多功能水肥一體定額灌溉機(jī)的研制與應(yīng)用

李?lèi)?ài)國(guó)等

摘要河北省低平原地區(qū)屬半干旱地區(qū)，地下水資源極度匱乏，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)已刻不容緩。多功能水肥一體定額灌溉機(jī)是集節(jié)水灌溉、施肥、噴藥等功能于一體的設(shè)備，其操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省工。

關(guān)鍵詞灌溉機(jī)；水肥一體化；節(jié)水；定額灌溉

中圖分類(lèi)號(hào)S274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）21-07237-02

Development and Application of Multifunctional Devices of Irrigation and Fertilizer Quota

LI Aiguo， LI Heping et al（Dryland Farming Institute， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Hengshui， Hebei 053000）

AbstractThe low plain area of Hebei Province is a semiarid region， the groundwater resource is extremely scarce， the development of watersaving agriculture is of great urgency. Development of multifunctional devices of quota irrigation is a set of watersaving irrigation， fertilizer， spray and other functions in one device， which is convenient， timesaving and laborsaving.

Key wordsIrrigation machines； Integrated management of water and fertilizer； Water conservation； Quota irrigation

河北省低平原地區(qū)屬半干旱地區(qū)，常年降雨量不足，且四季降雨量分布不均，尤其春季降雨量稀少，水資源極度匱乏。河北省低平原地區(qū)是重要的糧食產(chǎn)區(qū)，其中冬小麥對(duì)水量的需求較大，澆灌水源主要依賴(lài)對(duì)地下水的開(kāi)采[1]，導(dǎo)致地下水資源極度匱乏[2]。以衡水為例，衡水市年水資源量?jī)H多功能水肥一體定額灌溉機(jī)是集作物多種作業(yè)于一體的專(zhuān)用節(jié)水灌溉設(shè)備，主要優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)土壤墑情和作物需水情況進(jìn)行適量澆灌，避免多余水分的浪費(fèi)，可大大提高節(jié)水灌溉效率。設(shè)備中還設(shè)計(jì)了水肥一體化、施藥等多種功能，其操作簡(jiǎn)便、省工省時(shí)，節(jié)約土地、防止土壤板結(jié)和減少土壤鹽漬化。

1.1水肥（藥）一體化動(dòng)力車(chē)

1.1.1基本結(jié)構(gòu)。水肥（藥）一體化動(dòng)力裝置也是整個(gè)噴灌設(shè)備的核心部分，主要由電機(jī)、高壓泵、溶解桶和變頻控制器等組成（圖1）。

注：1——電機(jī)（可調(diào)頻）；2—高壓泵出水口；3—高壓泵進(jìn)水口；4—多級(jí)加壓泵；5—帶有肥料進(jìn)水口；6—肥料出水口；7—肥料（或農(nóng)藥）溶解桶；8—變頻控制器，與電機(jī)1和電機(jī)16相連；9—第一導(dǎo)液管；10—進(jìn)水管；11—過(guò)濾網(wǎng)；12—第二導(dǎo)液管；13—閥門(mén)；14—導(dǎo)液管；15—閥門(mén)；16—電機(jī)；18—閥門(mén)；19—閥門(mén)；20—外聯(lián)接口；21—閥門(mén)。

圖1水肥（藥）一體化動(dòng)力裝置1.1.2基本工作原理。肥料溶解桶7的肥料（藥）進(jìn)水口5通過(guò)第一導(dǎo)液管9與高壓泵出水口2連接，在高壓泵進(jìn)水口3上連接有帶有過(guò)濾網(wǎng)11的進(jìn)水管10，進(jìn)水管10與肥料出水口6通過(guò)第二導(dǎo)液管12連接。通過(guò)變頻控制器8控制電機(jī)1，使得多級(jí)加壓泵4的壓力可以調(diào)節(jié)，在澆灌前，先通過(guò)第一導(dǎo)液管9將高壓泵出水口2中的水輸送到肥料溶解桶7內(nèi)，肥料在肥料溶解桶7內(nèi)溶解成肥料溶液，然后通過(guò)第二導(dǎo)液管12將肥料溶液輸送到到多級(jí)加壓泵4中，與澆灌水一起到達(dá)農(nóng)田中，通過(guò)調(diào)節(jié)澆灌水的壓力，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同地形和地塊的澆灌，而且肥料更加均勻，在澆灌前用高壓澆灌水進(jìn)行肥料稀釋?zhuān)瑴p小了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了澆灌效率。灌溉液體壓力可以根據(jù)需要情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，且壓力恒定，灌溉過(guò)程中，節(jié)水明顯。工作時(shí)將進(jìn)水管10與外聯(lián)水源接通，高壓泵出水口2與PE輸水管裝置接通。（1）當(dāng)作業(yè)只需要灌溉時(shí)，將閥門(mén)13、15、18關(guān)閉，通過(guò)變頻控制器8將電機(jī)16停止運(yùn)行，開(kāi)啟電機(jī)1，并通過(guò)調(diào)頻（轉(zhuǎn)速）調(diào)節(jié)所需出水壓力。（2）當(dāng)需要肥料（藥）的量較少（或濃度較低）時(shí)，可在溶解桶7中進(jìn)行，通過(guò)閥門(mén)13開(kāi)啟可注入水（不需要時(shí)關(guān)閉）。待肥料（藥）溶解后，開(kāi)啟電機(jī)16與閥門(mén)18、19可將肥料（藥）液注入到進(jìn)水管10中，并通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)11后，與水源混合到達(dá)高壓泵進(jìn)水口3。（3）如果施肥（藥）面積較大、肥料（藥）的量較多時(shí)，也可不用溶解桶7，可通過(guò)外鏈接口20連接外部肥料（藥）溶解池，開(kāi)啟閥門(mén)21、18、19，關(guān)閉肥料出水口的閥門(mén)、關(guān)閉閥門(mén)13、15。（4）如果需要的肥料（藥）濃度較低時(shí)，也可不用電機(jī)16，通過(guò)電機(jī)1的工作產(chǎn)生的壓差自行將肥料（藥）液吸入進(jìn)水管10中，此種情況需開(kāi)啟第二導(dǎo)液管12的閥門(mén)13，關(guān)閉電機(jī)16、閥門(mén)18、19、15。

1.2PE輸水管

1.2.1基本結(jié)構(gòu)。管長(zhǎng)一般為250～450 m，管直徑為50～110 mm五種規(guī)格，一次成型無(wú)接頭，可纏繞在直徑為2 m的絞盤(pán)上。管內(nèi)充水，工作時(shí)壓力可達(dá)7 kg/cm2力左右[5]。PE管可纏繞在絞盤(pán)上，絞盤(pán)上帶有水渦輪驅(qū)動(dòng)，通過(guò)水肥（藥）一體化動(dòng)力裝置產(chǎn)生的壓力水進(jìn)入水渦輪驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。水渦輪的旋轉(zhuǎn)經(jīng)多功能變速箱裝置帶動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，拖動(dòng)PE管實(shí)現(xiàn)噴頭車(chē)均勻回收，同時(shí)壓力水進(jìn)入PE管傳送到噴頭，實(shí)現(xiàn)噴頭正常噴灑。該部分結(jié)構(gòu)主要有機(jī)架、絞盤(pán)、底盤(pán)、動(dòng)力牽引、PE輸水管、變速箱、水渦輪驅(qū)動(dòng)裝置、自動(dòng)調(diào)速裝置、導(dǎo)向裝置等幾部分組成[6]。

注：1—機(jī)械支架；2—水渦輪；3—減速機(jī)；4—離合器；5—轉(zhuǎn)盤(pán)；6—車(chē)輪；7—后支架；8-PE管（連接噴頭車(chē)）；9-前支架；10—主閥門(mén)；11—卷盤(pán)；12—纏繞安全裝置；13—拉桿；14—起降架。

圖2PE輸水管裝置1.2.2工作原理。纏繞PE管的絞盤(pán)裝有水渦輪式動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，水渦輪轉(zhuǎn)速?gòu)乃疁u輪軸引出一個(gè)兩速段的皮帶驅(qū)動(dòng)裝置傳入到減速器中，再經(jīng)鏈條傳動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)大的扭矩力驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)PE管的自動(dòng)回收。同時(shí)將水送到噴頭車(chē)，噴頭車(chē)隨著PE管的移動(dòng)不間歇的進(jìn)行噴灑作業(yè)。

在水渦輪進(jìn)水彎頭處設(shè)有調(diào)整舌板，調(diào)整舌板的開(kāi)啟度便可控制進(jìn)入渦輪的水流量，使水渦輪的轉(zhuǎn)速也隨之改變，改變PE管移動(dòng)速度，從而達(dá)到控制所需噴水程度不同的目的。調(diào)節(jié)舌板的轉(zhuǎn)軸通過(guò)球形接頭與層疊補(bǔ)償機(jī)構(gòu)連接，使噴灌機(jī)在工作時(shí)，隨絞盤(pán)有效直徑和PE管摩擦阻力的變化，PE管疊層補(bǔ)償桿自動(dòng)改變調(diào)整舌板的開(kāi)啟度，從而保證PE管的回收速度，纏繞時(shí)幾乎可以保持定速，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整速度達(dá)到噴灑均勻的目的[7]。

1.3噴頭車(chē)噴頭最多可安裝13個(gè)，單側(cè)展臂20～25 m，噴幅寬可達(dá)40～50 m。根據(jù)種植地塊情況可以調(diào)節(jié)展臂的寬窄和噴頭的數(shù)量（圖3）。噴頭車(chē)的動(dòng)力和速度用PE輸水管的拉動(dòng)進(jìn)行[8]。

2灌溉機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及使用性能

2.1優(yōu)點(diǎn)

2.1.1定額灌溉。 灌溉機(jī)最明顯的優(yōu)勢(shì)是根據(jù)土壤墑情和作物需要水分情況進(jìn)行定額灌溉。比傳統(tǒng)的大水漫灌、小白龍、微噴灌要明顯節(jié)水[9]。噴頭車(chē)的移動(dòng)速度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，速度越慢，澆灌水量越大。當(dāng)噴灑農(nóng)藥和葉面肥時(shí)，一般將噴頭車(chē)的速度調(diào)到較大的適當(dāng)位置[10]。

2.1.2節(jié)約成本、效果好。省工、省時(shí)、噴灑均勻、人員不易中毒，特別是對(duì)遷飛性的害蟲(chóng)（如：盲蝽蟓）效果明顯。

2.1.3其他優(yōu)點(diǎn)。灌溉機(jī)的作業(yè)還具有防止土壤板結(jié)及鹽漬化、凈化植株葉表塵土、提高光合作用效率、節(jié)約土地、省時(shí)省工等優(yōu)點(diǎn)。

2.2使用性能

2.2.1水肥一體化[11]。動(dòng)力車(chē)中有肥料溶解桶，可將肥料

圖3桁架?chē)姽嘬?chē)示意圖直接倒入溶解桶中，一般第一次倒入量不應(yīng)超過(guò)100 kg，然后將水灌入溶解桶中。在灌溉時(shí)，可隨時(shí)添加肥料，溶解桶中的肥料水溶液始終應(yīng)保持飽和狀態(tài)。根據(jù)澆灌速度和所需施肥量，參照水表流量，調(diào)節(jié)控肥進(jìn)出閥門(mén)即可。

2.2.2施藥方法。根據(jù)施藥面積在肥料桶中加入適量農(nóng)藥，再加入水，配成濃度較高的農(nóng)藥溶液。把噴頭車(chē)速度調(diào)到合適位置。打開(kāi)動(dòng)力車(chē)的調(diào)頻開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)噴頭的壓力。根據(jù)施藥濃度和噴頭車(chē)速度調(diào)節(jié)進(jìn)水量和農(nóng)藥溶液的流量。

3結(jié)語(yǔ)

節(jié)水型多功能水肥一體灌溉機(jī)適用于多種墑情的土地灌溉，操作易掌握。使用水肥（藥）時(shí)，應(yīng)根據(jù)所需要的肥（藥）量進(jìn)行配置，計(jì)算施藥桶的輸出流量即可操作。該設(shè)備適合當(dāng)前土地流轉(zhuǎn)情況下形成的中小型農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)合作組織。一般地塊長(zhǎng)在150 m以上最佳，單次作業(yè)寬幅在40～50 m。澆灌地不用預(yù)留畦埂和水溝。如果用該設(shè)備噴灑除草劑，應(yīng)特別注意設(shè)備的清洗工作，防止殘留藥液下次使用時(shí)產(chǎn)生藥害。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡景輝，孫麗敏，賀秀珍，等.河北省低平原中低產(chǎn)類(lèi)型區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)

整過(guò)程及趨勢(shì)分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2013（5）：39-42.

[2] 王有增，張金鎖，陳鳳瑞.河北省低平原雨養(yǎng)農(nóng)田因雨種植技術(shù)研究[J].耕作與栽培，1992（3）：1-5.

[3] 楊慧，任民.衡水市地下水超采綜合治理試點(diǎn)工作廣播電視動(dòng)員大會(huì)[R].2014.

[4] 齊勝利.實(shí)現(xiàn)衡水市水資源可持續(xù)利用的對(duì)策[J].河北水利，2005（6）：10-12.

[5] 嚴(yán)海軍，許一飛.懸掛式卷管灌溉機(jī)水力設(shè)計(jì)參數(shù)的幾點(diǎn)探討[J].節(jié)水灌溉，2001（3）：9-10.

[6] 葛茂生，吳普特，朱德蘭，等.基于ANSYS的輕小型移動(dòng)式噴灌機(jī)組桁架桿件優(yōu)化研究[J].節(jié)水灌溉，2013（11）：63-65.

[7] 李林.移動(dòng)絞盤(pán)式噴灌機(jī)的推廣和應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2012（6）：105-107.

[8] 王榮，奚泉，杜金平，等.大型噴灌機(jī)桁架的設(shè)計(jì)研究[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，9（2）：43-50.

[9] 孫惠民，程滿金，鄭大瑋.北方半干旱集雨補(bǔ)灌旱作區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展模式[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16（6）：1072-1076.

[10] 孫宏勇，陳素英，張喜英，等.一種可移動(dòng)式農(nóng)田小定額灌溉裝置[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009（4）：95-96.

[11] 杜義英，秦焱.河北省大田作物水肥一體化技術(shù)的思考[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2013（1）：78-79.