新型自行傘狀灌溉器設計理念及設計方法

李佳霖+汪文霞

（鄭州大學水利與環(huán)境學院 專業(yè)：排水科學與工程 450001）

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

關鍵詞：節(jié)水灌溉；可移動噴灌；傘狀；

引言：

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

噴灌在中國節(jié)水灌溉技術(shù)中占據(jù)相當重要的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計，到 2010 年中國噴灌面積已達302萬 ，占有效灌溉面積的 5. 1%[1]。目前中國已形成的噴灌技術(shù)應用模式有大田作物半固定噴灌系統(tǒng)、經(jīng)濟作物固定式噴灌系統(tǒng)、草地及規(guī)?；?jīng)營的大型機組式噴灌系統(tǒng)、山丘區(qū)輕小型機組式噴灌系統(tǒng)、園林綠地固定式（自動化）噴灌系統(tǒng)[2]。中國地理、經(jīng)濟等特點決定了輕小型噴灌機組比較適應中國的需要，受到用戶的歡迎，是中國一種比較有代表性的機組[3]，廣泛應用于中國東北、華北、華東等地區(qū)[4]。針對這種情況，研發(fā)一種靈活、輕巧，能夠因地制宜的噴灌設備才能夠滿足市場需求。

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)，其二是移動式、半固定式噴灌系統(tǒng)。在我國，移動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，缺點是勞動力需求大而且強度高[6，7]，使該類系統(tǒng)難以大面積地推廣應用。為了解決現(xiàn)有問題，亟須研制一種噴灌設備，它需要滿足移動方便，對勞動力要求低且強度小的要求，同時它還要有移動式或者半固定式噴灌系統(tǒng)投資小的優(yōu)勢，又要有操作簡便移動方便的功能。這種噴灌設備可作為一種新型的噴灌設備來使用。

二、設計方案

（1）結(jié)構(gòu)設計

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、電池和遙控系統(tǒng)，車架上焊接水箱；水箱內(nèi)部設泵，且水箱的一端連接水源；支撐機構(gòu)為傘型骨架，輸水管道和伸縮裝置均設置在支撐機構(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短來實現(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、本地點對點控制、和本地通過中繼路由器控制。

（2）技術(shù)特點

自行傘狀灌溉器設備具有以下優(yōu)點：一是設備可無線遙控，避免搬運設備，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)有半固定式噴灌設備的功能。

（3）工作原理

本文提供的自行傘狀灌溉器設備的工作原理如下：在非灌溉狀態(tài)時，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)。進行灌溉作業(yè)時，通過控制液壓推桿的長度，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)，控制設備路徑與噴灌角度。當灌溉結(jié)束后，控制液壓推桿將傘形結(jié)構(gòu)收縮，關閉電源和閥門，拆下電池，進而倉儲即可。由上述工作過程可知，本設備能夠?qū)崿F(xiàn)在非灌溉狀態(tài)時收縮傘形結(jié)構(gòu)，利于倉儲；在灌溉狀態(tài)時，通過遙控調(diào)整前進路徑并通過遙控調(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)格及設備安裝

本設備預設計底盤長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度可靈活選用。需要灌溉時，將水箱直接與輸水管道連接，方便快捷。其中，設備應滿足如下要求：灌溉機的外露轉(zhuǎn)動部位應有可靠有效的防護裝置；噴灌機的管路系統(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，保證噴頭及其零部件能承受試驗壓力而不損壞，同時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想較為新穎，能夠?qū)o線遙控技術(shù)與傘形結(jié)構(gòu)有機結(jié)合，使用履帶小車移動該噴灌設備，使其能應用在不同位置進行作業(yè)，提高了該噴灌裝置使用的便利性，有效減輕了勞動強度。本設備具有結(jié)構(gòu)簡單，且方便移動的特點，對于降低勞動強度，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：

【1】金宏智.嚴海軍.王永輝.噴灌技術(shù)與設備在中國的適應性分析[J].農(nóng)業(yè)工程，2011，4（1）：42-45.Jin Hongzhi，Yan Haijun，Wang Yonghui.Adaptability analysis of sprinkler irrigation technology and equipmentsin China[J]，Agricultural Engineering，2011，4（1）：42-45，（in Chinese）

【2】龔時宏.李久生.李光永.噴微灌技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展重點[J].中國水利，2012（2）：66-70.Gong Shihong，Li Jiusheng，Li Guangyong.Present situa-tion and development of sprinkler irrigation and micro-irrigation techniques[J].China Water Resources，2012（2）：66-70.（in Chinese）

【3】Tu Qin.Li Hong.Wang Xinkun，etal.Multi-criteriaevaluation of small-scale sprinkler irrigation systems using greyrelational analysis[J].Water Resources Ma-nagement，2014，28（13）：4665-4684.

【4】Rodriguez D J A，Montesinos P，Camacho P.Detecting critical points in on-demand irrigation pressurized net-works： A new methodology[J]. Water Resources Ma-nagement，2012，26（6）：1693-1713.

【5】水利部農(nóng)村水利司，中國灌溉排水發(fā)展中心，噴灌工程技術(shù)[M].鄭州：黃河水利出版社，2012.

【6】姚彬.王一球.節(jié)水灌溉工程建設中存在問題的探討[J].節(jié)水灌溉，2008，（7）：53～54.

【7】李彩鳳.陳建中.我國噴灌的發(fā)展概況和應重視的問題[J].水利科技與經(jīng)濟，2008，（2）：159～160.

項目及編號：鄭州大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目《新型自行傘狀灌溉器》，

項目編號：2016xjxm167

基金項目：鄭州大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助