智能平移式閘門在輪灌渠道中的應用

周柏研

（遼寧省本溪市桓仁縣水務局，遼寧本溪117200）

智能平移式閘門在輪灌渠道中的應用

周柏研

（遼寧省本溪市桓仁縣水務局，遼寧本溪117200）

智能式平移式閘門減少了水田輪灌作業(yè)方式時的大量勞動力，有較好的智能化設計和較高的穩(wěn)定性和安全性，配合水田末端的水位傳感器更人性化地科學分配水資源，起到了節(jié)約水資源的作用，不僅提高了灌溉效率更符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。

輪灌；平移閘門；智能化；水位傳感器

1 意義

在水田灌溉區(qū)系中，輪灌是同一級渠道在一次灌水延續(xù)時間內(nèi)輪流輸水的供水方式，實行輪灌時，縮短了各條渠系的輸水時間，加大了輸水流量，同時工作的渠道長度較短，從而減少了輸水損失水量，有利于農(nóng)業(yè)耕作和灌水工作配合，有利于提高灌水工作效率。但是采用輪灌方式灌溉的水田地，在支渠向斗渠配水過程中，分水閘的操作是比較費勁的，需要人在田埂走很遠，打開一級閘門，關一級閘門，造成勞動力緊張。

為了發(fā)揮輪灌方式的優(yōu)勢同時降低勞動力緊張的情況，采用智能平移式閘門作為輪灌渠道的分水閘閘門，大大提高了操作效率。為控制灌溉水量，在渠道末端設置水位傳感器，當水位達到設置值時，通過光纜將信號發(fā)送到智能水閘的動力系統(tǒng)的接收器中，使閘門自動關閉，既能節(jié)省勞動力又大大節(jié)約了用水，使水資源科學分配。

2 閘門組成

智能平移式閘門，可以解決復雜的人為操作。它是由混凝土底板、閘門、閘門槽、底板部的導向軌道、上部的動力系統(tǒng)、4根拉桿、拉桿槽及橡膠止水和橡膠套等組成。

1）混凝土底板：采用C20混凝土，厚度為20 cm，其作用為保證渠道水流穩(wěn)定和固定閘門槽、導向軌道及立柱。

2）閘門：用于實驗的閘門尺寸為高1.0 m、寬1.2 m、厚8 cm，材料采用輕型鋼板內(nèi)夾泡沫板材質(zhì)（盡量減輕閘門自重減小電機功率）。底部安裝2個滑輪尺寸為R25。閘門下部前后兩側安裝40 mm寬平板止水帶。

3）閘門槽：采用10號槽鋼（100 mm×48 mm× 5.3 mm），高1.0 m（混凝土底板上）基礎埋入混凝土底板中，下部與導向軌道焊接，上部與動力系統(tǒng)的外殼焊接形成穩(wěn)定結構。

4）底部導向軌道：采用10號槽鋼（100 mm×48 mm×5.3 mm），長2.4 m，鑲嵌在混凝土底板中。

5）上部的動力系統(tǒng)：外殼采用10號槽鋼，內(nèi)部包括漲緊輪、動力梁、皮帶固定裝置、同步帶、電機、止位器裝置、吊架、遙控信號接收器等。

6）拉桿：由于閘門前受不固定的水壓力（閘門前水位不同）作用，閘門在開啟和關閉過程中不能平穩(wěn)運行，為平衡水壓力，設置4根鋼筋拉桿（準12），長度按實際地形情況確定（實驗產(chǎn)品采用560 mm長拉桿），前端固定在閘門上，后側插進拉桿槽中，后側套入圓柱形橡膠套。

7）拉桿槽：采用2根鋼管或槽鋼立柱和上、下部采用10號槽鋼在槽鋼立面用水焊割一條1.5 cm縫，使拉桿穿入，在閘門開啟和關閉過程中拉桿在拉桿槽中橫向平穩(wěn)移動。

8）圓柱形橡膠套：內(nèi)孔為準15，保證拉桿穿入后橡膠套可轉動，橡膠套根據(jù)閘門前水壓力大小通過形變抵消閘門前水壓力，使閘門不受水平壓力。

3 水田末端水位傳感器的設置

為保證水田科學利用水資源不造成水資源浪費還要解決人力看水的問題，在渠道末端放置塑料桶，桶上沿與地面一平，水桶深0.5 m，在渠道供水時，將水位傳感器放置桶內(nèi)，當水田末端水進入塑料桶中達到20 cm，水位傳感器通過光纜傳遞信號，動力系統(tǒng)內(nèi)的接收信號裝置控制電機使閘門自動關閉。

水位傳感器的工作原理：容器內(nèi)的水位傳感器，將感受到的水位信號傳送到控制器，控制器內(nèi)的計算機將實測的水位信號與設定信號進行比較，得出偏差，然后根據(jù)偏差的性質(zhì)，向給水電動閥發(fā)出“開”、“關”的指令，保證容器達到設定水位。

4 動力系統(tǒng)的電機選擇

電動機的功率選得是否合適，對其正常工作和經(jīng)濟性都有影響，電動機的功率主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件決定的。對于載荷比較穩(wěn)定、長期連續(xù)運行的自動門或旋轉門來說，只要所選電動機的額定功率等于或稍大于所需要的工作功率即可，這時電動機就安全工作不會發(fā)熱，一般情況下不必校驗電動機的發(fā)熱和啟動力矩。

動力系統(tǒng)中電機功率是根據(jù)水力計算數(shù)據(jù)進行選擇，根據(jù)不同的閘門大小選擇不同型號電機。以試驗產(chǎn)品為例：通過計算啟閉力為9.2 kN，閉門力為8.4 kN，閘門尺寸為1 m×1.2 m，重量為16.8 kg。

4.1 閘門的水力計算

1）平面閘門的總水壓力

2）啟門力計算

3）閉門力計算

式中：nT——摩擦阻力的安全系數(shù)，取1.2；Tzd——支承摩擦阻力，t；Tzs——止水摩擦阻力，t；n′G——計算啟門力的門重修正系數(shù)，取1.1；G——閘門活動部分的自重，t；Ws——作用在閘門上的水柱壓力，t；nG——計算閉門力的門重修正系數(shù)，取0.9。其中：對于滑動支承摩擦阻力計算公式為Tzd＝f2P；對于滾動支承摩擦阻力計算公式為Tzd＝P/R（f1r+ f）；對于止水摩擦阻力計算公式為Tzs＝f3Pzs。

式中：f2——滑動支承的摩擦系數(shù)，鋼板和橡膠取0.65；P——作用在閘門上總水壓力，t；R——滾輪半徑，cm；f1——軸與軸套的滑動摩擦系數(shù)（銅合金軸套對鋼軸為0.3，膠木軸套對鋼軸為0.2）；r——軸的半徑，cm；f——滾輪的滾動摩擦系數(shù)，為0.1 cm；f3——止水與止水座的滑動摩擦系數(shù)，橡膠對鋼板為0.65，橡膠對水泥砂漿面為0.7；Pzs——作用在止水上的水壓力，t，為側止水的頂止水的總長度乘以止水橡膠作用的寬度，再乘以平均水平均水頭得出。

4.2 計算功率

式中：F——工作機（自動門）產(chǎn)生的阻力；v——工作機（自動門）的速度；ηW——效率,取0.95。

代入數(shù)值計算，得PW=52.6 W。

電動機工作時需要的功率：

其中：P0——工作機（門）所需功率，及工作機（門）的計算功率；ηa——從電動機到工作機（門）間各運動副的總效率。

代入數(shù)值計算，P0=69.2 W，故選用70 W電機即可。

5 結語

智能式平移式閘門減少了水田輪灌作業(yè)方式時的大量勞動力，配合水田末端的水位傳感器更人性化地科學分配水資源，起到了節(jié)約水資源的作用，不僅提高了灌溉效率，更符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。

［1］張金鐸，金歡陽名.傳感器及其應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2002.

［2］張金鐸，金歡陽名.傳感器及其應用實例［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［3］單成祥.傳感器的理論與設計基礎及其應用［M］.北京：國際工業(yè)出版社，2002.

［4］傳感器技術與應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1994.

［5］張迎新.單片微行計算機原理、應用及接口技術［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2000.

［6］郭元裕.農(nóng)田水力學［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

TV663；S275

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2016-01-06