卷盘式喷灌机及其水涡轮驱动装置的制作方法

本实用新型涉及卷盘式喷灌机械技术领域。

背景技术：

涡轮式水压驱动旋转装置主要是四大部件组成，包括分流管、蜗壳、叶轮、通水腔。国内现在的绞盘式喷灌机所用的侧式水涡轮结构大多为直叶轮，从侧面进入叶轮腔的水，无法填满叶片分割部分的区域就在水压的作用下已经旋转了，若提升转速一是压耗高，二是调速范围小。存在能耗高、动力小、调速范围小的缺陷，因此用户得不到理想的既节能又高效的灌溉参数和用要求。

国内现在的卷盘式喷灌机，包括卷盘机构、齿轮箱和水涡轮驱动装置。所用的齿轮箱为两个挡位结构，用户得不到理想的灌溉参数，用户根据不同的需求得不到理想的回收速度。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种卷盘式喷灌机及其水涡轮驱动装置，主要是解决现有技术中涡轮式水压驱动旋转装置能耗高、动力小、调速范围小、使用不方便的问题，具有能耗低、动力大、调速范围大、转速可调、使用方便、大大提高工作效率、降低劳动强度的特点；卷盘式喷灌机调速和使用方便、工作效率高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：卷盘式喷灌机用水涡轮驱动装置，包括主管道，主管道与水涡轮壳体内腔连通，水涡轮壳体内腔与喷灌机出水管连通，其特征在于：主管道上连有支管道，支管道与喷灌机出水管相连通，支管道上设有阀门，所述的水涡轮壳体内腔中设有扼流式涡轮，所述扼流式涡轮的叶片的旋转方向截面呈凹曲线形、凹弧形或S形，进入进水主管道的水顺着扼流式涡轮旋转的切线方向进入水涡轮壳体内腔中，直冲击所述扼流式涡轮的叶片曲面，在水压的作用下形成扼流式水涡轮驱动。

优选的，所述的主管道的水沿扼流式水涡轮旋转的斜上切线方向进入水涡轮腔中。

优选的，所述的扼流式涡轮的叶片垂直于水涡轮的旋转面。

优选的，述的扼流式涡轮的叶片为9-12片；所述的支管道与进水主管道的最小横截面积比为0.35-0.45:1。

本实用新型目的之二是提供一种卷盘式喷灌机，包括卷盘机构、齿轮箱，其特征在于：还包括以上任一项所述的卷盘式喷灌机用水涡轮驱动装置。

所述的齿轮箱也包括现有技术的齿轮箱。

优选的，所述的齿轮箱包括若干个平行的轴系、齿轮轮系传动以及3速以上的换挡机构，实现3速以上的变速传动。

优选的，所述的若干个平行的轴系及齿轮轮系传动及3速以上的换挡机构，其结构为：包括输入一轴、传动二轴、传动三轴、传动四轴、传动五轴和传动六轴；与输入一轴固定的输入齿轮与固定在传动二轴上的二轴齿轮啮合，传动二轴上固定有三轴齿轮Ⅰ；传动二轴或传动三轴上设有2个或3个换挡齿轮，能与传动三轴或传动二轴上2 个以上的挂挡齿轮啮合换挡；传动四轴上固定有四轴齿轮Ⅲ，以及四轴换挡齿轮Ⅰ和四轴换挡齿轮Ⅱ；传动五轴上固定有五轴固定齿轮Ⅰ和五轴齿轮Ⅱ；传动六轴上设有六轴齿轮Ⅰ；四轴换挡齿轮Ⅰ能与三轴齿轮Ⅰ啮合，四轴Ⅰ齿轮Ⅱ能与三轴齿轮Ⅱ啮合；四轴齿轮Ⅲ与五轴齿轮Ⅱ啮合，五轴齿轮Ⅰ与六轴齿轮Ⅰ啮合；传动二轴或传动三轴上设有齿轮啮合换挡机构；传动四轴上设有换挡机构；四轴换挡齿轮Ⅰ和四轴换挡齿轮Ⅱ能分别与传动二轴上的2个或3个换挡齿轮配合换挡，以实现4挡或6挡变速。

改进的，所述的齿轮箱还包括传动输出七轴，所述的传动输出七轴上固定有七轴齿轮；五轴固定齿轮Ⅰ与七轴齿轮啮合；传动输出七轴通过万向节与拖拉机的输出轴之间连接。

优选的，所述的齿轮啮合换挡机构为拨叉式换挡机构，其结构为，传动二轴为套式轴，套式轴中设有换挡轴，换挡轴上设有能沿套式轴上的条形孔轴向移动的滑块，换挡轴通过换挡拨叉拨动实现轴向移动，换挡轴上设有盲孔，盲孔中设有弹簧和挡珠，换挡齿轮轴孔面上设有盲孔，挡珠通过设在套式轴上的孔与2个以上的换挡齿轮中的一个盲孔锁定，实现换挡。

优选的，所述的速换挡机构为离合器，所述的离合器为花键滑移离合器，选择与四轴换挡齿轮Ⅰ或四轴换挡齿轮Ⅱ中的一个相结合，实现高挡、低挡以及空挡换挡。

本实用新型的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型主要是解决现有技术中涡轮式水压驱动旋转装置能耗高、动力小、调速范围小、使用不方便的问题，具有能耗低、动力大、调速范围大、转速可调、使用方便、大大提高工作效率、降低劳动强度的特点；卷盘式喷灌机调速和使用方便、工作效率高。可满足用户根据实际情况所需的节能的动力源和作业速度，性能牢靠，降低劳动强度，适应面广。

以下结合一较佳实施例及附图作进一步详述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型水涡轮驱动装置的结构示意图。

图2是图1中水涡轮结构示意图。

图3是现有技术涡轮水压驱动装置涡轮结构示意图。

图4是图1中转阀的结构示意图。

图5是本实用新型卷盘式喷灌机的水涡轮驱动装置与减速机的的装配示意图。

图6是减速机的结构和传动原理示意图。

图7是拖拉机带动时的减速机结构和快速回收传动原理示意图。

图8是图6中传动二轴总成一个实施例的结构示意图。

图9是图8中传动二轴的结构示意图、

图10是图8中装的顶珠弹簧与转动钢珠的装配结构示意图。

图11是图5的主视图。

图12是图11的左视图。

图13是图11的右视图。

图1-图13中，各个标号的含义是：

1.输入一轴、2.输入齿轮、3.二轴齿轮Ⅰ、4.传动芯轴二轴总成、5.三轴齿轮Ⅰ、6.传动三轴、7.四轴换挡齿轮Ⅰ、8.传动四轴、 9.离合器、10.五轴固定齿轮Ⅰ、11.传动五轴、12.六轴齿轮Ⅰ、13. 传动六轴、14.五轴齿轮Ⅱ、15.四轴换挡齿轮Ⅱ、16.四轴齿轮Ⅲ、 17.三轴齿轮Ⅱ、18.三轴齿轮Ⅲ、19.三轴齿轮Ⅵ、20.三轴齿轮Ⅴ、21.拨叉块、22.转动钢珠、23.二轴齿轮Ⅱ、24.二轴齿轮Ⅲ、25.二轴齿轮Ⅵ、26.传动输出七轴、27.七轴齿轮、28.顶珠弹簧、 29.换挡轴套、30.换挡芯轴；

101.进水管道、102.水涡轮入水管、103.通水腔转阀手柄、104. 喷灌机出水管、105.通水腔转阀轴、106.密封垫、107.扼流式涡轮、 108.阀门、109.水涡轮壳体内腔、110.齿轮箱、111.喷灌机通水腔、 112.分流管。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参阅图1，现对本实用新型提供的侧冲式水涡轮驱动装置进行说明。所述的卷盘式喷灌机用水涡轮驱动装置，包括主管道，主管道与水涡轮壳体内腔109连通，水涡轮壳体内腔109与喷灌机出水管104 连通，其特征在于：主管道上连有支管道，支管道与喷灌机出水管 104相连通，支管道上设有阀门108，所述的水涡轮壳体内腔109中设有扼流式涡轮107，所述扼流式涡轮107的叶片的旋转方向截面呈凹曲线形、凹弧形或S形，进入进水主管道101的水顺着扼流式涡轮 107旋转的切线方向进入水涡轮壳体内腔109中，直冲击所述扼流式涡轮107的叶片曲面，在水压的作用下形成扼流式水涡轮驱动。作为本实用新型的一种具体实施方式。

本装置扼流式涡轮叶片的轴向截面呈凹曲线形、凹弧形或S形，好处就是使叶片受力较均匀，节能压耗，提高动力。

能使高压水流能够较垂直地或垂直地冲击叶轮叶片，使叶片受力均匀，节能压耗，水流高压得到充分利用，提高动力，使叶轮产生强劲驱动力，保证水涡轮能在较低水压情况下正常工作。

而且通水腔的阀门调节水范围更广，改变冲击涡轮叶片的水流量的范围大，能保证它在较低水压情况下也能正常工作，水流高压得到充分利用，产生强劲的驱动力，相比现有水涡轮在同等水压下驱动动力有大大提高。打个比方：同等4个压力，我们现在研制的这种水涡轮就能驱动喷灌机正常工作，现有侧式水涡轮就不能使喷灌机正常工作。故本装置具有能耗低、动力大、调速范围大、转速可调、使用方便、大大提高工作效率、降低劳动强度等特点。

阀门在打开状态，进入到主管道的水一部分进入水涡轮腔使其充满，一部分进入喷灌机通水腔，两股水汇聚到喷灌机出水管，进一步进入PE管内，然后通过喷灌机喷头车上的喷枪将水打出。逐渐关闭阀门，从而喷灌机通水腔内水减少，水涡轮腔内水增多，水压增大，进而驱动水涡轮叶轮转动，带动齿轮箱一轴，驱动齿轮箱工作，实现 PE管的回收。

参阅图2，优选的，所述的主管道的水沿扼流式水涡轮旋转的斜上切线方向进入水涡轮腔中。

优选的，所述的扼流式涡轮叶片垂直于水涡轮的旋转面。

优选的，所述的扼流式涡轮的叶片为9-12片，最佳为10片；

优选的，所述的支管道与进水主管道101的最小横截面积比为 0.35-0.45:1。最佳为0.4:1。

参阅图4，优选的，所述的阀门为蝶阀。

该驱动装置采用的扼流式水涡轮驱动结构，大大提高工作效率，满足了各种工况需求。将水涡轮设计为扼流式水涡轮，使得水压进入方向可以直接打在叶轮上，实现最高的能量转换。扼流式水涡轮传动应稳定可靠。扼流式水涡轮安装完成作业时不应漏水。扼流式水涡轮与卷盘式喷灌机的变速箱的输入轴方便装拆。

水涡轮部件，如水涡轮壳体、主管道、支管道、喷灌机出水管等，最好选用铝合金、镁合金等轻质金属材质或其他轻质材质。铝合金材质可配上优越的成型工艺和热处理工艺，最后配上高精度的加工要求，在重量上实现最大的能耗降低，而核心的是进入通水腔的水垂直打在叶轮的叶片上，瞬间填满叶片分割的区域，增大了作用力，用较小的扭矩运转，实现节能的目的，尽管尺寸上缩小了，但是效率却得到了大大的提升。也可用黑色金属如铸铁、钢等材质。进入水涡轮的水需经分流管分流后进入到通水腔内，在水涡轮入水口处装有转阀，用于调节击打叶轮的流量，进而调节进入喷灌机的入水量，与变速齿轮箱搭配，亦可实现喷灌机回收的无级调节。可满足用户根据实际情况所需的节能的动力源和作业速度，使用方便，性能牢靠，适应面广。

参阅图5，本实用新型提供卷盘式喷灌机，包括卷盘机构、齿轮箱，其特征在于：还包括以上任一项所述的卷盘式喷灌机用水涡轮驱动装置。

优选的，所述的齿轮箱包括若干个平行的轴系、齿轮轮系传动以及3速以上的换挡机构，实现3速以上的变速传动。

参阅图6，优选的，所述的若干个平行的轴系及齿轮轮系传动及 3速以上的换挡机构，其结构为：包括输入一轴1、传动二轴4、传动三轴6、传动四轴8、传动五轴11和传动六轴13；与输入一轴1 固定的输入齿轮2与固定在传动二轴4上的二轴齿轮3啮合，传动二轴4上固定有三轴齿轮Ⅰ5；传动二轴4或传动三轴6上设有2个或 3个换挡齿轮，能与传动三轴6或传动二轴4上2个以上的挂挡齿轮啮合换挡；传动四轴8上固定有四轴齿轮Ⅲ16，以及四轴换挡齿轮Ⅰ 7和四轴换挡齿轮Ⅱ15；传动五轴11上固定有五轴齿轮Ⅰ10和五轴齿轮Ⅱ14；传动六轴13上设有六轴齿轮12；四轴换挡齿轮Ⅰ7能与三轴齿轮Ⅰ5啮合，四轴Ⅰ齿轮Ⅱ15能与三轴齿轮Ⅱ17啮合；四轴齿轮Ⅲ16与五轴齿轮Ⅱ14啮合，五轴固定齿轮Ⅰ10与六轴齿轮Ⅰ12 啮合；传动二轴4或传动三轴6上设有齿轮啮合换挡机构；传动四轴 8上设有换挡机构；四轴换挡齿轮Ⅰ7和四轴换挡齿轮Ⅱ15能分别与传动二轴4上的2个或3个换挡齿轮配合换挡，以实现4挡或6挡变速。

而目前卷盘式喷灌机的回收速度主要由齿轮箱变速箱变速来控制卷盘的转动速度，通过齿轮箱输出齿轮与喷灌机齿圈的咬合来实现喷灌机的工作回收，三速以上如四速、六速齿轮箱则提供了极大的调速范围，满足用户的对于多种种植作物不同作业浇水量的要求，大大提高了工作效率。也可经过外界传输动力与齿轮箱的输入轴连接，实现非工作状态下的快速回收，如此大大提升了工作效率，降低劳动强度。

整个齿轮箱是由平行的轴系及齿轮轮系，以箱体为支撑的结构构成，通过拨动拨叉使得芯轴轴向运动，进而卡在齿轮的钢珠带动齿轮转动，实现1、2、3挡三个挡位变换；由花键滑移离合器9来选择与四轴齿轮17和四轴齿轮Ⅱ15中哪一个相结合来实现高低速的转换，进而实现六速的变化，一般输出齿轮的的理想转速为50-300r/min，一般选用的输出转速为200r/min。此结构虽挡位得到了提升，但是箱体尺寸却经合理的设计后大大缩小。并大大提高工作效率，更大可能的满足了各种工况需求。齿轮箱应设有输入、输出轴，并标准化，方便与输入动力连接件安装，输出轴应方便拆卸配合部件。齿轮箱变速时应没有异响，动作准确。还可设计有刹车制动轮的安装轴。齿轮箱的整体结构应合理，方便安装固定，传动稳定，性能牢靠。可解决现有技术速度调节范围小，用户得不到理想的灌溉参数的难题。新型水涡轮的设计满足了用户根据实际情况所需的作业速度及节能效果，工作压耗大大降低。

参阅图7，改进的，所述的齿轮箱还包括传动输出七轴26，所述的传动输出七轴26上固定有七轴齿轮27；五轴固定齿轮Ⅰ10与七轴齿轮27啮合；传动七轴26通过万向节与拖拉机的输出轴之间连接。

驱动卷盘式喷灌机的回收是在有水的状态下作业的，在作业过程中也会遇到停水停电或意外情况，此时还需将卷盘式喷灌机回收，如此便有了另一种传动过程，如图7所示。借助于拖拉机的输出轴的转动，在传动七轴26与拖拉机的输出轴之间安装一个万向节，如此传动七轴26便成为了输入主动力，七轴齿轮27产生了相对的转动，与七轴齿轮27相互啮合的五轴齿轮Ⅰ10和六轴齿轮12产生了相对的转动，进而传动六轴13产生了相对的转动，在传动六轴13上安装的任意与卷盘式喷灌机绞盘上的齿圈或链条相匹配的齿轮或链轮等传动部件，通过与卷盘式喷灌机的相对传动，实现转动，而将离合器9 置于中间位置，实现了空转，使得水涡轮不转，如此实现喷灌机在无水及压力的情况下，通过改变输入动力的方式的快速回收。

参阅图8、图9、图10，优选的，所述的齿轮啮合换挡机构为拨叉式换挡机构，其结构为，传动二轴4为套式轴，套式轴中设有换挡轴，换挡轴上设有能沿套式轴上的条形孔轴向移动的滑块，换挡轴通过换挡拨叉拨动实现轴向移动，换挡轴上设有盲孔，盲孔中设有弹簧和挡珠，换挡齿轮轴孔面上设有盲孔，挡珠通过设在套式轴上的孔与 2个以上的换挡齿轮中的一个盲孔锁定，实现换挡。

优选的，所述的速换挡机构为离合器，所述的离合器为花键滑移离合器9，选择与四轴齿轮Ⅰ7或四轴齿轮Ⅱ15中的一个相结合，实现高挡、低挡以及空挡换挡。

扼流式水涡轮驱动装置具体操作过程如下：水涡轮腔109内与喷灌机通水腔111是安装在一起的，形成一个空间，喷灌机作业的水液进入分流管112后分两路，一路进入到水涡轮入水管102内，借助水压的作用，使得进入水涡轮入水管102内的水垂直击打在叶轮107的叶片上，进入到水涡轮入水管102的水只能是通过叶轮107产生的转动，转动到与喷灌机通水腔111相通的区域，经喷灌机出水管104排出，而与喷灌机通水腔111出口连接的则是喷灌机喷水系统的入口，进入水涡轮的水液以最短的时间填满两相邻叶片之间的空间，使得叶轮发生转动，从而实现转动动力的输出，带动水涡轮输出轴转动，由此可知水涡轮输出轴是齿轮箱110的动力输入轴，即为齿轮箱输入一轴1，实现能量转换；而另一路则是经喷灌机通水腔111，最终两路水液均是在喷灌机通水腔111处汇聚，然后进入喷灌机喷洒系统的入水口。在喷灌机通水腔111的入水端装有通水腔转阀轴105，其结构如图1所示，通过摆动通水腔转阀手柄103，就可以调节进入喷灌机通水腔111的流量发生变化，由此进入分流管112的水量恒定，如果进喷灌机通水腔111的水增大，那么叶轮107的转速下降，反之则增大，整个水涡轮的操作也可将通水腔转阀轴105转动到密闭位置，使得只有第一路水液作业，此时，压力恒定的情况下，输出的转速最高。通过调节通水腔转阀轴105的转动角度也可以改变输出轴转数，实现无极变速。

齿轮箱具体的各个功能的实现操作过程如下：以输入一轴1位置主动部件，带动输入齿轮2转动，与输入齿轮2相互啮合的二轴齿轮Ⅰ3带动传动芯轴二轴总成4一起转动，传动芯轴二轴总成4上安装有二轴齿轮Ⅱ23、二轴齿轮Ⅲ24、二轴齿轮Ⅳ25，拨叉块21与换挡芯轴30相对固定，拨叉块21与换挡芯轴30之间装有换挡轴套29，换挡轴套29相对于箱体固定，如此拨动拨叉块21时换挡芯轴30沿换挡轴套29上的滑动槽产生轴向移动，换挡轴套29上安装有顶珠弹簧28和转动钢珠22，顶珠弹簧28和转动钢珠22的装配关系如图10 所示。拨动拨叉块21时借助于顶珠弹簧28使得转动钢珠22可以在二轴齿轮Ⅱ23、二轴齿轮Ⅲ24、二轴齿轮Ⅵ25中任意一个齿轮槽内，当转动钢珠22卡在哪个齿轮的卡槽内那个齿轮就开始转动，即三个齿轮就有三个变速，就是一二三挡，二轴齿轮Ⅳ25与三轴齿轮Ⅴ20 相互啮合，二轴齿轮Ⅲ24与三轴齿轮Ⅳ19相互啮合，二轴齿轮Ⅱ23 与三轴齿轮Ⅲ18相互啮合，当转动钢珠22卡在二轴齿轮Ⅳ25的卡槽内，则三轴齿轮Ⅴ20实现升速三挡转动，当转动钢珠22卡在二轴齿轮Ⅲ24的卡槽内，则三轴齿轮Ⅳ19实现二挡转动，当转动钢珠22卡在二轴齿轮Ⅱ23时，则三轴齿轮Ⅲ18实现降速1挡转动，无论三轴齿轮Ⅲ18、三轴齿轮Ⅳ19、三轴齿轮Ⅴ20哪一个齿轮转动，都会带动传动三轴6转动，进而三轴齿轮Ⅰ5、三轴齿轮Ⅱ17一起转动，与三轴齿轮Ⅰ5相互啮合的四轴齿轮Ⅰ7、与三轴齿轮Ⅱ17相互啮合的四轴齿轮Ⅱ15也都产生相对的转动，但是四轴齿轮Ⅰ7和四轴齿轮Ⅱ 15齿数不一样，由花键滑移离合器9来选择与四轴齿轮Ⅰ7和四轴齿轮Ⅱ15中哪一个相结合来实现高低速的转换，如此便实现了高速挡对应1、2、3三个速度，低挡对应3个速度，共六个工作挡位。而当离合器9置于中间位置时，如图6所示，即齿轮箱处于空挡位置，置于空挡时可满足输出齿轮不转动，即卷盘式喷灌机不动作。四轴齿轮Ⅲ16随着传动四轴8的转动，使得相互啮合的五轴齿轮Ⅱ14也产生转动，带动传动五轴11和传动五轴11上的五轴齿轮Ⅰ10产生转动，与五轴齿轮Ⅰ10相互啮合的六轴齿轮12产生相对的转动，而六轴齿轮12作为最终的输出齿轮，从而传动六轴13便成为了整个齿轮箱传动的最终输出轴，可在传动六轴13上安装任意与卷盘式喷灌机绞盘上的齿圈或链条相匹配的齿轮或链轮等传动部件，由此传动六轴 13便成为驱动喷灌机的回转的主动力，如此便完成了齿轮箱的工作状态的传动描述。

本实用新型提供的卷盘式喷灌机卷盘回收装置，与现有技术相比，本实用新型具有速度调节挡次多、范围大、使用方便、满足用户的对于多种作物不同作业的要求、大大提高了工作效率、降低劳动强度、适应面广的特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。