[发明专利]垂直摇臂式喷头导流器安装位置的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于节水灌溉设备的结构优化方法，特别是关于一种垂直摇臂式喷头导流器安装位置的优化方法。

背景技术

当前，推广以喷灌、微灌为代表的先进节水灌溉技术是发展节水农业，提高水利用系数的重要措施；与传统的大水漫灌相比，喷灌可节水50%以上，喷头作为喷灌系统中最重要的部件之一，它能够将有压水喷射到空中，散成细小水滴并均匀散落在所需灌溉的面积上；喷头是实施喷灌的关键设备，喷头的结构和水力性能在很大程度上决定了喷灌系统的灌溉质量；因此，对喷头的结构和水力性能进行优化设计非常重要；垂直摇臂式喷头因在其工作时各部件受力较好和具有相同的正反转速度等特点，在喷灌系统中得到广泛应用；导流器是喷头摇臂接受能量的装置，位于摇臂的最前端，与射流轴线在水平和垂直方向呈一夹角；导流器的作用主要有两个：一是从射流中获取驱动力以驱动摇臂向下转动和喷头步进，二是补充喷头近处的水量，改善喷头的水量分布；导流器安装位置参数包括导流器与摇臂转动轴之间的距离、导流器直叶片与射流中心线的夹角、导流器中心线偏移射流中心的角度。

导流器安装位置对喷头的步进角度、摇臂频率和水量分布都有较为明显的影响；传统的导流器安装位置较随意，由于喷头在正常工作时的导流器安装位置参数是可以在一定的范围内变动，因此，传统方法难以确定导流器安装位置的最优参数；因此导流器安装位置参数缺乏科学、准确的计算模型来指导，其结果必定是：采用传统方法时，喷头的水力性能不一定是最优，且要确定一个最佳方案是很困难的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能快速确定导流器的最优安装位置，提高喷头的水力性能的导流器安装位置优化方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种垂直摇臂式喷头导流器安装位置的优化方法，其包括以下步骤：

1）选择作为模型的垂直摇臂式喷头的导流器。

2）根据试验确定垂直摇臂式喷头能正常工作时的导流器安装位置参数的范围，导流器的安装位置参数包括：导流器与摇臂转动轴之间的距离L、导流器直叶片与射流中心线的夹角α₁和导流器中心线偏移射流中心的角度α。

3）以垂直摇臂式喷头为正方形布置和间距系数为1时的喷灌均匀度作为考核导流器对垂直摇臂式喷头水力性能影响的评价指标；喷灌均匀度C_u的表达式为：

                                                              （1）

式中：—喷洒面积上的平均喷洒水深，mm，计算公式为：  ；

h_i— 某点的降水深度，mm；

S_i— 某点代表的喷洒面积，m²;

n— 测点的雨量筒个数。

4）将需要优化确定的三个参数在步骤2）确定的参数范围内按照二次回归正交试验方法得到多个导流器安装位置的方案，对得到的每一种方案进行试验，得到不同方案下的水量分布数据，按照步骤3）的公式计算得到不同方案下的喷灌均匀度，建立喷灌均匀度与三个参数之间的回归模型。

5）利用Excel将步骤4）得到的回归公式在步骤2）确定的范围内进行规划求解，得到喷灌均匀度最高时的一组参数，以确定最优方案。

6）根据步骤5）确定的一组最佳安装位置参数进行调整安装，并进行性能测试。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明将二次回归正交试验结合工程最优理论方法用于垂直摇臂式喷头导流器安装位置的优化设计；本发明在传统方法和试验数据的基础上，应用二次回归正交试验设计方法，以喷灌均匀度为考核指标，建立垂直摇臂式喷头导流器安装位置的三个参数与喷灌均匀度的二次关系式；通过规划求解得到一组最优结构参数；经试验测试，通过本发明得到的最优位置参数应用于同类产品时，喷头近处的水量分布较优化之前补充更为充分，3到20米内水量增加25%左右，随着组合间距系数的增加，位置参数优化之后的喷灌均匀度要大大高于优化之前的喷灌均匀度。

附图说明

图1是本发明所涉及的垂直摇臂式喷头三维示意图，其中1.导流器 2.摇臂 3.喷嘴 4.配重 5.换向杆 6.限位装置 7.换向装置 8.下轴承组件 9.喷管。

图2是垂直摇臂式喷头投影图。

图3是导流器中心线偏移射流中心的角度示意图。