高伸縮比全工況密封型灌溉出水樁設計

王詩冬，羊 咪，陳 治，王俊清，翟銀章 ，王友宏

(1.鹽城生物工程高等職業技術學校，江蘇 鹽城 224000；2.鹽城玉欣電動科技有限公司，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

新疆是我國面積較大的省區，水量僅占全國的3%，而且相對集中，也是個明顯缺水的地區，隨著社會的發展進步，水污染情況已經越來越嚴重，成為影響農業生產的重要因素。而在新疆地區的農業生產中，絕大部分生產用水都是靠灌溉完成，近些年來國家不斷加大水利工程建設，完善農田水利基本建設，通過灌溉保證了農業生產的順利進行，但在實際灌溉過程中，灌溉用水主要是高山雪融水及地下水，這些水資源在利用率上并不高，大部分都流失于盆地沙漠之中，也有一部分積水成為咸水湖，浪費十分嚴重，所以節約水資源，合理開發，充分利用,保證灌溉是水利工作及農業生產中的重點[1]。

1 節水灌溉技術概述

節水灌溉就是指采用相關技術手段，達到充分利用水資源，提高生產效率的目的，主要體現在節水和高效兩方面。新技術的主要手段有工程、生物、農藝、化學及管理等方面。各地區要合理結合當地的實際情況，因地制宜采取適合本地特點的技術，實現節水的目的。主要節水技術有渠道防滲技術、低壓管道輸水技術、溝灌技術、噴灌技術、滴灌技術。

目前，滴灌技術是最先進的節水灌溉技術，也是投資比較高的一種節水方式。滴灌系統由水源工程、首部樞紐(包括水泵、動力機、過濾器、肥液注入裝置、測量控制儀表等)、各級輸配水管道和噴頭等四部分組成，在灌溉時水量通過配水管道直達作物根部，使水量能充分被吸收，在水量的控制上，由于現代機械自動化的智能控制，可以做到精確用水，有效避免浪費，這也是未來農業發展中必然采用的一種灌溉技術[2-5]。

灌溉農田中的出水樁是整個滴灌系統的重要一環，承擔著向各田塊輸送水分和肥液的作用。目前，水肥一體化在全國范圍內推廣，推動了人們對滴灌作業各相關裝置的研究進度。出水樁是整個水肥一體化滴灌體系中的重要組成部分，當今出水樁在農田滴灌系統中應用非常普及，但目前使用的出水樁存在兩個問題：

1)在用大型農業機械進行耕種作業時，需要將出水樁拆除，拆除時消耗大量人力物力，還要用堵頭堵住管網各出水口，拆下來的出水樁還要保管；

2)在需要使用灌溉系統時，先要花工夫尋找出水樁分布點，找到后，還要消耗人力物力挖開泥土，將出水樁安裝好，因經常折裝，必有一部分出水樁損壞，并且在安裝過程中還會損壞農作物。

2 高伸縮比全工況密封型灌溉出水樁設計

本設計包括底部固定管、頂部伸縮管、頂部出水咀、過渡伸縮管、伸縮內芯、底部固定管和頂部伸縮管之間連接多個端對端伸縮連接的過渡伸縮管；頂部出水咀安裝在頂部伸縮管的上端；底部固定管、過渡伸縮管、頂部伸縮管內部設有貫通的連接槽；伸縮內芯安裝在連接槽內；伸縮內芯包括底部定位環、伸縮組件、頂部定位環；底部定位環安裝在底部固定管的內部四周；頂部定位環安裝在頂部伸縮管的上端內部四周；伸縮組件上下兩端分別連接在頂部定位環和底部定位環之間。該設計的密封性好、伸縮長度可調、連接穩固、安裝拆 卸便利、可調節出水速度[6]。出水樁全部伸出實物圖如圖1所示，縮回實物圖如圖2所示，過渡伸縮管和滑動鎖定螺桿的俯視圖如圖3所示。

圖1 出水樁全部伸出實物圖

圖2 出水樁縮回實物圖

1.滑動鎖定螺桿；2.驅動環體；3.鎖定螺母圖3 過渡伸縮管和滑動鎖定螺桿的俯視圖

3 工作原理

該出水樁是滴灌系統中地下管網和地表滴灌帶的重要連接裝置，農作物需要灌溉時，打開滴灌系統供水泵，以適當的水壓(0.3～0.5 MPa)維持幾分鐘，出水樁在水壓作用下自動升出地面，連接滴灌帶進行灌溉，當耕種時將出水樁使用工具縮回地下，如圖4所示可縮回地下50 cm以下不影響農機耕種。

圖4 出水樁收縮狀態

如圖5出水樁工作過程圖：①出水樁縮回地下50 cm以下；②在水壓作用下出水樁自動升出地面；③出水樁連接地下管網和滴灌帶進行滴灌。

圖5 出水樁工作過程圖

4 結構特點分析

該出水樁涉及節水灌溉條件下的灌水方式裝置,尤其是一種用于農田灌溉的半自動化伸縮式出水樁,主要包括固定套管、滑動套管、防護套、緊固套、自洗端蓋。滑動套管插入固定套管內部,緊固套套在固定套管外,通過螺紋與固定套管上部連接,滑動套管上下滑動時,緊固套的內環臺卡住滑動套管的限位環臺,使得滑動套管不能滑出固定套管,防護套下部插入緊固套的環形凸沿內,且套在滑動套管外圍,自洗端蓋與滑動套管的上端螺紋連接。與現有技術相比,該設計結構合理,操作簡便,可免拆卸,自清洗,節省人力和物力,是一種可有效防止泥土阻塞、經濟實用、用于農田灌溉的半自動化伸縮式出水樁。

5 實驗驗證

項目目前已完成中試，已按照技術要求生產出實驗產品，圖6、圖7是正在安裝的出水樁，圖6在全部升出地面的出水樁，圖7為縮回地面的出水樁。

圖6 全部升出地面的出水樁

圖7 縮回地面的出水樁

5.1 成熟性分析

1)穩定性。中試階段在不同的氣候條件下，其收縮率、成品率變化很小，產品在測試裝置上，所測得的數據變化也很小，產品的整體和各部分尺寸都在允許誤差范圍內。

2)收縮率。在小試階段達86%以上，中試階段達91%。

3)成品率。在小試階段達92%以上，中試階段達96%。

4)可靠性、耐久性、安全性。 產品已進入小試、中試和完成中試階段，進入小批量生產，在小試、中試階段的產品，已全部用于示范推廣，部分產品已達三年，所有用戶反映出水樁性能可靠，功能表現優異，耐候性強，土壤親和性好。

5.2 項目產品的技術檢測、分析化驗

2016年8月公司產品灌溉伸縮式出水樁送到鹽城市產品質量監督檢驗所作產品性能檢測，檢測結果如下。

1)密封性能。技術要求為產品在1.0 MPa水壓下保壓10 h，無破損、無滲漏現象。檢驗結果為合格，單項評價為合格。

2)伸縮性能。技術要求為產品在0.3 MPa水壓下，其第一活動管必須開始伸出。檢驗結果為合格，單項評價為合格。

3)縱向回縮率。技術要求小于等于5%。檢驗結果為合格，單項評價為合格。

4)產品密度。技術要求1 350～1 460 kg·m-3。檢驗結果為1 377 kg·m-3，單項評價為合格。

6 結語

產品將向全結構尺寸、多系列智能化方向發展，擴大產品外延，不斷拓展出水樁在種植業方面的使用范圍，深入研究，挖掘出水樁在其他非農業產業方面的應用可能；另外，在出水樁的后市場研究開發配套的用于出水樁安裝、出水樁定位、出水樁無水狀態下的準確尋找，以便進一步延長產業鏈，提升整體產業鏈的競爭力。