新型自行傘狀灌溉器設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)方法

李佳霖+汪文霞

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 專業(yè)：排水科學(xué)與工程 450001）

摘 要：在我國(guó)，移動(dòng)式或者半固定式噴灌系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，這類系統(tǒng)具有節(jié)水效果好且整體投資較省的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是對(duì)勞動(dòng)力需求大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，雇工成本較高，因此阻礙了該類系統(tǒng)的大面積推廣應(yīng)用。針對(duì)這一問題，創(chuàng)新性地研發(fā)了自行傘狀灌溉器，這種可移動(dòng)噴灌設(shè)備以滾動(dòng)代替平動(dòng)，可遙控調(diào)節(jié)，安裝使用效率高，大量節(jié)約勞動(dòng)力，節(jié)水效果好。

關(guān)鍵詞：節(jié)水灌溉；可移動(dòng)噴灌；傘狀；

引言：

目前在中國(guó)，噴灌設(shè)備的生產(chǎn)從種類、數(shù)量到質(zhì)量都有了極大的發(fā)展和提升，基本配套設(shè)施能夠滿足噴灌發(fā)展的要求。在中國(guó)推廣技術(shù)的要求下，噴灌技術(shù)形成了如下幾種噴灌系統(tǒng)：移動(dòng)式、半固定式、固定式； 在機(jī)組方面又分為大型機(jī)組、輕小型機(jī)組、固定自動(dòng)化機(jī)組等若干種形式，分別可用于大田作物、經(jīng)濟(jì)作物、草地、園林等。噴灌設(shè)備在一定程度上朝著更高層次的方向不斷努力發(fā)展。

噴灌在中國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到 2010 年中國(guó)噴灌面積已達(dá)302萬 ，占有效灌溉面積的 5. 1%[1]。目前中國(guó)已形成的噴灌技術(shù)應(yīng)用模式有大田作物半固定噴灌系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)作物固定式噴灌系統(tǒng)、草地及規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的大型機(jī)組式噴灌系統(tǒng)、山丘區(qū)輕小型機(jī)組式噴灌系統(tǒng)、園林綠地固定式（自動(dòng)化）噴灌系統(tǒng)[2]。中國(guó)地理、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)決定了輕小型噴灌機(jī)組比較適應(yīng)中國(guó)的需要，受到用戶的歡迎，是中國(guó)一種比較有代表性的機(jī)組[3]，廣泛應(yīng)用于中國(guó)東北、華北、華東等地區(qū)[4]。針對(duì)這種情況，研發(fā)一種靈活、輕巧，能夠因地制宜的噴灌設(shè)備才能夠滿足市場(chǎng)需求。

一、研發(fā)目的

目前使用的噴灌系統(tǒng)通常分為兩類[5]，其一是固定管道式噴灌系統(tǒng)，其二是移動(dòng)式、半固定式噴灌系統(tǒng)。在我國(guó)，移動(dòng)式或者半固定式噴灌系統(tǒng)節(jié)水效果好而且整體投資較省，缺點(diǎn)是勞動(dòng)力需求大而且強(qiáng)度高[6，7]，使該類系統(tǒng)難以大面積地推廣應(yīng)用。為了解決現(xiàn)有問題，亟須研制一種噴灌設(shè)備，它需要滿足移動(dòng)方便，對(duì)勞動(dòng)力要求低且強(qiáng)度小的要求，同時(shí)它還要有移動(dòng)式或者半固定式噴灌系統(tǒng)投資小的優(yōu)勢(shì)，又要有操作簡(jiǎn)便移動(dòng)方便的功能。這種噴灌設(shè)備可作為一種新型的噴灌設(shè)備來使用。

二、設(shè)計(jì)方案

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出的新型自行傘狀灌溉器，包括：履帶底盤、水箱、支撐機(jī)構(gòu)、伸縮裝置、輸水管道、噴頭、遙控系統(tǒng)以及水泵。履帶底盤內(nèi)部裝有電機(jī)、電池和遙控系統(tǒng)，車架上焊接水箱；水箱內(nèi)部設(shè)泵，且水箱的一端連接水源；支撐機(jī)構(gòu)為傘型骨架，輸水管道和伸縮裝置均設(shè)置在支撐機(jī)構(gòu)上；伸縮裝置采用液壓推桿，液壓推桿一端固定在水箱上，一端固定在傘骨上，通過遙控液壓推桿的長(zhǎng)短來實(shí)現(xiàn)傘形結(jié)構(gòu)的伸縮；主干輸水管道由水箱伸出，通過傘形結(jié)構(gòu)的傘柄內(nèi)部，伸向傘型頂端，水由干管流向固定在傘骨上的8根支管，最后由支管末端的噴頭噴出。遙控系統(tǒng)采用ESPduino控制套件，有三種控制方式：微信控制、本地點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制、和本地通過中繼路由器控制。

（2）技術(shù)特點(diǎn)

自行傘狀灌溉器設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是設(shè)備可無線遙控，避免搬運(yùn)設(shè)備，節(jié)約勞力，節(jié)約投資；二是噴灌范圍可調(diào)節(jié)，利用傘形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同范圍的噴灌，因地制宜；三是具有替代現(xiàn)有半固定式噴灌設(shè)備的功能。

（3）工作原理

本文提供的自行傘狀灌溉器設(shè)備的工作原理如下：在非灌溉狀態(tài)時(shí)，通過控制液壓推桿，將傘形結(jié)構(gòu)及其上固定的各支管調(diào)節(jié)至收縮狀態(tài)。進(jìn)行灌溉作業(yè)時(shí)，通過控制液壓推桿的長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)合適的灌溉范圍。水從水源流入水箱，再由泵提升至主干管，到達(dá)傘形結(jié)構(gòu)頂部后流入支管，經(jīng)噴頭噴出。在噴灌過程中，可通過遙控系統(tǒng)，控制設(shè)備路徑與噴灌角度。當(dāng)灌溉結(jié)束后，控制液壓推桿將傘形結(jié)構(gòu)收縮，關(guān)閉電源和閥門，拆下電池，進(jìn)而倉儲(chǔ)即可。由上述工作過程可知，本設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)在非灌溉狀態(tài)時(shí)收縮傘形結(jié)構(gòu)，利于倉儲(chǔ)；在灌溉狀態(tài)時(shí)，通過遙控調(diào)整前進(jìn)路徑并通過遙控調(diào)整灌溉角度以調(diào)整灌溉范圍，能夠有效提高噴灌效率，合理調(diào)整噴灌面積，利于節(jié)水。

（4）技術(shù)規(guī)格及設(shè)備安裝

本設(shè)備預(yù)設(shè)計(jì)底盤長(zhǎng)64cm，寬34cm，高100cm。根據(jù)灌溉面積和地形的不同，噴頭角度與輸水管道的長(zhǎng)度可靈活選用。需要灌溉時(shí)，將水箱直接與輸水管道連接，方便快捷。其中，設(shè)備應(yīng)滿足如下要求：灌溉機(jī)的外露轉(zhuǎn)動(dòng)部位應(yīng)有可靠有效的防護(hù)裝置；噴灌機(jī)的管路系統(tǒng)具有良好的密封性，各連接處保證無滴漏、噴射等現(xiàn)象 ；噴頭在常溫條件下保持2倍的最大工作壓力時(shí)，保證噴頭及其零部件能承受試驗(yàn)壓力而不損壞，同時(shí)噴體及其連接部位不出現(xiàn)泄漏，且噴頭不與連接件脫開。

結(jié)語：

新型自行傘狀灌溉器的設(shè)想較為新穎，能夠?qū)o線遙控技術(shù)與傘形結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，使用履帶小車移動(dòng)該噴灌設(shè)備，使其能應(yīng)用在不同位置進(jìn)行作業(yè)，提高了該噴灌裝置使用的便利性，有效減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。本設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且方便移動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)于降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高噴灌效率具有重要的意義，有利于規(guī)模化推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

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項(xiàng)目及編號(hào)：鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《新型自行傘狀灌溉器》，

項(xiàng)目編號(hào)：2016xjxm167

基金項(xiàng)目：鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助