CN110411529B - 一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，包括过水箱(3)、用于控制所述过水箱(3)进水的进水控制机构、用于控制所述过水箱(3)排水的排水控制机构和计量系统；所述过水箱(3)安装于靠近农田(14)一侧沟渠护坡(1)中，所述过水箱(2)左侧中部开设进水口，所述过水箱(3)右侧开设有出水口；所述计量系统、所述进水控制机构和所述排水控制机构均安装在所述过水箱(3)上。本发明采用离散式水量计量方法，通过累计过水箱的单次过水量和排水次数来计算总过水量，计量精度高于普通连续式计量装置。通过调节导向杆顶部螺母高度可方便地调节过水箱单次过水量，从而使本发明适用于各种水流量的场合，适应性强。

Description

一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置

技术领域

本发明涉及一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，属于农田水利技术领域。

背景技术

水资源是人们日益关注的重大问题，水是农业的命脉，农业用水占全国总用水量的近70％，其中的90％用于农田灌溉，灌区在提高土地生产力、提高人们生活水平和发展区域经济中具有重要作用。然而目前农业灌溉还是普遍采用粗放低效的利用形式，这在一定程度上加剧了水资源短缺程度。加之农业用水浪费严重，节约水资源和建立严格的水资源管理体制已成为当务之急。随着我国社会经济的快速发展，灌区中存在的问题也越来越突出，尤其是我国北方大型灌区中水资源较少、农田用水量大、灌溉效率低下，这造成了大力漫灌、土地盐碱化、灌溉用户节水意识差、水资源浪费等现象严重。

农业灌溉用水的计量是成本核订和计收水费的主要依据，但我国田间灌溉很少设置水量计量装置，一些已有的灌溉工程老化失修也造成了计量设施的损坏，灌溉结束后往往根据户数平摊水费；同时，由于历史原因，一些地区的农田灌溉用水基本是福利水，农民灌溉不交水费或水费很低、多灌少灌一个样。这些问题给农业水资源的利用控制管理带来困难，造成了农民节水意识不强、大力漫灌、水资源浪费现象严重。实践证明，建设农业用水计量设施、对农业用水进行计量收费与控制是农业可持续发展的有效措施和节水型社会建设的重要一环。作为灌区量水的重要组成部分，田间灌溉量水既是节约水资源、增加灌溉效率的有力措施，也是实行计划用水和准确配水、灌水的重要手段。因此，只有解决田间灌溉用水的计量问题，才能促使用水者节约用水，进而为灌溉用水定额管理、累进加价创造条件。

目前所使用的农业水量计量装置的结构形式、排布方式和外形有多种类型，如明渠式、过水箱式、管道式，它们计量的原理基本可分为连续型计量和非连续型计量，同时各种具有一定科技含量的装置也在不断涌现，如超声波流量计、电磁流量计等。实践证明，灌区量水设施修建促进了农田用水利用率、水费回收率及灌区经济效率的提高，但是这些量水设施在实际使用中还存在着不足，如量水堰、量水槽等装置精度较低；大型计量装置需要资金较多、占用田地较大；高精度仪表类装置维护和校正要求高，适用范围有限；纯机械类计量装置信息采集较困难，自动化程度较低等等。因此，目前亟需一种适用于末级渠道的农田灌溉用水计量和节水控制装置，在精确计量灌溉用水的同时还能实现自动控制，且管理和维护方便，从而最大限度的节约水资源，从而实现水资源的高效利用及灌溉水量智能化管理和控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，采用杠杆限位与触发机构实现间歇式水量计量，具有结构简单、计量精确的优点，可用于对田间灌溉用水量的准确计量，有利于实现水资源的利用效率及灌溉水量智能化控制。

为达到上述目的，本发明提供一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，包括过水箱、用于控制所述过水箱进水的进水控制机构、用于控制所述过水箱排水的排水控制机构和计量系统；所述过水箱安装于靠近农田一侧沟渠护坡中，所述过水箱左侧中部开设进水口，所述过水箱右侧开设有出水口；所述计量系统、所述进水控制机构和所述排水控制机构均安装在所述过水箱上。

优先地，所述进水控制机构包括进水闸门、尼龙绳、平衡架、两个滑轮和漏水桶，所述平衡架固定设置于过水箱顶部，两个滑轮分别转动连接所述平衡架两端，所述尼龙绳中端横跨两个滑轮，所述尼龙绳左端穿过所述过水箱顶壁固定连接所述进水闸门，所述尼龙绳右端固定连接所述漏水桶；所述进水闸门滑动连接所述过水箱内侧壁；所述漏水桶位于所述出水口右侧，所述漏水桶上开设多个贯穿通孔。

优先地，所述过水箱包括大框体和小框体，所述大框体固定设置在所述小框体左侧，所述小框体左侧壁和所述大框体右侧壁底端贯穿连通；

所述排水控制机构包括螺母、导向杆、浮筒、杠杆、支架、挡销、弹簧、弧形挡板、挡销和出水闸门，所述杠杆中端通过所述支架固定在所述过水箱内底面上，所述杠杆左端与所述导向杆下端铰接，所述浮筒轴心开设通孔，所述浮筒轴向套设在所述导向杆中端，所述螺母外直径大于所述通孔的直径，所述螺母螺纹连接所述导向杆顶端，所述杠杆右端与所述挡销下端铰接，所述小框体顶壁上开设配合所述挡销上端的销孔，所述弹簧固定设置在所述小框体内底壁上，所述弹簧位于所述杠杆右端下方；所述出水闸门上端转动连接所述出水口上端，所述弧形挡板右端固定连接所述出水闸门左侧壁；

进水状态下所述进水闸门在低位使得灌溉渠道中的水进入所述过水箱中，所述挡销上端从所述销孔中伸出挡住所述出水闸门使所述出水闸门保持关闭状态，所述浮筒随着进水量的增加而逐渐升高，当所述过水箱中的水位到达标定值时所述浮筒带动所述杠杆顺时针转动从而使所述挡销下行进入排水状态，所述出水闸门开启，所述过水箱中的水流入农田和所述漏水桶中，所述漏水桶重量增大并带动所述进水闸门上行关闭进水口。

优先地，所述计量系统包括脉冲计数器、行程开关和电池，所述行程开关固定设置在所述过水箱内底壁上，所述行程开关位于所述进水闸门正下方；所述脉冲计数器为JDM11-6H型电子脉冲计数器，所述脉冲计数器和所述电池安装于所述过水箱顶部，所述行程开关电连接所述脉冲计数器，所述电池给所述脉冲计数器和行程开关供电。

优先地，所述过大框体为一长方体中空箱体，所述大框体左侧壁中部开设进水口，所述进水口下方形成进水挡板，所述进水挡板上边缘高于渠床底面10～20cm；所述大框体右侧壁中端开设出水口所述小框体位于所述出水口下方。

优先地，所述过水箱前后内侧壁上开设配合所述进水闸门的滑槽，所述进水闸门滑动设置在所述滑槽上，所述进水闸门与所述进水挡板的间距为1～2mm；包括铰链，所述出水闸门为长方形平板结构，所述出水闸门材料为不锈钢，进水状态下所述出水闸门封闭所述出水口，所述铰链固定连接所述出水口上端，所述出水闸门上端转动连接所述铰链。

优先地，所述弧形挡板为1/6圆弧形不锈钢薄板，所述弧形挡板宽度为8cm，所述弧形挡板弧面轴线与所述铰链轴线重合。

优先地，所述漏水桶为上部开口的方桶，所述漏水桶底部开设用于漏水的贯穿通孔，贯穿通孔的直径为1～1.5cm；进水状态下所述漏水桶上边沿低于所述出水口下边沿2～4cm，所述漏水桶左侧壁与所述小框体右侧壁的间距为1～3cm。

优先地，所述杠杆为不锈钢细杆；

所述挡销为圆柱形结构，所述挡销顶部为光滑球面，所述挡销材料为不锈钢；进水状态下所述挡销从销孔中伸出高度为2～3cm，所述挡销底部与所述弹簧固定连接。

优先地，所述挡销位于所述出水闸门右侧，所述挡销与所述出水闸门间距为3～5mm，排水状态下所述挡销位于所述弧形挡板正下方。

本发明所达到的有益效果：

1)本发明采用离散式水量计量方法，通过累计过水箱的单次过水量和排水次数来计算总过水量，计量精度高于普通连续式计量装置。

2)通过调节导向杆顶部螺母高度可方便地调节过水箱单次过水量，从而使本发明适用于各种水流量的场合，适应性强。

3)本装置中过水箱的进水口和出水口交替开启，这种离散式过水方式有利于保持沟渠网络内的水头稳定，从而有效的避免上游和下游田块灌溉水量分配不均衡的问题。

4)采用浮筒与杠杆组合结构实现了过水箱内水位的精确控制，采用弧形挡板式排水门与弹性挡销实现了排水过程自锁，采用平衡式漏水桶实现了进水闸门延时自锁，这种全机械控制结构具有较高的稳定性和响应精度，适应性强。

5)本发明装置结构简单，安装方便，体积小，重量轻，非灌溉期可以方便取走。

附图说明

附图1是本发明进水状态的主视图；

附图2是本发明排水状态的主视图；

附图3是本发明的右视图；

附图4是过水箱的结构图；

附图5是出水闸门的结构图。

图中的1-沟渠护坡；2-水面；3-过水箱；4-平衡架；5-尼龙绳；6-滑轮；7-铰链；8-出水闸门；9-挡销；10-漏水桶；11-螺母；12-导向杆；13-弧形挡板；14-农田；15-弹簧；16-支架；17-杠杆；18-浮筒；19-行程开关；20-进水闸门；21-渠床；22-脉冲计数器；23-顶孔；24-销孔；25-进水挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，包括过水箱3、用于控制所述过水箱3进水的进水控制机构、用于控制所述过水箱3排水的排水控制机构和计量系统；所述过水箱3安装于靠近农田14一侧沟渠护坡1中，所述过水箱3左侧中部开设进水口，所述过水箱3右侧开设有出水口；所述计量系统、所述进水控制机构和所述排水控制机构均安装在所述过水箱3上。

进一步地，所述进水控制机构包括进水闸门20、尼龙绳5、平衡架4、两个滑轮6和漏水桶10，所述平衡架4固定设置于过水箱3顶部，两个滑轮6分别转动连接所述平衡架4两端，所述尼龙绳5中端横跨两个滑轮6，所述尼龙绳5左端穿过所述过水箱3顶壁固定连接所述进水闸门20，所述尼龙绳5右端固定连接所述漏水桶10；所述进水闸门20滑动连接所述过水箱3内侧壁；所述漏水桶10位于所述出水口右侧，所述漏水桶10上开设多个贯穿通孔。

进一步地，所述过水箱3包括大框体和小框体，所述大框体固定设置在所述小框体左侧，所述小框体左侧壁和所述大框体右侧壁底端贯穿连通；

所述排水控制机构包括螺母11、导向杆12、浮筒18、杠杆17、支架16、挡销9、弹簧15、弧形挡板13、挡销9和出水闸门8，所述杠杆17中端通过所述支架16固定在所述过水箱3内底面上，所述杠杆17左端与所述导向杆12下端铰接，所述浮筒18轴心开设通孔，所述浮筒18轴向套设在所述导向杆12中端，所述螺母11外直径大于所述通孔的直径，所述螺母11螺纹连接所述导向杆12顶端，所述杠杆17右端与所述挡销9下端铰接，所述小框体顶壁上开设配合所述挡销9上端的销孔24，所述弹簧15固定设置在所述小框体内底壁上，所述弹簧15位于所述杠杆17右端下方；所述出水闸门8上端转动连接所述出水口上端，所述弧形挡板13右端固定连接所述出水闸门8左侧壁；

进水状态下所述进水闸门20在低位使得灌溉渠道中的水进入所述过水箱3中，所述挡销9上端从所述销孔24中伸出挡住所述出水闸门8使所述出水闸门8保持关闭状态，所述浮筒18随着进水量的增加而逐渐升高，当所述过水箱3中的水位到达标定值时所述浮筒18带动所述杠杆17顺时针转动从而使所述挡销9下行进入排水状态，所述出水闸门8开启，所述过水箱3中的水流入农田14和所述漏水桶10中，所述漏水桶10重量增大并带动所述进水闸门20上行关闭进水口。

进一步地，所述计量系统包括脉冲计数器22、行程开关19和电池，所述行程开关19固定设置在所述过水箱3内底壁上，所述行程开关19位于所述进水闸门20正下方；所述脉冲计数器22为JDM11-6H型电子脉冲计数器，所述脉冲计数器22和所述电池安装于所述过水箱3顶部，所述行程开关19电连接所述脉冲计数器22，所述电池给所述脉冲计数器22和行程开关19供电。

进一步地，所述过大框体为一长方体中空箱体，所述大框体左侧壁中部开设进水口，所述进水口下方形成进水挡板25，所述进水挡板25上边缘高于渠床21底面10～20cm；所述大框体右侧壁中端开设出水口所述小框体位于所述出水口下方。

进一步地，所述过水箱3前后内侧壁上开设配合所述进水闸门20的滑槽，所述进水闸门20滑动设置在所述滑槽上，所述进水闸门20与所述进水挡板25的间距为1～2mm；包括铰链7，所述出水闸门8为长方形平板结构，所述出水闸门8材料为不锈钢，进水状态下所述出水闸门8封闭所述出水口，所述铰链7固定连接所述出水口上端，所述出水闸门8上端转动连接所述铰链7。

进一步地，所述弧形挡板13为1/6圆弧形不锈钢薄板，所述弧形挡板13宽度为8cm，所述弧形挡板13弧面轴线与所述铰链7轴线重合。

进一步地，所述漏水桶10为上部开口的方桶，所述漏水桶10底部开设用于漏水的贯穿通孔，贯穿通孔的直径为1～1.5cm；进水状态下所述漏水桶10上边沿低于所述出水口下边沿2～4cm，所述漏水桶10左侧壁与所述小框体右侧壁的间距为1～3cm。

进一步地，所述杠杆17为不锈钢细杆；所述过水箱3材料为工程塑料

所述挡销9为圆柱形结构，所述挡销9顶部为光滑球面，所述挡销9材料为不锈钢；进水状态下所述挡销9从销孔中伸出高度为2～3cm，所述挡销9底部与所述弹簧15固定连接。

进一步地，所述挡销9位于所述出水闸门8右侧，所述挡销9与所述出水闸门8间距为3～5mm，排水状态下所述挡销9位于所述弧形挡板13正下方。

本发明的工作原理：

当进水闸门20处于低位时，出水闸门8处于关闭状态。沟渠中的水可通过进水口流入过水箱3中，在此过程中浮筒18随着过水箱3中水位的升高而逐渐上升，但由于浮筒18还未接触到导向杆12顶部的螺母11，因此导向杆12对杠杆17没有作用力，同时挡销9受到底部弹簧15的支撑而保持挡销9顶部露出2～3cm，出水闸门8被挡销9限位始终闭合而不能逆时针转动打开，从而使得过水箱3内的水不会流出。

当过水箱3内的水达到标定值时，浮筒18上端顶住螺母11并将浮力通过导向杆12传递给杠杆17左端，杠杆17克服右侧弹簧15的弹力而顺时针旋转，并使得挡销9下行并完全进入过水箱3内部。此时出水闸门8在箱内水压的作用下逆时针转动，过水箱3内的水从出水口流入农田14中，其中有一部分水会进入到漏水桶10中，漏水桶10的重量快速增加并克服进水闸门20的重力下行，从而使得进水闸门20上升并关闭入水口。在排水期间漏水桶10中的水量不断得到补充，因此可使得进水闸门20一直保持在提升状态。随着过水箱3内的水位下降，浮筒18也随之下降，杠杆17左端的作用力消失，挡销9在弹簧15弹力的作用下上行，但由于此时弧形挡板13堵住了销孔24上表面，使得挡销9不能从过水箱3中伸出。

当过水箱3中的水量下降至标定下限水位时，出水闸门8在自身重力的作用下顺时针旋转关闭出水口，同时挡销9从销孔24中伸出，对出水闸门8限位。此时漏水桶10中的水从底部通孔中漏出，由于水量得不到补充而使得重量快速降低，进水闸门20在自身重力的作用下下降并触发底部的行程开关19。行程开关19将电信号传输给脉冲计数器22进行排水次数累计，从而完成一次进水和排水过程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，其特征在于：包括过水箱（3）、用于控制所述过水箱（3）进水的进水控制机构、用于控制所述过水箱（3）排水的排水控制机构和计量系统；所述过水箱（3）安装于靠近农田（14）一侧沟渠护坡（1）中，所述过水箱（3）左侧中部开设进水口，所述过水箱（3）右侧开设有出水口；所述计量系统、所述进水控制机构和所述排水控制机构均安装在所述过水箱（3）上；

所述过水箱（3）包括大框体和小框体，所述大框体固定设置在所述小框体左侧，所述小框体左侧壁和所述大框体右侧壁底端贯穿连通；

所述排水控制机构包括螺母（11）、导向杆（12）、浮筒（18）、杠杆（17）、支架（16）、挡销（9）、弹簧（15）、弧形挡板（13）、挡销（9）和出水闸门（8），所述杠杆（17）中端通过所述支架（16）固定在所述过水箱（3）内底面上，所述杠杆（17）左端与所述导向杆（12）下端铰接，所述浮筒（18）轴心开设通孔，所述浮筒（18）轴向套设在所述导向杆（12）中端，所述螺母（11）外直径大于所述通孔的直径，所述螺母（11）螺纹连接所述导向杆（12）顶端，所述杠杆（17）右端与所述挡销（9）下端铰接，所述小框体顶壁上开设配合所述挡销（9）上端的销孔（24），所述弹簧（15）固定设置在所述小框体内底壁上，所述弹簧（15）位于所述杠杆（17）右端下方；所述出水闸门（8）上端转动连接所述出水口上端，所述弧形挡板（13）右端固定连接所述出水闸门（8）左侧壁；

所述进水控制机构包括进水闸门（20）、尼龙绳（5）、平衡架（4）、两个滑轮（6）和漏水桶（10），所述平衡架（4）固定设置于过水箱（3）顶部，两个滑轮（6）分别转动连接所述平衡架（4）两端，所述尼龙绳（5）中端横跨两个滑轮（6），所述尼龙绳（5）左端穿过所述过水箱（3）顶壁固定连接进水闸门（20），所述尼龙绳（5）右端固定连接所述漏水桶（10）；进水闸门（20）滑动连接所述过水箱（3）内侧壁；所述漏水桶（10）位于所述出水口右侧，所述漏水桶（10）上开设多个贯穿通孔；

进水状态下进水闸门（20）在低位使得灌溉渠道中的水进入所述过水箱（3）中，所述挡销（9）上端从所述销孔（24）中伸出挡住所述出水闸门（8）使所述出水闸门（8）保持关闭状态，所述浮筒（18）随着进水量的增加而逐渐升高，当所述过水箱（3）中的水位到达标定值时所述浮筒（18）带动所述杠杆（17）顺时针转动从而使所述挡销（9）下行进入排水状态，所述出水闸门（8）开启，所述过水箱（3）中的水流入农田（14）和所述漏水桶（10）中，所述漏水桶（10）重量增大并带动进水闸门（20）上行关闭进水口。

2.根据权利要求1所述的一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，其特征在于：所述计量系统包括脉冲计数器（22）、行程开关（19）和电池，所述行程开关（19）固定设置在所述过水箱（3）内底壁上，所述行程开关（19）位于进水闸门（20）正下方；所述脉冲计数器（22）为JDM11-6H型电子脉冲计数器，所述脉冲计数器（22）和所述电池安装于所述过水箱（3）顶部，所述行程开关（19）电连接所述脉冲计数器（22），所述电池给所述脉冲计数器（22）和行程开关（19）供电。

3.根据权利要求1所述的一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，其特征在于：所述大框体为一长方体中空箱体，所述大框体左侧壁中部开设进水口，所述进水口下方形成进水挡板（25），所述进水挡板（25）上边缘高于渠床（21）底面10~20cm；所述大框体右侧壁中端开设出水口所述小框体位于所述出水口下方。

4.根据权利要求3所述的一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，其特征在于：所述过水箱（3）前后内侧壁上开设配合进水闸门（20）的滑槽，进水闸门（20）滑动设置在所述滑槽上，进水闸门（20）与所述进水挡板（25）的间距为1~2mm；包括铰链（7），所述出水闸门（8）为长方形平板结构，所述出水闸门（8）材料为不锈钢，进水状态下所述出水闸门（8）封闭所述出水口，所述铰链（7）固定连接所述出水口上端，所述出水闸门（8）上端转动连接所述铰链（7）。

5.根据权利要求4所述的一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，其特征在于：所述弧形挡板（13）为1/6圆弧形不锈钢薄板，所述弧形挡板（13）宽度为8cm，所述弧形挡板（13）弧面轴线与所述铰链（7）轴线重合。

6.根据权利要求1所述的一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，其特征在于：所述漏水桶（10）为上部开口的方桶，所述漏水桶（10）底部开设用于漏水的贯穿通孔，贯穿通孔的直径为1~1.5cm；进水状态下所述漏水桶（10）上边沿低于所述出水口下边沿2~4cm，所述漏水桶（10）左侧壁与所述小框体右侧壁的间距为1~3cm。

7.根据权利要求1所述的一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，其特征在于：所述杠杆（17）为不锈钢细杆；

所述挡销（9）为圆柱形结构，所述挡销（9）顶部为光滑球面，所述挡销（9）材料为不锈钢；进水状态下所述挡销（9）从销孔中伸出高度为2~3cm，所述挡销（9）底部与所述弹簧（15）固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种间歇触发式农田灌溉水量计量装置，其特征在于：所述挡销（9）位于所述出水闸门（8）右侧，所述挡销（9）与所述出水闸门（8）间距为3~5mm，排水状态下所述挡销（9）位于所述弧形挡板（13）正下方。

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