喷头的工作原理
（一）摇臂式喷头
1．摇臂式喷头的结构与工作原理
（1）摇臂式喷头的结构 摇臂式喷头虽然有许多结构形式，但基本上都由下列几部分组成。
a．旋转密封机构。常用的有径向密封和端面密封两种形式，由减磨密封圈、胶垫（或胶圈）、防沙弹簧等零件组成。
b．流道。水流通过喷头时的通道，包括空心轴、喷体、喷管、稳流器、喷嘴等零件。
c．驱动机构。由摇臂、摇臂轴、摇臂弹簧、弹簧座等零件组成，其作用是驱动喷头转动。
d．扇形换向机构。由换向器、反转钩、限位环（销）等零件组成，其作用是使喷头在规定的扇形范围内喷洒。
e．连接件。摇臂式喷头与供水管常用螺纹连接，其连接件多为喷头的空心轴套。
摇臂式喷头的结构详见图7－27和图7－28。
摇臂式喷头与其他旋转式喷头在结构上的不同之处在于驱动机构。驱动摇臂式喷头旋转的是摇臂机构，摇臂在射流作用下绕自轴摆动，以较大的碰撞冲量撞击喷管或喷体，使喷头旋转。这种间歇施加的撞击驱动力矩，时间短、作用力大，能使喷头转速均匀而稳定，射流集中定向，所以，摇臂式喷头的射程较远而均匀度较高。
摇臂机构中的摇臂、摇臂弹簧及弹簧座都套装在摇臂轴上，摇臂轴固定在喷管或喷体的上部。摇臂弹簧端插入摇臂中部的框架上，另一端插入弹簧座。座上端面有几道交叉线槽，任一道线槽都可嵌入一只固定在轴上的销钉，这样，旋转弹簧座就可以调节弹簧的弹力，从而改变摇臂张角的大小。一般为了便于调节摇臂导流器的受水深度和减少摩擦阻力，摇臂常采用悬挂式结构。
摇臂前端有导流器，后端有平衡重，中间为摇臂框架。摇臂在射流和弹簧的交替作用下，绕摇臂轴做往复摆动。它的作用是接受喷嘴射流所施加的能量，驱动摆臂加速，撞击喷管，从而使喷头旋转；第二是导流器周期性地切入射流击碎水柱，使喷洒水量得到均匀的分布。
（2）摇臂式喷头的工作原理 摇臂式喷头的工作原理实质上是摇臂工作时不同能量的相互传递和转化的运动过程，它可以分为以下五个阶段。
a．启动阶段。射流经偏流板射向导流板后，转向600－1200，导流板得到射流的反作用力，使摇臂获得动能而向外摆动，绕摇臂轴转动，使摇臂弹簧扭转，得到扭力矩，此力矩小于射流反作用力矩，所以，摇臂得到角速度而脱离射流。
b．外摆阶段。惯性力使摇臂继续转动，直至摇臂张角达到，从而得到的扭力矩，此时角速度转变为0，弹簧势能达到，即摇臂外摆的动能全部转化为弹簧的弹性势能。
c．弹回阶段。在弹簧扭力矩的作用下，弹簧的弹性势能逐步转化为摇臂的转动动能，摇臂开始往回摆，角速度不断地增加，直到摇臂将要切入射流。
d．入水阶段。具有转动动能的摇臂又重新进入射流，偏流板开始接受水流导水板不受水），产生的反作用力使摇臂动能急剧增加，角速度变得越来越大。
e．撞击阶段。摇臂在回转惯性力和偏流导板切向附加力的作用下，以很大的角速度开始碰撞喷管，使喷头转动3－50，碰撞结束后，摇臂即完成了一个完整的旋转运动过程。在摩擦力矩的作用下，喷头很快静止停了下来。此后再继续重复上述的旋转运动过程。
如果喷头做扇形喷洒工作，当突变挡块（销）在一个凹下的稳定位置时，摇臂不受突变挡块限制，此时喷头按上述五个阶段周期性地进行正向间歇转动。当突变挡块在一个凸起的稳定位置上时，摇臂正常摆动角度受到限制，在射流作用下，摇臂直接碰撞挡块，喷头反转一个较小角度，在弹簧扭力矩作用下，摇臂返入射流，摇臂对喷管正向冲量力矩很小。此后，在射流作用下，摇臂又摆开。反转运动过程是进行的，射程就比较近，水滴多洒落在比较近的地方。
2．垂直摇臂式喷头
（1）结构 垂直摇臂式喷头是一种反作用式喷头，它是利用水流通过垂直摇臂的导流器所产生反作用力，获得驱动力矩的旋转式喷头，它的主要优点是受力情况比摇臂式喷头好。这是因为摆臂不直接撞出喷管，正转时摆臂配重和摆臂轴处配重在运动时对于摆臂轴的作用力方向相反，可以抵销部分撞出力。同时，由于摆臂在与喷管近于平行的平面里运动，摆臂运动的作用力和射流运动产生的作用力相反也产生一个平衡力矩。因此驱动平稳。
这是一种中、高压型的喷头。除幼嫩作物外，其他作物都能适应，另外，它还可以喷洒污水或粪液等混合液体。
垂直摇臂式喷头的结构虽然各厂家有所差异，但概括起来可以分为流道（包括空心轴、喷体、喷管、稳流器、喷嘴等零件）、旋转密封机构（包括轴承座、轴承、密封圈等零件）、驱动机构（包括摇臂、反向摇臂、摇臂轴等零件）、换向机构（包括挡块、滚轮、换向架、拉杆、弹簧等零件）和限速机构（包括摩擦垫、压插、压簧等零件）五个部分，具体结构见图7－28。这种喷头与供水管之间常用法兰连接。
喷头圆环形喷孔出口处有一倾角，射流通过时，虽流量系数有所降低，但能促进射流裂散。喷管一般较长，为喷管直径的8倍以上，稳流器常用效果较好的星形结构。限速机构包括摩擦片、压缩弹簧和调节螺栓等，摩擦片的压力均布在喷头座上，所以，只要改变弹簧的压缩行程，即可改变摩擦片上的压力，亦即起到控制转速的作用。反转时是靠反转臂、反转传动杆及换向架等部件进行的。因此，垂直摇臂式喷头绕喷体中心垂直轴的正、反转是靠两套机构实现的。
（2）工作原理 高速射流从喷孔（多数为环形）射出，冲击导流器（摇臂）摇臂获得能量。冲击力分成向下、向左的两个分力，在向下分力的作用下，摇臂克服平衡锤的重量和摇臂轴的轴承摩擦阻力向下运动；在向左分力的作用下，克服旋转密封机构的摩擦阻力和限速机构的制动摩擦阻力，使喷头向右旋转一个小角度。摇臂向下运动时，其平衡重块升高，得到重力势能，然后在其与摇臂轴平衡重块（有的喷头没有）重力矩的联合作用下，摇臂返回，重力势能转变为转动动能，再次切入射流。同时，在摇臂轴处的摇臂橡胶块与该处的配重橡胶块碰撞，使摇臂转速为零。重复以上过程，在间歇性驱动力矩作用下，喷头不断做间歇性正转（向右转动）。当换向架（轭架、滚轮、啮合限位器合称为换向架）上的滚轴和啮合限位器相接触时，轭架通过反转传动杆，拉动反转臂，使其切水板切入射流得到能量，产生向左的反作用驱动力矩，使喷头迅速向左旋转，直至轭架滚轮接触脱开限位器，传动杆推动反转臂的切水板离开水舌，喷头重新又开始正转。
从能量转换的角度来看，喷头旋转时可分成获能、蓄能、释能、增能四个阶段。如按喷体运动过程也可分成射流动能使喷体绕垂直轴线转动、射流动能与摩擦阻力平衡及复位三个阶段。
垂直摇臂式喷头与摇臂式喷头在接受能量方式上是不同的。前者靠水流冲击和重力回拉。后者靠摇臂撞击和摇臂弹簧回位。
3．固定式喷头
喷洒时其零部件无相对运动的喷头，称为固定式喷头。固定式喷头又称漫射式喷头或散水式喷头。它的特点是在喷灌过程中所有部件相对于竖管是固定不动的，而水流是在全圆周或部分圆周（扇形）同时散开。这样水流分散、喷不远、射程短（5－10m）、喷灌强度大（15－20mm／h以上）。多数喷头的水量分布规律是近处的喷灌强度比平均喷灌强度高得多，因而使用范围受到很大的限制。但是其结构简单，没有旋转部分，工作可靠，而且要求的工作压力比较低，一般水滴比较细，所以常用在公园、草地、苗圃、温室等处。另外还适用于悬臂式喷灌机、中心支轴式喷灌机和平移式喷灌机上，以节约能源。
按固定式喷头的结构和喷洒特点可将其分为三类：折射式、缝隙式和离心式。
（1）折射式喷头的结构及工作原理
喷射水流经过折挡，裂散成水滴的固定式喷头，称为折射式喷头。这种喷头有内支架式、外支架式和整体式三种，喷头由喷嘴、折射锥和支架等部分组成。具体结构见图7－29。
折射锥为锥角1200－1500的圆锥体，锥体表面应很光滑，其轴线要求和喷嘴轴线相吻合，这样有利于水量向四周均匀分散。为调节水滴大小和沿轴向水量分布及散落距离，折射锥与支架之间常常采用螺杆连结，可以调节喷嘴与折射锥之间的距离。折射锥内、外支架的区别在于：采用内支架则占去部分过水断面，相应的喷嘴过水截面积就要大；采用外支架，则喷洒范围内部分地面就成为盲区。整体式的折射喷头均为单面折射，折射锥不是整个圆锥体，而是一个带有部分圆锥面的柱体，喷洒形状为扇形，见图7－29（c），为了简化制作加工，有些做成与水平面成一定角度的斜面。
折射式喷头的工作原理是当喷头工作时，有压水流由喷嘴直接垂直射出后，遇到折射锥的阻拦，形成薄水层而向四周射出，在空气阻力作用下，伞形的薄水层就散裂为小水滴而降落到地面。
（2）缝隙式喷头的结构及工作原理
缝隙式喷头工作时，有压水流经过特制的缝隙，喷出后裂散成水滴，是一种固定式喷头。这种喷头均为整体式加工制作而成，只能作扇形喷洒。一般情况下，是在封闭的管端附近开出一定形状的缝隙，另一端为管接头，如图7－30所示。为了取得较大的射程，有的喷头将其射缝隙做成与水平面成300的夹角。缝隙式喷头的优点是结构简单，比较容易制作，但是它的缝隙很容易被堵塞，且散开的水不很均匀，在缝隙两端水流相对较集中。
缝隙式喷头的工作原理同折射式喷头的工作原理基本相同，只是其有压水流经过固定不动的缝隙喷嘴喷出，形成一个扇形的薄水层，然后在空气阻力的作用下逐渐裂散成水滴，降落到地面。
（3）离心式喷头的结构及工作原理
离心式喷头（又称漫射式喷头）是指有压水流一经喷出即裂散成水滴的固定式喷头，这种喷头主要由喷嘴、锥形轴（螺旋轴）、喷体、接头等部分组成。具体结构见图7－31。
离心式喷头的工作原理是喷头开始工作时，经过竖管的有压水流沿切线方向（图7－31a）或沿螺
