小麦、玉米是重要的粮食作物,对中国的粮食安全起着至关重要的作用。灌溉是保证小麦、玉米稳产高产的重要作业环节,中国是一个水资源缺乏的国家,大水漫灌、喷灌、滴灌是主要的灌溉形式,卷盘喷灌机是灌溉中一种常用的机械,但是,卷盘喷灌机使用中仍然存在灌溉不均匀、重喷、漏喷、功能单一等诸多问题。本文根据卷盘喷灌机的研究现状,以及在实际使用过程中存在的问题,研制了水肥一体式卷盘喷灌机,解决了在桁架喷灌幅宽内,中间喷量大,两边喷量小的问题,提高了灌水均匀度,解决了功能单一的问题,实现了水肥一体化的功能。本文主要做了如下内容研究:(1)卷盘喷灌机利用现状的探究。卷盘喷灌机的喷灌部件主要采用桁架喷杆和喷枪。采用喷枪存在灌水不均、重喷、漏喷、水雾受风力影响易发生漂移、水分蒸发量大的问题;桁架喷杆虽然无漏喷的问题,但是,由于喷管管径设计不科学,导致各喷头喷量不一致。卷盘喷灌机只能用于灌溉作业,无法实现其他功能,造成机械购买成本的增加。(2)确定了水肥一体式卷盘喷灌机的整体方案,主要对卷盘喷灌机的喷管进行改进,设计了适用于卷盘喷灌机的水肥系统。(3)卷盘喷灌机的关键部件设计与选型。喷管各处喷头喷量不一致的原因是喷头各处压力不一样,根据多孔管路沿压力理论分布,确定了影响压力分布的主要参数有喷管的长径比、断面收缩率,喷头安装位置、喷管水流的雷诺数。根据影响因素,设计了供水系统,流量为每亩36m~3,桁架车的行走速度为10.31m/h,轮灌周期控制面积为100亩,系统压力总损失35.475m。根据供水系统的设计,选择扬程为120m,流量为50m~3/h的250QJ50-120/6型水泵,喷头选用LY-311B蝶形折射喷头。根据多孔管路沿程压力理论,利用各处喷头压力相等且为零,对市场常用的几种尺寸喷管进行计算,得出进水端为50mm的喷管,末端为31.9mm,喷管锥度为0.00174。对所设计的喷杆进行模态仿真,喷杆不会发生共振变形,可以安全作业。(4)卷盘喷灌机水肥系统的设计与选型。水肥系统管路分为主管道和支路管道,支路管道为混肥管道。经过对智能施肥机、压差式施肥罐、比例施肥泵、文丘里施肥器的比较,卷盘喷灌机的作业特点以及农户地块的分布形式,发现比例施肥泵无需电力,施肥均匀,造价较低,安装和操作比较容易,拆卸方便,质量较轻,可以方便移动,比较适用于田间地块分散的情况,也比较适用与移动式灌溉装备进行组合使用,因此选择比例施肥泵作为水肥系统水肥混合的核心部件。选择了目数为120的F32YS型网式过滤器。选择了底面直径1050mm、高度1250mm、容积为1000L的肥料桶。(5)在试验田分别进行了喷头喷量一致性试验、喷头肥液浓度一致性试验以及桁架式和喷枪式卷盘喷灌机灌溉均匀度的对比实验。在喷头喷量一致性试验中发现在不同压力下,沿喷杆方向各个喷头的喷量变异系数小于3.2%,喷量一致性较好。在喷头肥液浓度一致性试验中发现肥液浓度的变异系数为1.8%,说明肥液浓度基本稳定,混肥效果较好。在桁架式和喷枪式卷盘喷灌机的对比实验中发现桁架式卷盘喷灌机的灌水均匀度最高值为98.4%,最低98.0%;喷枪式卷盘喷灌机灌水均匀度最高80.4%,最低78.5%。桁架式卷盘喷灌机的灌水均匀度明显好于喷枪式卷盘喷灌机灌水均匀度。