CN105075810A - 一种滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置，包括过水箱、闸门启闭装置、电磁锁、行程开关和控制器，所述过水箱安装于沟渠护坡中，两侧分别设有进水、出水闸门；闸门启闭装置包括滑动杠杆、杠杆支架、配重块、漏水箱、浮力筒和支撑杆，滑动杠杆中部开设有U形槽，一侧安装有配重块，滑动杠杆通过转轴固定于杠杆支架上，杠杆两端通过钢丝绳分别与两闸门连接；所述电磁锁和行程开关固定于过水箱顶部；所述控制器固定于过水箱顶部并与行程开关和电磁锁连接，控制器接收行程开关的触发信号，还能控制电磁锁的开启和关闭。优点：结构简单、计量精确，用于对单块农田灌溉用水量的计量及自动控制，有利于提高水资源利用效率和灌溉水量的智能化控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种滑动杠杆式灌溉水量计量及控制装置，属于农田水利技术领域。
背景技术
水资源保护及合理利用是人们日益关注的重大问题，我国农业用水占全国总用水量的70%，其中的绝大部分应用于农田灌溉中，因此节约灌溉用水及建立严格的灌溉计量控制管理体制已成为当务之急。随着社会的发展，灌区灌溉用水管理中存在的问题日益突出。如我国北方大型灌区中水资源较少而浪费现象严重、大力漫灌现象普遍存在、水资源有偿使用制度不完善等等，这些现象都不利于灌溉效率和生产效率的提高。作为提高用水效率的关键，农业节水是重中之重，而其实施的先决条件是灌溉用水的准确计量。因此，大力配置合理且高效的量水计量设施，实行有效节水、定额供水和按量收费已成为迫切任务。
近年来，我国不断补充农田水利立法，黑龙江、湖南和江西省陆续出台了农田水利管理方面的地方性法规，它们明确规定农田灌溉用水实行总量控制和定额管理相结合的制度。随着我国生态灌区的发展，农村灌溉方法及管理方法不断精细化，田间灌溉用水的准确计量也有了更高要求。一方面，量水建筑物及仪器必须计量准确可靠，满足精度要求，为灌区数据采集提供依据；另一方面，为了满足灌区信息化建设的需要，相关计量装置还应满足量水测水自动化的要求，能够及时准确地传送灌溉用水信息。然而，多年来我国除了一些设有研究项目的灌区外，绝大多数只是设置相对简陋的人工量水设施，或是在输水干、支渠设置量水装置，但是单块农田入口处的水量计量及控制装置很少涉及，这使得灌区的用水情况在大尺度上有一定把握，但是对单个灌溉用户的水量把握很不确切。因此，目前亟需一种易安装、响应快、适应性强、精度高且适用于单块农田灌溉用水计量的装置，它在一定程度上应能实现远程控制和管理，这对灌区内水资源节约和灌溉效率的提高有着重要意义。
发明内容
本发明提出了一种滑动杠杆式灌溉水量计量及控制装置，具有结构简单、计量精确的优点，可用于对单块农田灌溉用水量的计量及自动控制，有利于提高水资源利用效率和灌溉水量的智能化控制。
本发明的技术解决方案：一种滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置，其结构包括过水箱3、闸门启闭装置、电磁锁4、行程开关7和控制器8，所述过水箱3安装于沟渠护坡1中，过水箱3的两侧分别设有进水闸门5和出水闸门16；所述闸门启闭装置包括滑动杠杆6、杠杆支架9、配重块13、漏水箱19、浮力筒17和支撑杆11，其中滑动杠杆6中部开设有U形槽22，一侧安装有配重块13，滑动杠杆6通过转轴10固定于杠杆支架9上，滑动杠杆6的两端通过钢丝绳15分别与进水闸门5和出水闸门16连接；漏水箱19固定于进水闸门5下部，浮力筒17通过支撑杆11与滑动杠杆6铰接；所述电磁锁4和行程开关7固定于过水箱3顶部；所述控制器8固定于过水箱3顶部并与行程开关7和电磁锁4连接，控制器8接收行程开关7的触发信号，还能控制电磁锁4的开启和关闭。
本发明是采用滑动杠杆6为非平衡型杠杆，当滑动杠杆6在外力的作用下发生偏转时转轴可在U形槽22中滑动，使得滑动杠杆6平衡点发生移动，从而使滑动杠杆6保持在当前偏心状态而不会产生临界平衡摆动现象。滑动杠杆机构可使得进水闸门5和出水闸门16间歇交替开启和关闭，从而使得过水箱3中的水间歇的流出，在设定好过水箱单次过水量的条件下，通过累计设定时间内过水箱3的开启次数即获得总过水量。
本发明装置具有以下有益效果：
1）本发明采用离散式水量计量方法，沟渠中的水间歇的流经过水箱，通过累计过水箱开关次数来统计总过水量，计量精度高于传统连续式计量装置；
2）本发明具有较大的计量范围，通过调整配重块的位置来调节滑动杠杆的平衡点，从而调节过水箱的单次过水量，以适应各种流量计量场合；
3）本发明的进水闸门和出水闸门交替开启和关闭，这种离散式过水方式对水流具有一定的阻力，在一条沟渠中大量安装的条件下，有利于保持沟渠网络内的水头稳定，从而有效地避免上下游田块灌溉用水分配失衡的问题；
4）本发明在水量计量的同时还能够实现闸门的自动控制，当实际过水量超过预设过水总量时可自动停止灌溉，有效避免了过度灌溉和水资源浪费；
5）本发明易于实现远程网络自动控制，从而对灌溉用水进行合理配置，大幅度提高水资源的使用效率；
6）本发明装置结构简单，便于安装，非灌溉期可以方便取走。
附图说明
附图1是滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置的主视图（进水状态）；
附图2是滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置的主视图（出水状态）；
附图3是图2的右视图；
附图4是滑动杠杆示意图；
附图5是漏水箱安装示意图。
图中的1是沟渠护坡，2是沟渠水面，3是过水箱，4是电磁锁，5是进水闸门，6是滑动杠杆，7是行程开关，8是控制器，9是杠杆支架，10是转轴，11是支撑杆，12限位槽，13是配重块，14是调节螺杆，15是钢丝绳，16是出水闸门，17是浮力筒，18是田块，19是漏水箱，20是过水水位，21是漏水水位，22是U形槽，23是漏水孔。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1~图5所示，一种滑动杠杆式灌溉水量计量及控制装置，其结构包括过水箱3、闸门启闭装置、电磁锁4、行程开关7和控制器8。
所述过水箱3为一长方体中空箱体，左右两侧透空，箱体壁厚3cm~5cm，采用工程塑料整体成形。过水箱3安装于灌溉渠道靠近田块18一侧的沟渠护坡1中，过水箱3底部内边缘与渠道底部齐平，渠内的水可流入过水箱3内。
所述进水闸门5和出水闸门16分别安装于过水箱3的左右两侧顶部的卡槽内，其宽度和高度均与过水箱3内部的宽、高相同，进水闸门5和出水闸门16顶部通过钢丝绳15分别与滑动杠杆6两侧连接，并可在卡槽内垂直上升或下降，用于开启和关闭过水箱3。
所述闸门启闭装置包括滑动杠杆6、杠杆支架9、配重块13、漏水箱19、浮力筒17和支撑杆11。
所述杠杆支架9固定于过水箱3的顶部，位于进水闸门5和出水闸门16的中平面上，杠杆支架9顶部固定有转轴10。
所述滑动杠杆6中部开设有U形槽22，U形槽22的中心与滑动杠杆6的中心重合，滑动杠杆6通过转轴10固定于杠杆支架9上，滑动杠杆6可绕转轴10转动，转轴10也可在U形槽22中滑动。
所述滑动杠杆6一侧固定有调节螺杆14，配重块13与调节螺杆14通过螺纹连接。改变配重块13的位置可调节滑动杠杆6的平衡点，从而调节滑动杠杆6发生偏转失稳时过水箱3内的过水水位20。
所述漏水箱19为一顶部开口的中空箱体，固定于进水闸门5的内侧底部，漏水箱19侧边底部开设有两个漏水孔23，漏水箱19中的水可通过漏水孔23缓慢流出。
所述浮力筒17为一扁圆柱形密闭中空筒，由工程塑料整体成形，顶部固定有两根支撑杆11。所述支撑杆11从过水箱顶部的限位槽12中穿出，并通过销钉与滑动杠杆6铰接。支撑杆11可将浮力筒17所受到的浮力传递给滑动杠杆6并使其发生转动。
所述行程开关7固定于控制器8上方，并位于滑动杠杆6的下方，采用滚轮柱塞式防水行程开关。行程开关7的触头安装高度应能保证滑动杠杆6发生偏转时能被稳定触发。
所述两个电磁锁4对称固定于过水箱3进水侧上部，当电磁锁4处于关闭状态时锁芯伸出，进水闸门5被限位并保持关闭状态，沟渠内的水无法进入过水箱3和田块18；当电磁锁4处于开启状态时锁芯缩回，进水闸门5可自由升降。
所述控制器8固定于过水箱3的顶部，包括JDM11-6H型电子脉冲计数器、单片机程控模块、电磁锁驱动器。所述电子脉冲计数器可将行程开关7采集的滑动杠杆6的偏转摆动次数转化为数字信号传递给单片机程控模块，所述单片机程控模块可将滑动杠杆6的偏转摆动次数换算为总过水量。当总过水量值达到预设过水量时，单片机程控模块向电磁锁驱动器发出触发信号，从而驱动电磁锁4关闭。
工作过程：
当实际灌溉用水量未达到设定用水量时，电磁锁4处于开启状态，电磁锁4的锁芯缩进，进水闸门5可自由升降。本发明的工作过程由进水阶段和出水阶段组成，两个阶段循环交替进行。在进水阶段中，进水闸门5处于开启状态，沟渠中的水可通过进水闸门5底部流入过水箱3中，当过水箱3中的过水水位20低于漏水箱19上口时，浮力筒17所受到的浮力较小，由于漏水箱19上的漏水孔23直径较小，漏水箱19内的漏水水位21上升速度低于过水箱3内的过水水位20上升速度，因此在漏水箱19的浮力和配重块13重力的作用下滑动杠杆6保持在顺时针偏转状态，这使得过水箱3处于稳定进水状态；当过水箱3中的过水水位20高于漏水箱19上口时，漏水箱19的浮力消失，浮力筒17受到的浮力继续增大，当浮力筒17产生的逆时针方向力矩大于配重块13形成的顺时针方向的力矩时，滑动杠杆6产生逆时针偏转并发生失稳滑动，转轴10滑动到U形槽22的最右侧，滑动杠杆6停在逆时针偏转位置上，同时触发行程开关7。此时入水闸门5关闭，出水闸门16开启，过水箱3中的水通过出水闸门16底部流出过水箱，进水阶段结束。在排水阶段中，当过水箱3内过水水位20高于漏水箱19上口时，在浮力筒17所受浮力的作用下可使滑动杠杆6保持在逆时针偏转状态；当过水箱3内过水水位20低于漏水箱19上口时，此时浮力筒17受到的浮力持续减小，但由于漏水箱19底部漏水孔23直径较小，漏水箱19内漏水水位21下降速度低于过水箱内过水水位20下降速度，使得漏水箱19内水的重量逐渐作用在滑动杠杆6上，这使得滑动杠杆6仍然维持在逆时针偏转状态，形成排水延时，以保证过水箱3内的水可以完全排出。当漏水箱3内的水漏出后，在配重块13的作用下，滑动杠杆6又再次产生顺时针方向的偏转和失稳滑动，转轴10滑动到U形槽22的最左侧，从而带动进水闸门5开启，出水闸门16关闭，排水阶段结束，系统又再次处于进水状态。在一次进水阶段和排水阶段的循环过程中，行程开关7被触发一次，所采集到的触发信号输入到控制器8中，控制器8可将过水箱3的启闭次数进行累计并转换为总过水量。
当实际灌溉用水量已达到设定用水量时，控制器8驱动电磁锁4关闭，电磁锁4的锁芯伸出，使得进水闸门5被限位并保持在关闭状态，渠内的水不能通过过水箱3流入田块18中，灌溉过程停止。电磁锁4需经管理员授权后才能再次开启，以控制灌溉用水的合法性。本发明在实施过程中控制器可实现远程网远程控制和管理，从而实现灌溉过程的水量监控及自动控制。
为了获得较高的流量计量精度，本发明在使用前或调整配重块后需进行标定，以获取过水箱单次开闭动作的过水量值，并输入到控制器8中的单片机程控模块中。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置，其特征在于：包括过水箱、闸门启闭装置、电磁锁、行程开关和控制器，所述过水箱安装于沟渠护坡中，过水箱的两侧分别设有进水闸门和出水闸门；所述闸门启闭装置包括滑动杠杆、杠杆支架、配重块、漏水箱、浮力筒和支撑杆，其中滑动杠杆中部开设有U形槽，一侧安装有配重块，滑动杠杆通过转轴固定于杠杆支架上，滑动杠杆的两端通过钢丝绳分别与进水闸门和出水闸门连接；漏水箱固定于进水闸门下部，浮力筒通过支撑杆与滑动杠杆铰接；所述电磁锁和行程开关固定于过水箱顶部；所述控制器固定于过水箱顶部并与行程开关和电磁锁连接，控制器接收行程开关的触发信号，还能控制电磁锁的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置，其特征在于：所述过水箱为一长方体中空箱体，左右两侧透空，箱体壁厚3cm~5cm，采用工程塑料整体成形；过水箱安装于灌溉渠道靠近田块一侧的沟渠护坡中，过水箱底部内边缘与渠道底部齐平，渠内的水可流入过水箱内。
3.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置，其特征在于：所述进水闸门和出水闸门分别安装于过水箱的左右两侧顶部的卡槽内，其宽度和高度均与过水箱内部的宽、高相同，进水闸门和出水闸门顶部通过钢丝绳分别与滑动杠杆两侧连接，并可在卡槽内垂直上升或下降。
4.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置，其特征在于：所述杠杆支架固定于过水箱的顶部，位于进水闸门和出水闸门的中平面上，杠杆支架顶部固定有转轴。
5.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量控制装置，其特征在于：所述滑动杠杆中部开设有U形槽，U形槽的中心与滑动杠杆的中心重合，滑动杠杆通过转轴固定于杠杆支架上，滑动杠杆可绕转轴转动，转轴也可在U形槽中滑动；所述滑动杠杆一侧固定有调节螺杆，配重块与调节螺杆通过螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量及控制装置，其特征在于：所述漏水箱为一顶部开口的中空箱体，固定于进水闸门的内侧底部，漏水箱侧边底部开设有两个漏水孔。
7.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量及控制装置，其特征在于：所所述浮力筒为一扁圆柱形密闭中空筒，由工程塑料整体成形，顶部固定有两根支撑杆，支撑杆从过水箱顶部的限位槽中穿出，并通过销钉与滑动杠杆铰接。
8.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量及控制装置，其特征在于：所述行程开关固定于控制器上方，并位于滑动杠杆的下方，采用滚轮柱塞式防水行程开关。
9.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量及控制装置，其特征在于：所述电磁锁有两个并对称固定于过水箱进水侧上部，当电磁锁处于关闭状态时锁芯伸出，进水闸门被限位并保持关闭状态，沟渠内的水无法进入过水箱和田块；当电磁锁处于开启状态时锁芯缩回，进水闸门可自由升降。
10.根据权利要求1所述的一种滑动杠杆式灌溉水量计量及控制装置，其特征在于：所述控制器固定于过水箱的顶部，包括JDM11-6H型电子脉冲计数器、单片机程控模块、电磁锁驱动器，其中电子脉冲计数器可将行程开关采集的滑动杠杆的偏转摆动次数转化为数字信号传递给单片机程控模块；单片机程控模块可将滑动杠杆的偏转摆动次数换算为总过水量；当总过水量值达到预设过水量时，单片机程控模块向电磁锁驱动器发出触发信号，从而驱动电磁锁关闭。
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