CN105284263A - 以渠道内灌溉水为动力的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以渠道内灌溉水为动力的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统，包括田间渠槽管系统、水动力系统和药肥系统三部分组成。田间渠槽管系统包括供水管、渠槽管、牵引绳、滑轮、塞阀和闸阀；田间渠槽管系统利用渠槽管来作为农田的“田埂”，利用相邻的两条渠槽管形成“畦田”，渠槽管可在作物播种后，需要灌溉时放置在田间，放置后，渠槽管可一直留在田间，也可以移动到其它地块作为田埂重复使用；水动力系统，包括水轮、水轮支架、水轮轴、传动带、从动轮、变速箱和动力输出轴；药肥系统包括药肥罐、药肥管道和药肥管道闸阀。使用本发明进行农田灌溉，以灌溉水为动力，可实现自动灌溉、施肥、施药。

Description

以渠道内灌溉水为动力的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统

一、所属领域：

本发明涉及一种以渠道内灌溉水为动力的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统。

二、背景技术

目前，我国耕地灌溉率不足50％，但在能得到灌溉的耕地中，却有97％以上的面积是地面灌溉。由于，我国的地面灌溉大都采用传统的灌水方法，即畦灌和沟灌等，灌溉时畦首或沟首渗漏严重，造成深层渗漏，致使水肥浪费；而往往畦尾、沟尾处所得到的水分不足，致使灌溉均匀度低，水的利用效率低下；再者，我国施肥往往是群众根据自己的经验进行，存在着盲目施肥、过量施肥现象，既形成大量的肥料浪费、作物产量降低，又造成环境污染等问题，灌水、施肥技术落后。

三、发明内容

为了解决上述问题，在“大田管渠自动灌溉系统(201520545902.3)”研究的基础上，本发明提供了一种以渠道内灌溉水为动力的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统，能准确地控制各灌溉参数、施肥参数，使灌水、施肥更加均匀，提高水、肥的利用率，同时，又能实现在渠道输、配水条件下，以渠道内灌溉水为动力的水肥一体化自动灌溉，降低劳动强度，提高作物产量，缓解我国水资源紧缺现状，是一种非常适合我国节水灌溉技术的自动灌溉系统，可在现有的渠道输水的广大灌区，实现田间自动均匀灌溉、均匀施肥、施药。

使用本装置进行农田灌溉，以灌溉水为动力，可实现自动灌溉、施肥、施药，没有对水质的特殊限制，有利于灌溉技术参数及施肥(药)参数的调控，有利于节水灌溉技术的推广，可规模化生产，使用方便、灵活，省工、省力，灌水均匀度高。

如图1、图2、图3所示，一种以渠道内灌溉水为动力的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统，包括田间渠槽管系统、水动力系统和药肥系统三部分组成。所述田间渠槽管系统包括供水管、渠槽管、牵引绳、滑轮、塞阀和闸阀；塞阀放置在在渠槽管内；在相邻的两条渠槽管首部和尾部两端的地面上，各对应地安装有两个滑轮，牵引绳环套在四个滑轮上；同时，牵引绳与动力装置的动力输出轴连接，牵引绳在动力输出轴输出的旋转机械能的带动下，绕着四个滑轮运移；塞阀与牵引绳连接，可以牵引绳的拉动作用下，在渠槽管内移动；其特征还在于田间渠槽管系统利用渠槽管来作为农田的“田埂”，利用相邻的两条渠槽管形成“畦田”，渠槽管可在作物播种后，需要灌溉时放置在田间，放置后，渠槽管可一直留在田间，也可以移动到其它地块作为田埂重复使用；

所述水动力系统，包括水轮、水轮支架、水轮轴、传动带、从动轮、变速箱和动力输出轴；所述水轮通过水轮轴固定在水轮支架上，水轮支架固定在渠道上；水轮轴轴端固定有主动轮；所述传动带(可采用平皮带或三角带)环套在主动轮和从动轮上，当水轮转动时，可通过传动带带动从动轮转动；从动轮通过变速箱，将水轮轴上产生的旋转机械能传递到动力输出轴上；根据灌溉制度、灌溉定额、畦田规格、灌溉流量大小及输水管道中水压力大小等参数，计算灌溉用水量、塞阀运移速度，通过变速箱控制动力输出轴的旋转速度，使塞阀移动速度正好适合灌溉水量的需要。

所述药肥系统，包括药肥罐、药肥管道和药肥管道闸阀；所述药肥罐，是用于放置药液或肥液的罐子，药肥罐中的药液或肥液预先按一定比例由人工方式配好；在药肥罐底部连接有一条药肥管道，药肥管道上设有药肥管道闸阀，用以调控药液、肥液的流量；药肥管道与供水管相连。

本发明中，水轮及水轮轴要求有足够的强度和刚度，在工作过程中，不产生变形、破坏等现象；水轮支架可由金属或塑料等材料构成，要求有足够的强度和刚度，在工作过程中，不产生变形、破坏等现象，水轮支架可通过地锚等部件固定在渠道上；

本发明所使用的田间渠槽管系统，包括供水管、渠槽管、牵引绳、滑轮、塞阀和闸阀[具体构成参见大田管渠自动灌溉系统(专利权号：201520545902.3)及图1]；为使塞阀在渠槽管内移动方便，渠槽管横断面可设计为椭圆形(如图3所示)、圆形槽状或U型槽状；为了减少大田田埂的占地面积，提高土地利用率，同时，方便灌溉，本发明利用渠槽管来代替“田埂”，利用相邻的两条渠槽管形成“畦田”，渠槽管可在作物播种后，需要灌溉时放置在田间，放置后，渠槽管可一直留在田间，也可以移动到其它地块重复使用；所述牵引绳与动力输出轴相连，可由动力输出轴的转速来控制牵引绳的移动速度，牵引绳可由具有一定抗拉强度和一定挠性的材料制成，如细钢丝、尼龙等材料；在相邻的两条渠槽管首部和尾部的两端农田横向田埂以外地面上，各对应地安装有两个滑轮，滑轮可通过滑轮轴固定在滑轮座上，滑轮座修筑在地面上，这样，可将牵引绳环套在四个滑轮上，同时，牵引绳采用缠绕方式与动力装置的动力输出轴连接，牵引绳在动力输出轴输出的旋转机械能的带动下，绕着四个滑轮运移；所述塞阀放置在渠槽管内，塞阀呈圆形或椭圆形，并与牵引绳连接，寒阀可在牵引绳的牵引作用下在渠槽管内移动，但塞阀不能跑出渠槽管，且塞阀与渠槽管接触良好，能阻止渠槽管内的水通过塞阀与管臂的接触缝隙中流向塞阀下游，塞阀的移动速度由动力输出轴的转速控制牵引绳的移动速度来实现，当上游渠道中流量一定时，水轮转速一定，经过变速箱调整后，动力输出轴的转动速度是恒定的，塞阀的移动速度可以实现等速移动，当塞阀移动时，渠槽管内的水由于受到塞阀的阻挡，可沿着渠槽管两侧的管臂向外溢流，这样，可使渠槽管在作物种植方向上向田间供水的水量相等，保证了向田间供水的恒定性、稳定性，实现了灌溉的均匀性，大大提高了灌水的均匀度；

在药肥系统中，药肥管道直接与供水管相连，可使药肥系统更加简化，能使药液或肥液直接注入供水管中，药液或肥液随着灌溉水一起流入渠槽管，随着灌溉可完成施肥、放药任务，节省了劳动力，提高了施肥、施药的均匀性。

四、附图说明

图1以渠道内灌溉水为动力的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统

图2四条渠槽管同时工作的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统

图3椭圆形渠槽管

1-渠道；2-水轮支架；3-水轮；4-供水管；5-闸阀；6-水轮轴；7-主动轮；8-传动带；9-从动轮；10-变速箱；11-动力输出轴；12-牵引绳；13-滑轮a；14-塞阀a；15-渠槽管a；16-滑轮b；17-滑轮c；18-滑轮座；19-塞阀b；20-渠槽管b；21-滑轮d；22-药肥装置；23-药肥管道；24-药肥管道闸阀；25-农田横向田埂；26-种植方向；27-渠槽管c；28-渠槽管d

五、具体实施方式

渠槽管需要特殊制造，渠槽管应具有一定的强度和刚性，且不漏水，还能保证一定的空间形状，能有足够的过水能力，满足灌溉流量的要求，为降低投资，可采用硬塑料管；滑轮最好采用塑料质地的滑轮，既保证了足够的强度和刚性，又要尽量减轻重量，灵巧方便；滑轮座，可采用浆砌石或混凝土结构；牵引绳可采用细钢丝、尼龙或其它有一定抗拉强度和挠性的材料制成；塞阀可根据渠槽管的断面形状，到市场上购买或自己制作，能保证塞阀与渠槽管的管臂之间不漏水；水轮可由木料、塑料或金属材料等构成，水轮可根据所需要的输出动力大小设计制作；变速箱也可根据变速要求自己定制或市购。

本发明工作时，首先按照图1将装置固定好。为提高土地利用率，扩大种植面积，更加方便耕作，以渠槽管代替田埂，渠槽管可在播种完成后，铺设在农田中；当渠道中有水流通过时，水流冲击水轮转动，带动水轮轴转动，从而带动主动轮转动，再通过传动带，带动从动轮转动，经由变速箱，改变转速后，带动动力输出轴转动，动力输出轴和牵引绳连接在一起，所以，此时，牵引绳会产生运移，绕着固定在地面上的滑轮移动，由于牵引绳与塞阀相连，所以，可以带动塞阀运移；由于农田在种植方向上都有一定的坡度，即一端高一端低，所以，渠槽管也会一端高一端低，即渠槽管也有一定的坡度，并与农田坡度相等；由于供水管布设在田面较高的一端，渠道内的水流由供水管流出后，直接注入渠槽管中，在重力作用下，水流会通过渠槽管较高的一端流向渠槽管较低的一端，这样，水流会在渠槽管内沿着种植方向向前流动，在遇到塞阀的地方，由于赛阀的阻挡作用，水流不能再沿着渠槽管向前流动，只能溢出渠槽管，从而进入农田，供给灌溉使用。

为了平衡牵引塞阀时的阻力，提高工作效率，可同时进行两条渠槽管的灌溉工作，并且一条渠槽管从渠槽管首部开始(如渠槽管a中的塞阀a)，而另一条渠槽管从尾部开始工作(如渠槽管b中的塞阀b)，这样两个塞阀都受到水流的压力作用，抵消了水流对塞阀的水压力，塞阀移动时，只要克服塞阀与渠槽管管臂之间的摩擦力就可以工作了，这样，减轻对动力输出装置的输出能量的要求；如：塞阀a会在渠槽管a内，由种植方向的首部(地面较高的一端)向尾部(地面较低的一端)均匀地移动，渠槽管a内的水流由于塞阀a的阻挡，会自动、均匀地在沿着种植方向上，由首部向尾部的沿途上溢流而出，使渠槽管a内的水流在渠槽管a的沿途上均匀向农田溢流供水；而此时塞阀b会在渠槽管b内，由尾部向首部均匀地移动，则渠槽管b内的水流由于塞阀b的阻挡，会自动、均匀地在沿着种植方向由尾部向首部的沿途上溢流而出，使渠槽管b内的水流在渠槽管b的沿途上均匀向农田溢流供水。这样，渠槽管能均匀、准确地控制各点的灌溉水量，实现自动、准确灌溉。

塞阀的移动速度，应根据灌溉制度、渠槽管间距、作物种植长度、灌溉流量大小等参数计算确定，使塞阀移动速度适合灌溉水量的需要，同时，塞阀移动时，会自动均速移动，这样就保证了灌入各处的水量相等，实现了均匀灌溉的要求，使灌溉均匀，各处得到的水量相同。

系统在供水管上设置有药肥系统，可将药液或肥液和灌溉水一起加入供水管中，实现水肥一体化。这样，由于各处得到的水量相同，则各处得到的肥(药)量也相同，实现了水肥一体均匀化灌溉。

为了使灌溉工作连续进行，在灌溉过程中，由人工方式提前在下一灌溉组中，布设好牵引绳和滑轮，当上一灌溉组灌完后，将动力输出装置移到下一位置，并与牵引绳连接，这样，又形成了一个新一轮的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统，又可以自动完成该灌溉组的灌溉，如此，周而复始，直至完成所有的灌溉。

如图2所示，为了提高灌溉的工作效率，在动力输出能满足的条件下，还可以同时进行四条渠槽管的灌溉工作，如渠槽管a和渠槽管b组合、渠槽管c和渠槽管d组合，或者渠槽管a和渠槽管c组合、渠槽管b和渠槽管d组合，均可以实现自动灌溉。

本发明的特点及创新点是：

使用灌溉水流为动力，驱动水轮转动，作为灌溉系统的动力装置，控制牵引绳的运移速度，可准确控制塞阀的移动速度，从而准确地控制渠槽管内水流的溢流位置和溢流流量，实现了田间作物的准确定量灌溉、定量施肥(药)，实现了田间水肥一体化自动灌溉，减免了人为的干扰，提高了各处灌水和施肥(药)的均匀性和准确性。具体为：

①研发了以渠道中的灌溉用水作动力源的水动力系统。水动力系统，主要由水轮、水轮支架、水轮轴、传动带、从动轮、变速箱、动力输出轴构成，省去了电动机、内燃机等外加动力，更方便野外大田灌溉。

②利用渠道中的灌溉用水作动力，实现了大田灌溉的自动化，实现了大田作物的准确定量灌溉，降低了劳动强度。减免了人工灌溉造成的干扰，提高了各处灌水的均匀性和准确性。

③以渠槽管代替了大田中自古以来就一直设有的田硬，这样可将田埂占地部分省去，且刚好利用渠槽管输送灌溉用水，既节省了田硬占地，增大了灌溉面积，更方便了耕作，又实现了田间灌溉管道化，解决了目前大田灌溉主要依靠地面灌溉的关键问题，提高了灌水质量，节省了灌溉水量。

④利用药肥系统，实现了灌溉、施肥的一体化运作，提高了施肥(药)的均匀度、准确性及利用率。由于动力装置输出的转速是稳定的，继而实现了塞阀的等速移动，所以，供入田间各处的水量、药肥(药)量是不变的，实现了各处灌水、施肥、施药的均匀性和准确性，更有利于作物的生长，提高作物的产量和品质。

本发明设计原理独特，解决了目前我国占主导地位的地面灌溉不均匀，水量、施肥(药)量浪费等严重问题，无论在理论上、技术上，还是使用性能等方面，均产生了质的飞跃，可以在很大程度上提高我国灌溉水、肥药利用率及地面灌溉、施肥(药)的均匀度，节约了水资源及肥药用量，提高作物产量及品质。

Claims (1)

1.一种以渠道内灌溉水为动力的大田水肥一体化自动渠槽管灌溉系统，包括田间渠槽管系统、水动力系统和药肥系统三部分组成；所述田间渠槽管系统包括供水管、渠槽管、牵引绳、滑轮、塞阀和闸阀；塞阀放置在渠槽管内，塞阀呈圆形或椭圆形；在相邻的两条渠槽管首部和尾部的两端地面上，各对应地安装有两个滑轮，牵引绳环套在四个滑轮上；同时，牵引绳与动力装置的动力输出轴连接，牵引绳在动力输出轴输出的旋转机械能的带动下，绕着四个滑轮运移；塞阀与牵引绳连接；其特征在于田间渠槽管系统利用渠槽管来作为农田的“田埂”，利用相邻的两条渠槽管形成“畦田”，渠槽管在作物播种后，需要灌溉时放置在田间；渠槽管可一直留在田间或移动到其它地块作为田埂重复使用；

所述水动力系统，包括水轮、水轮支架、水轮轴、传动带、从动轮、变速箱和动力输出轴；所述水轮通过水轮轴固定在水轮支架上，水轮支架固定在渠道上；水轮轴轴端固定有主动轮；所述传动带环套在主动轮和从动轮上，当水轮转动时，通过传动带带动从动轮转动；从动轮通过变速箱，将水轮轴上产生的旋转机械能传递到动力输出轴上，并控制动力输出轴的旋转速度；所述传动带为平皮带或三角带；根据灌溉制度、灌溉定额、畦田规格、灌溉流量大小及输水管道中水压力大小等参数，计算灌溉用水量、塞阀运移速度，通过变速箱控制动力输出轴的旋转速度，使塞阀移动速度正好适合灌溉水量的需要；

所述药肥系统，包括药肥罐、药肥管道和药肥管道闸阀；所述药肥罐用于放置药液或肥液；在药肥罐底部连接有一条药肥管道，药肥管道上设有药肥管道闸阀，用以调控药液、肥液的流量；药肥管道与供水管相连。