短,小型工程常见的是短时间调节,即日调 节和多日调节。因大型喷灌机日工作时间为 24h,因此不考虑日调节。

 当一日的喷灌用水量超过了水源昼夜来水量,日调节已不能满足时,可考虑利用喷灌间 隔时间蓄水,进行多日调节。

 2、利用经验公式估算容积 当水源没有实际的来水过程而无法进行调节计算时,一般可采用经验公式估算蓄水工程 容积。估算时, 先按年用水量和年来水量分别计算出所需的容积,然后比较两种计算的结果, 取其中较小者作为实际蓄水工程的容积,即当用水量小于来水量时,按用水量确定容积。

 (1)按来水量估算容积的公式为 V = KW 0 (3-21) 21

 (2)按用水量估算容积的公式为 V = KM ?W (3-21) 式中:V-- 蓄水工程容积, m

 3 ; W0--多年平均年来水量, m

 3 ; W--年喷灌用水量, m

 3 ; K-- 调节系数,一般 K=0.3~1.0 ,在雨量较丰、沟道经常有水的地方取小值。在干旱少 雨、河道经常断流的地方取较大值,对于集雨面积小、平常无水、仅汛期大雨才有雨水汇集 时取最大值。

 M——为放大系数,为计入蓄水时因蒸发和渗漏的损失水量,取 1.1 ~1.2 。

 第四章 中心支轴式喷灌机的安装与调试 与其他喷灌设备(系统)相比,中心支轴式喷灌机零部件多、结构复杂、自动化程度高, 其安装和调试是否正确、可靠,将对以后的安全运行和经济效益产生重大影响。因此,供需 双方应精密组织,互相配合,确保安装与调试质量。

 目前,我国还没有中心支轴式喷灌机专业施工安装队伍,其安装、调试工作通常采取两 种方式进行。一是全部工作由制造厂或其代理商承担完成;二是主要工作由用户负责,制造 厂或其代理商作必要的技术指导。不管采取哪一种方式,喷灌机最终用户应从一开始就指派 专人,参与安装和调试工作的全过程,以便获得第一手资料;供应商也应借此机会,对使用 者进行全过程培训,为以后使用操作和维护保养奠定坚实基础。

 第一节 喷灌机安装 前应具备的条件及安装准备 一、安装前应具备的条件 喷灌机安装前,应具备以下条件:

 1、供需双方已就喷灌机安装与调试各自应承担的责任、义务等达成一致; 2、水源、电源等配套工程和设施已建成;或虽未建成,但不会对喷灌机安装与调试产生 影响; 3、安装喷灌机中心支座的混凝土基础已建成,并达到了规定养护期; 4、喷灌机的所有零部件已运抵现场,并完好无损。

 二、安装所需的设备、仪表及安装准备 1、3 吨以上汽车吊或功能相同的其他吊装设备 1 台。

 2、小型短途运输工具 1 台; 3、无线对讲机 1 部,电工万用表 1 块,扳手、螺丝刀等其他必备工具适量; 22

 4、按顺序将喷灌机的各种大型零部件摆放在田间的相应位置。

 第二节 安装顺序及要求 中心支轴式喷灌机的安装顺序大致是:中心支座组合(含支轴管、集电环、主控制箱、 首端运行指示灯、柔性接头等)—→首跨桁架(含电缆、 U 形弯管、喷头悬吊软管等)—→ 首跨塔架车(含首跨塔架盒、电机减速器、万向节、传动轴、塑料套管、车轮减速器、车轮 等)—→中间桁架(所含零部件同首跨桁架)—→中间塔架车(除采用中间塔架盒外,其它 同首跨塔架车)—→末跨桁架(同时安装末端悬臂和末端喷枪,其他零部件同首跨桁架和中 间桁架)—→末端塔架车(所含零部件同中间塔架车)—→喷头和压力调节器—→控制系统 接线(含接地体)

 。

 一、中心支座组合 (一)中心支座 1、将 4 根立柱的上端与转动套的连接耳相连,并将滑铁连接在立柱下端。此时,螺栓 不要拧紧,以便调整。

 2、将上、中、下横梁和斜梁与立柱相连。

 3、安装柔性接头。

 4、安装定点停机装置(需要时)

 。

 5、用吊车将中心支座框架吊放在混凝土基础的适当位置, 并利用滑铁将其固定在地脚链 上。

 6、安装主控制箱支架,并将主控制箱安装在支架上。

 7、将所有连接螺栓紧固。

 (二)支轴管 1、将 V 型密封圈安放在支轴管内的密封槽里,其开口应向下。

 2、将电缆管插入支轴管内。

 3、将带电缆管的支轴管用拉板和管夹安装在转动套的连接耳上,并用 4 根支撑将支轴 管固定。

 4、将电缆管的一端从支轴管孔引出,并用压紧螺母固定。

 (三)集电环 1、将集电环拧在电缆管的另一端。

 2、在安装支轴弯管和球形接头时,安装一块支撑板。

 3、将带有分线盒的电缆管安装在集电环上。

 23

 二、桁架 1、将首跨桁架输水管自中心支座起一字排开。

 将带有端法兰的输水管放在靠近中心支座 的一端,带有球穴的输水管放在桁架另一端。中间的输水管也有方向性,应对照图纸摆放。

 2、将所有输水管转到喷头座向上的位置,并用木块垫平。

 3、将输水管法兰端面清理干净, 在接口处安放法兰垫, 用螺栓将两根输水管连接并紧固。

 按此方法,将一跨桁架的所有输水管连接在一起。

 4、将电缆沿着桁架输水管上方拉开,两端留出余量,每隔 2m 用一个钢丝夹子吊住。电 缆要从各喷头座的左右两侧交叉穿过,不要放在一侧。

 5、安装各个 V 型支撑,但此时螺栓不要拧紧。

 6、在各个喷头座上安装 U 型管和喷头悬吊管( PE 管)。各悬吊管的长度根据桁架输水 管的拱形高度确定,但悬吊管下端应在同一个平面上,即能够保证在平地里所有喷头距地面 的高度相同。

 7、用吊车在桁架输水管的中部将其吊起,中部离地 1.5m 左右。

 8、安装横支撑、固定拉筋和调整拉筋。

 9、将 4 根带有螺纹的端拉筋分别安装在桁架两端, 每根拉筋螺纹上拧 2 个螺母, 螺纹 外露 80mm 左右。

 10、将连接桁架的所有螺栓拧紧。

 11、用螺栓将管拉筋的一端连接在桁架连接耳上,但螺栓不要拧紧。

 12、缓缓放下吊车,此时一跨桁架安装完毕。

 中间各跨桁架和末跨桁架的安装方法, 与以上介绍的首跨桁架大体相同。

 需要注意的是, 首跨桁架的首管和末跨桁架的尾管接口均为法兰。

 三、塔架车 1、用吊车将桁架带有球穴的一端吊起到适当高度,将塔架车 4 根立柱的上端与桁架上 的塔架连接耳相连,下端与底梁上的连接板相连。

 2、安装车轮减速器固定框架和车轮,此时螺栓不要拧紧。

 3、连接各个横梁和塔架车加强板,并将管拉筋的另一端连接在立柱上。

 4、将电机减速器安装在底梁上的固定框架上,装上万向节、传动轴和塑料套管,并用卡 箍将塑料套管固定在底梁上。

 5、各个部位安装合适后,拧紧所有螺栓。

 四、末端悬臂 末端 悬臂安装在末跨桁架的尾端, 其安装比较简单,应与末跨桁架同时进行。需要注意 24

 的是,悬臂末端应比桁架输水管中心水平线高 300 ~500mm。

 五、喷灌机总装 (一)首跨桁架与中心支座的组装 中心支座、首跨桁架和塔架车安装完毕,并检查无误后,便可进行组装。用吊车将首跨 桁架着地端吊起,慢慢调整到与中心支座的球铰法兰齐平,中间放入密封垫,装上支撑板, 并用螺栓紧固。

 (二)其他各桁架之间的组装 组装首跨以后的各跨桁架时,先用卡箍将胶管一端固定在后一跨桁架输水管端部,然后 用吊车将桁架着地端吊起,将胶管另一端套到前一跨桁架输水管上,并把球头装入球穴中, 再用卡箍卡紧胶管。组装完后一跨桁架后,应用吊车吊起前一跨塔架车的行走梁,将车轮转 换到工作位置。

 (三)塔架盒及同步控制机构 各跨桁架和塔架车组装完毕后,便可安装塔架盒及相应的同步控制装置。各塔架盒安装 在相应桁架端部靠近柔性接头的位置。控制杆的一端与塔架盒内的凸轮连接,另一端穿进下 一跨桁架的拨块,组成两跨之间的同步控制调整机构。

 六、喷头和压力调节器 制造厂或其代理商通常会根 据现场资料和用户要求编制喷头 (必要时含压力调节器)

 配 置表。安装时,应由两人配合进行,从中心支座起开始,一直到末端悬臂的最后一个喷头, 一人安装,另一人检查核对。如配置表要求安装压力调节器,应与喷头同时进行。

 七、控制系统接线 在上述安装过程中,主控制箱、集电环、定点停机装置、首端运行指示灯、电缆、塔架 盒、行走驱动电动机(与电机减速器一体)和末端运行指示灯等电气控制设备已安装完毕, 接下来的工作是按照电气原理图和接线图将它们连接起来。为了保证中心支轴式喷灌机安全 运行,控制系统接线除了应符合常规技术要求以外,还应符合以下要求。

 1、在中心支座附近安装一个接地体,其接地电阻应不大于 4 Ω。主控制箱、所有塔架盒 和行走驱动电动机外壳应与该接地体可靠连接。

 2、动力电缆和控制电缆的对地绝缘电阻不应小于 2 MΩ。

 3、塔架盒内控制杆的动作应灵活自如; 在出厂前已将塔架盒内微动开关与凸轮之间的相 对位置调好,在安装和运行过程中无特殊情况不应随意调整。

 4、出厂前已将各塔架盒内的热继...

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