[科普中國(guó)]-支軸

支軸是軸中的一種，因此它也是指一種機(jī)械零件。主要是起支撐、固定的作用。

軸，一般是指圓柱形的零件。輪子或其他轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)件繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)或隨著它轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)軸的定義，可以延伸至指可以將平面或是立體分成對(duì)稱部分的直線。在“支軸”中，取其本意。

支軸是軸中的一種，因此它也是指一種機(jī)械零件。主要是起支撐、固定的作用。

材質(zhì)支軸的材質(zhì)沒有特別要求。廠家在生產(chǎn)的過程中，主要是根據(jù)其實(shí)際的使用性來生產(chǎn)的?；旧献裱韵聨讉€(gè)原則：

1、根據(jù)主件的用途來選擇制造支軸的材料。如是用于支撐，則要選擇能承受支撐物的材質(zhì)來制造。如是用于固定，則要選擇便于支軸與固定點(diǎn)焊接的材質(zhì)來制造。
2、根據(jù)主件的材料來選擇制造支軸的材料。一般來說鋼制的主件，為了能讓其配制的零件能與主件有同等的使用壽命，其零件應(yīng)選擇與主件同等或高于其的材質(zhì)的材料制造；如果主件是塑料等質(zhì)地較軟的材料做成，亦可選擇質(zhì)地與主件相當(dāng)或高于主件的材料制造。
3、根據(jù)降低成本原則選擇制造支軸的材料。如果在能達(dá)到同等目的的前提下，一般選擇成本最低的材料制造支軸。

種類支軸的種類比較繁多。主要也是根據(jù)其主件名稱來分類的。例如有網(wǎng)帶支軸，搖臂支軸等。

中心支軸式噴灌機(jī)噴頭配置方法及其數(shù)學(xué)模型以中心支軸式噴灌機(jī)結(jié)構(gòu)尺 寸為約束條件，以單位時(shí)間灌水 深度和機(jī)組運(yùn)行角 速度為初始參數(shù)，對(duì)噴頭配置方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，建立了噴頭配置數(shù)學(xué)模型，并開發(fā)出噴頭配置軟件。利用該方法和數(shù)學(xué)模型可確定中心支軸式噴灌機(jī)的最佳噴頭配置方案，同時(shí)得出與該方案相匹配的機(jī)組入機(jī)流量和入機(jī)壓力。該噴頭配置模型和軟件通用性強(qiáng)，可方便地用于各種長(zhǎng)度的中心支軸式噴灌機(jī)，對(duì)于提高中心支軸式噴灌機(jī)的灌水均勻度，發(fā)揮機(jī)組及配套水泵的最佳性能具有重要意義。1

約束條件通過對(duì)中心支軸式噴灌機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式和功能特性的分析可知，噴頭間距、機(jī)組機(jī)械長(zhǎng)度和桁架輸水管內(nèi)徑是噴頭配置3個(gè)約束條件。1

噴頭間距噴頭間距s( m )是指中心支軸式噴灌機(jī)相鄰兩個(gè)噴頭之間的距離，主要依據(jù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)尺寸確定。國(guó)產(chǎn)中心支軸式噴灌機(jī)的桁架跨距為40～60m，每跨桁架通常由8～12根輸水管組成。為了使每根輸水管在同一臺(tái)機(jī)組上盡可能通用，通常每根輸水管上對(duì)稱布置 2個(gè)噴頭；輸水管連接后，與兩端相鄰輸水管上的噴頭也保持相同的間距。即各根桁架輸水管的長(zhǎng)度相同，連接后的噴頭間距也相同。1

機(jī)組機(jī)械長(zhǎng)度中心支軸式噴灌機(jī)的機(jī)組長(zhǎng)度通常是指從中心支軸到末端噴頭之間的距離再加上末端噴頭的有效射程，根據(jù)用戶所要灌溉的面積和不同跨距長(zhǎng)度的桁架組合選定。為研究方便，機(jī)組長(zhǎng)度定義為機(jī)組的機(jī)械長(zhǎng)度L ( m )，即中心支軸與末端噴頭之間的距離。

桁架輸水管內(nèi)徑中心支軸式噴灌機(jī)的桁架輸水管內(nèi)徑d(mm)由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，配置噴頭時(shí)該參數(shù)已確定。常見的桁架輸水管公稱內(nèi)徑為150mm( 6″)。1

單位時(shí)間灌水深度中心支軸式噴灌機(jī)的單位時(shí)間灌水深度p(mm/h)取決于所灌溉作物的種類、作物的生長(zhǎng)階段以及用戶對(duì)生產(chǎn)率的要求等。

特別指出，雖然單位時(shí)間灌水深度與灌水強(qiáng)度具有相同的量綱，但二者的含義不同。由于中心支軸式噴灌機(jī)屬于行噴式 (邊行走邊進(jìn)行灌水作業(yè) )噴灌機(jī)組，所以其單位時(shí)間灌水深度受到機(jī)組運(yùn)行角速度的影響； 而中心支軸式噴灌機(jī)的灌水強(qiáng)度與機(jī)組運(yùn)行角速度無關(guān)。1

機(jī)組運(yùn)行角速度機(jī)組運(yùn)行角速度k(°/s)是指中心支軸式噴灌機(jī)單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度。改變機(jī)組運(yùn)行角速度可以改變機(jī)組的單位時(shí)間灌水深度p當(dāng)機(jī)組流量一定時(shí)，運(yùn)行角速度較慢者，單位時(shí)間的灌溉面積較小，灌水深度較大；反之，單位時(shí)間的灌溉面積較大，灌水深度較小。電力驅(qū)動(dòng)中心支軸式噴灌機(jī)的機(jī)組運(yùn)行角速度，由安裝在中央控制箱里的百分率計(jì)時(shí)器控制，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。1

最佳噴頭配置計(jì)算機(jī)軟件及其應(yīng)用實(shí)例根據(jù)以上導(dǎo)出的中心支軸式噴灌機(jī)噴頭優(yōu)化配置數(shù)學(xué)模型，開發(fā)出了噴頭配置計(jì)算機(jī)軟件。利用該軟件，輸入相應(yīng)的初始參數(shù)，可快速輸出中心支軸式噴灌機(jī)的最佳噴頭配置方案，并給出與該方案相匹配的機(jī)組入機(jī)流量和入機(jī)壓力。

利用該軟件對(duì)“十五”國(guó)家“863”計(jì)劃中“輕小型移動(dòng)式與大型自走式噴灌機(jī)組及配套產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”課題研制的兩臺(tái)長(zhǎng)度分別為315m和365m的中心支軸式噴灌機(jī)進(jìn)行了噴頭優(yōu)化配置。這兩臺(tái)噴灌機(jī)的桁架輸水管內(nèi)徑和噴頭間距相同。1

中心支軸式噴灌機(jī)非設(shè)計(jì)工況對(duì)均勻性中心支軸式噴灌機(jī) ( Center-pivot irrigationsystem)，也稱圓形噴灌機(jī)，是自動(dòng)化程度最高的一種噴灌機(jī)。田間噴灌均勻性是中心支軸式噴灌機(jī)主要的技術(shù)指標(biāo)之一，也是表征噴灌效果好壞的質(zhì)量指標(biāo)。中心支軸式噴灌機(jī)的灌水均勻性受系統(tǒng)配置( 低壓噴頭類型、有無壓力調(diào)節(jié)器及規(guī)格和末端噴槍等) 、運(yùn)行管理( 行進(jìn)速度、首部入機(jī)壓力、末端噴槍開啟和關(guān)閉) 以及風(fēng)速等多種因素的影響。2

末端噴槍開啟對(duì)噴灌均勻度的影響中心支軸式噴灌機(jī)沿中心支座做圓周運(yùn)動(dòng)，其灌溉區(qū)域?yàn)閳A形，但對(duì)于方形地塊，中心支軸式噴灌機(jī)對(duì)圓形灌溉區(qū)域的4個(gè)角則無法灌溉，一般在中心支軸式懸臂末端增加噴槍，行進(jìn)到四角區(qū)域時(shí)開啟噴槍，末端噴槍開啟與關(guān)閉時(shí)的均勻度的測(cè)試結(jié)果是實(shí)測(cè)水量( 平均風(fēng)速0.16m/s，最大風(fēng)速0.28m/s) 。2

無壓力調(diào)節(jié)器對(duì)噴灌均勻度的影響在首部壓力一定的條件下，在噴頭進(jìn)口處安裝適當(dāng)?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，可使各噴頭進(jìn)口壓力一致。特別是在地形起伏的灌溉區(qū)域，安裝壓力調(diào)節(jié)器尤為必要。有些中心支軸式噴灌機(jī)不安裝壓力調(diào)節(jié)器，該種工況下噴灌均勻度測(cè)試結(jié)果( 平均風(fēng)速 0.14m/s，最大風(fēng)速0.22m/s)。無壓力調(diào)節(jié)器與有壓力調(diào)節(jié)器的工況比較，在首部入機(jī)壓力為0.12、0.16、0.20MPa時(shí)，采用D3000時(shí)，CUH分別下降1.23%、1.82%和6.51%，DU分別下降29.61%、14.87%和12.52%。采用R3000時(shí)，CUH 分別降低9.26%、15.00%、17.19%，DU分別降低40.05%、32.45%和29.76% 。2

行進(jìn)速度和低壓噴頭類型對(duì)噴灌均勻度的影響2種低壓噴頭( D3000和R3000) 的噴灑均勻度均隨著中心支軸噴灌機(jī)行走速度的提高而降低，D3000為散射低壓噴頭，R3000為旋轉(zhuǎn)低壓噴頭，R3000在2種行進(jìn)速度條件下，其灌水均勻度均高于D3000，系統(tǒng)配置時(shí)，應(yīng)盡量采用R3000低壓噴頭。2

末端噴槍開啟對(duì)噴灌均勻度的影響試驗(yàn)在進(jìn)行時(shí)，控制柜裝配變頻器，其能夠確保中心支軸式噴灌機(jī)末端噴槍開啟或者關(guān)閉時(shí)首部壓力相同。當(dāng)中心支軸式噴灌機(jī)末端噴槍全程開啟，中心支軸式噴灌機(jī)均勻度均大幅度下降。這主要是由于在末端噴槍全程開啟條件下，輸水支管的水量增加，造成支管水頭損失增加，使得后段支管壓力小于壓力調(diào)節(jié)器的起調(diào)壓力，沿程壓力分布不均勻，從而使得均勻度下降。有些噴灌系統(tǒng)管理中，為了增加噴灌機(jī)的控制面積，末端噴槍實(shí)行與設(shè)計(jì)方案不一致的全程開啟方式，這種運(yùn)行方式會(huì)導(dǎo)致均勻度CUH下降10～20個(gè)百分點(diǎn)，取決于采用的噴頭，應(yīng)盡量避免此種運(yùn)行方式。2

無壓力調(diào)節(jié)器對(duì)噴灌均勻度的影響無壓力調(diào)節(jié)器，在平地條件下，噴灌機(jī)前段壓力大于低壓噴頭工作壓力，尾段部分小于工作壓力，CUH描述整個(gè)噴灌機(jī)各個(gè)低壓噴頭水量與平均值的變差或離散程度，CUH依然會(huì)較高。但DU描述的是最小1/4水量占平均值的比例，由于無壓力調(diào)節(jié)器時(shí)，尾段部分壓力下降，水量減小，導(dǎo)致DU下降幅度很大。這種現(xiàn)象表明，在無壓力調(diào)節(jié)器時(shí)，盡管CUH較高，但由于最小1/4水量的減少，會(huì)導(dǎo)致某些灌域灌水不足。因此，在中心支軸式噴灌機(jī)實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)安裝壓力調(diào)節(jié)器。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王偉 - 副教授 - 上海交通大學(xué)