連翹種植自動澆水裝置的研制

黃 鵬

(河南省林業科學研究院,鄭州 450008)

連翹 [Forsythiasuspense(Thumb.)Vahl] 為木犀科連翹屬連翹的干燥果實，別名連殼、青翹等，連翹主要來源于野生資源，主產于河南、山西、陜西、河北、山東、湖北、四川等省份，生于山坡灌叢、林下或草叢中，或山谷、山溝疏林中，海拔250～2220m，我國除華南地區外其他各地均有栽培，以河南、山西、陜西產量最大[1-2]。連翹是傳統的藥用樹種，也是重要的經濟樹種，又是重要的油料作物、觀賞植物和水土保持植物，另外，也可作食品天然防腐劑或化妝品，應用廣泛，市場前景廣闊[3-4]。但連翹在其種植過程中,灌溉設備的灌溉效率低,多為工人手工灌溉,勞動強度大,針對現有技術中的不足,我們設計了一種用于連翹種植的自動澆水裝置，有效解決了現有灌溉裝置灌溉效率低、工人勞動強度大的問題,同時可提升對水資源的利用率,減少水資源浪費,提升灌溉效率。

1 結構組成

如圖1、圖2所示，連翹自動澆水裝置包括依次連通的雨水收集池、第一蓄水池、攪拌池和第二蓄水池；第二蓄水池上開有分別與噴頭和灌溉裝置連通的出水口；第二蓄水池內壁設置有將兩出水口覆蓋，并與電機連接的閥門；電機與控制系統連接；灌溉裝置包括與第二蓄水池連通的進水箱；進水箱下方設置有相連通的第一水管和第二水管，并在第二水管上開有若干第一出水孔；第一水管內設置有浮球，并在第一水管與進水箱的連接端設置有限位塊。

1:雨水收集池；2:第一蓄水池；3:攪拌池；4:第二蓄水池；5:噴頭；6:閥門； 7:電機；8:進水箱；9:第一水管；10:第二水管；11:浮球；12:限位塊；13:水泵；14:第二出水孔；15:第一出水孔；16：肥料添加口

17：葉腔；18：葉片

2 工作原理

通過控制系統帶動電機轉動，電機再帶動葉片轉動，使其與葉腔之間錯位，形成縫隙，使水流進入進水箱內，再通過第二水管滲透至土壤中，當第二水管內充滿水源時，即可使浮球上浮至第一水管與進水箱的連接端，并將其堵塞住，待第二水管內的水源緩慢滲透至土壤中，其內的水源含量降低時，浮球再次下降，使進水箱內的水源再次進入第二水管內。如此反復，使土壤始終保持濕潤狀態，避免連翹在生長發育過程中出現缺水的狀況，同時可提升對水資源的利用率,減少水資源浪費,提升灌溉效率。

3 具體實施方式

如圖1、圖2所示，用于連翹種植的自動澆水裝置，包括依次連通的雨水收集池(1)、第一蓄水池(2)、攪拌池(3)和第二蓄水池(4)，其中，雨水收集池(1)用于進行雨水收集，以最大化提升對水資源的利用率，然后將收集到的雨水排放至第一蓄水池(2)中，同時，第一蓄水池(2)還與外界水管連通，避免出現第一蓄水池(2)內水源不足的情況，在攪拌池(3)的頂部設置有肥料添加口(16)。第二蓄水池(4)上開有分別與噴頭(5)和灌溉裝置連通的出水口，并在第二蓄水池(4)內壁上設置有同時將兩出水口覆蓋、并與電機(7)連接的閥門(6)，且電機(7)與控制系統連接，優選控制系統為PLC控制系統。閥門(6)包括呈扇形的葉腔(17)和葉片(18)，葉腔(17)固定安裝于第二蓄水池(4)內壁上，其內設置有與其為非緊密重疊的葉片(18)，并且葉片(18)固定在電機(7)的轉軸上，能在電機(7)的帶動下在葉腔(17)內轉動。

灌溉裝置包括與第二蓄水池(4)連通的進水箱(8)，并在進水箱(8)的下方設置有相連通的第一水管(9)和第二水管(10)。第一水管(9)內設置有浮球(11)，并在第一水管(9)與進水箱(8)的連接端設置有限位塊(12)，防止浮球(11)上浮至進水箱(8)內。在第二水管(10)上開有若干第一出水孔(15)，并在第一出水孔(15)上設置有棉花層，防止土壤中的泥沙進入第二水管(10)內將其堵塞，且第二水管(10)的管徑小于浮球(11)的直徑。

通過控制系統帶動電機(7)轉動，電機(7)再帶動葉片(18)轉動，使其與葉腔(17)之間錯位，形成縫隙，使水流進入進水箱(8)內，再通過第二水管(10)滲透至土壤中，當第二水管(10)內充滿水源時，即可使浮球(11)上浮至第一水管(9)與進水箱(8)的連接端，并將其堵塞住，待第二水管(10)內的水源緩慢滲透至土壤中，其內的水源含量降低時，浮球(11)再次下降，使進水箱(8)內的水源再次進入第二水管(10)內，如此反復，使土壤始終保持濕潤狀態，避免連翹在生長發育過程中出現缺水的狀況，同時，可提升對水資源的利用率，減少水資源的浪費，提升灌溉效率。

噴頭(5)與第二蓄水池(4)之間通過水泵(13)連接，且水泵(13)與控制系統連接。噴頭(5)呈L型，其水平端與水泵(13)連接，豎直端上開有若干呈喇叭狀的第二出水孔(14)，通過控制系統的調節，使其與灌溉裝置同時對連翹進行灌溉，可有效的提升灌溉效率。

4 主要創新點

4.1 本裝置設計中，葉片(18)中鄰近噴頭(5)一側的葉片(18)的弧長大于鄰近灌溉裝置一側的葉片(18)的弧長，這樣當電機(7)在控制系統的調節下，帶動葉片(18)轉動，當葉片(18)的轉動角度不夠大時，僅能在鄰近灌溉裝置一側，使其與葉腔(17)之間形成縫隙，而在鄰近噴頭(5)一側并不能使葉片(18)與葉腔(17)之間形成縫隙，從而避免了僅通過灌溉裝置對連翹進行灌溉時，噴頭也開始工作，這樣就能有效的提升裝置對水資源的利用率，減少對水資源的浪費。而當需要噴頭(5)與灌溉裝置同時工作時，可通過電機(7)帶動，增大葉片(18)的轉動角度，使噴頭(5)和灌溉裝置處的出水口同時打開，這樣可有效的提升對連翹的灌溉效率。

4.2 第二出水孔(14)設計呈喇叭狀，可提升由其排出的水源的流速，提升灌溉效率。

4.3 在第一出水孔(15)上設置的棉花層，可有效的防止土壤中的泥沙進入第二水管(10)，避免堵塞第二水管(10)。

4.4 在攪拌池(3)的頂部設置有肥料添加口(16)，使得后續對連翹進行灌溉的水源中含有適量的肥料，以促進連翹生長發育。

5 結束語

連翹種植過程中灌溉設備的灌溉效率低,多為工人手工灌溉,勞動強度大，連翹種植的自動澆水裝置，不僅能有效解決現有灌溉裝置灌溉效率低、工人勞動強度大的問題,同時可提升對水資源的利用率,減少水資源的浪費,提升灌溉效率。