枢轴如何工作

中心枢轴系统是一种复杂的工程系统，既依赖于旧技术，也依赖于新技术。它们严重依赖于为关键部件的其他用途而开发的技术--

• 涡轮泵。在20世纪40年代，灌溉者利用油泵将地下水抽到地表。结合更强大的内燃和电机，这些泵可以将水在压力下输送到新的枢轴系统。
• 管。第二次世界大战后，越来越多的灌溉者开始使用钢管或铝管来灌溉他们的田地，有的带洒水装置，有的带浇门。枢轴将相同的管道从地面升起，并自动移动管道。
• 洒水器。在20世纪初，城市地区已经有了加压供水系统，并使用了新的喷头来浇灌城镇的草坪。渐渐地，苗圃对洒水装置进行了改造以适应他们的使用，然后农民们将洒水装置与高压泵和管道结合起来。1946年，洒水器灌溉了不到25万英亩农田。到1959年，340万英亩的土地安装了洒水装置。

弗兰克·齐巴赫（Frank Zybach）拿起了新的水泵、管道和洒水器，将它们组装在一起，并将系统从地面上升起。他用一系列的塔来支撑这个系统，并想出了如何围绕一个中心枢轴点旋转整个仪器。Zybach、Daugherty和所有跟随他们脚步的工程师和发明家必须设计和完善一系列问题的解决方案。

• 如何移动枢轴。Zybach的第一个系统从主管道中抽取一些加压水，将其送入活塞，活塞推动一个连杆，推动钢轮前进。还有一些发明家使用液压活塞提供动力，还有一些人在塔上安装了电动机。橡胶车轮很快就取代了钢铁车轮。现在，大多数系统使用电机驱动橡胶车轮。它们可以以可控的速度前后移动。
• 让塔楼保持整齐。所有中心枢轴系统都将通过控制中心枢轴圈外侧的塔架来设置系统的整体速度，即塔架必须比塔架向中心移动得更远、更快。然后，每一家制造商都开发了一种方法，让内部塔架能够感知它们在塔架后面或前面的距离。当一座塔落后时，它的马达就会启动或以更快的速度追赶。多年来，这些控制传感器已经从简单的机械连杆发展到计算机控制下的电子传感器。
• 均匀地分配水。再者，因为管道越快越远，在枢轴系统的端部分布的水要比中间的多。制造商已经采用了越来越复杂的喷头，并沿管道长度以精确的模式放置，以提供均匀的覆盖。今天的一些系统甚至使用GPS和无线通信技术来控制有多少水到达田地的特定部分，并通过手机或远程笔记本电脑来控制系统。

• 支撑管道。水很重——每立方英尺62.5磅。最大的枢轴使用直径为10英寸的管道，伸出2600英尺。因此，该系统中的水可能超过88000磅。(在这里算算）当你把那些管子抬离地面时，你必须支撑它们。早期的系统使用从高塔顶部延伸的电线来支撑拱形或弯曲的管道。后来，制造商开发了一种桁架系统，将管道向上弯曲，并将重量转移回塔架。这种“下桁架”系统是目前最常用的，它允许管道比钢丝支撑系统升高。
• 把管子抬得足够高。齐巴赫的第一套系统离地面只有几英尺远。玉米是美国最受欢迎的作物之一，它能长出六到八英尺高（取决于品种）。将管道提升到足够高的高度，以便在玉米地上四处移动，使得下桁架系统更具吸引力。
• 让电力系统停止运转。中心枢轴系统的枢轴点是静止的。其他的都是圆周运动。所以如果你简单地将缆绳沿枢轴点向上拉到塔上，缆绳会缠绕在枢轴点上，最终断裂。因此，枢轴公司的工程师们想出了如何将电力引入一个叫做集电极环的装置。来自枢轴点的能量被分配到一系列固定的圆形板上，然后连接到沿着枢轴管跨的电线上。
• 防止管道生锈。早期的枢轴系统由钢制成，以支撑系统的重量和压力。钢上了漆以防生锈。但油漆会褪色。因此，到了20世纪60年代末，山谷灌溉系统正在用热浸镀锌钢管和部件建造。这样可以更好地保护钢材。后来的系统是用铝建造的，铝不会生锈，甚至用不锈钢或塑料涂层的管道，可以抵抗高度腐蚀性的水或化学品。

每一项技术创新都借鉴了当时最先进的工程和科学知识，是使系统可靠工作的重要一步。

作者：比尔·甘泽尔甘泽尔集团。首次出版于2006年。部分参考书目如下：在这里.

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