CN111670787B - 一种畦灌脉冲灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种畦灌脉冲灌溉系统，包括进水管和水箱；所述进水管的出水口设置在水箱上方；所述水箱内设置有溢流管；所述水箱内设置有支架；所述支架设置有旋转机构；所述旋转机构一端通过第一连杆连接有第一浮球；所述旋转机构另一端设置有第二连杆；所述第二连杆设置有圆杆；所述圆杆远离第二连杆一端设置有球塞；所述水箱内设置有限位杆；所述限位杆与圆杆连接；所述球塞下方对应设置有出水管。本系统采用脉冲式灌溉系统，增加了畦灌流量，增加了单位宽度畦田内的进水量，延长了水流浸透时间，浸透效果较好，改善了畦灌效果。

Description

一种畦灌脉冲灌溉系统

技术领域

本发明属于灌溉设备技术领域，尤其涉及一种畦灌脉冲灌溉系统。

背景技术

畦灌在田间筑起田埂，将田块分割成许多狭长地块--畦田，水从输水沟或直接从毛渠放入畦中，畦中水流以薄层水流向前移动，边流边渗，润湿土层，这种灌水方法称为畦灌。畦灌适宜小麦、谷子、花生等窄行距、密植作物，在蔬菜、牧草和苗圃的灌溉中也常采用。畦田规格受供水情况、土壤质地、地形坡度、土地平整等状况的影响。畦田灌水技术要素包括:畦田规格、入畦单宽流量、灌水时间它们的选择对保证适时适量灌水、湿度均匀一致十分重要。畦灌作为常用的灌溉方式被广泛采用。但是在平原井灌区畦灌过程中，当机井出水量不大（一般为30~40m³/h）时，灌溉水在畦田内推进较慢，灌溉时间较长，灌水均匀度差，同时也会增加灌溉水量。尤其在旋耕后的第一次和第二次灌水，灌水时间会更长。有研究表明，当单位宽度入畦流量（单宽流量q=Q/B，Q为入畦流量、B为畦田宽度）增大时，灌水均匀度会增加，同样灌水效果的灌水量会减少。提高单宽流量的方法有两种：（1）增加入畦流量；（2）减小畦田宽度。本发明采用第一种方式，用脉冲方式来提高入畦流量。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种畦灌脉冲灌溉系统，本系统采用脉冲式灌溉系统，增加了畦灌流量，增加了单位宽度畦田内的进水量，延长了水流浸透时间，浸透效果较好，改善了畦灌效果。

本发明提供如下技术方案：

一种畦灌脉冲灌溉系统，包括进水管和水箱；所述进水管的出水口设置在水箱上方；所述水箱内设置有支架；所述支架设置有旋转机构；所述旋转机构一端通过第一连杆连接有第一浮球；所述旋转机构另一端设置有第二连杆；所述第二连杆内设置有滑槽，所述滑槽内设置有圆杆；所述圆杆远离第二连杆一端设置有球塞；所述水箱内设置有限位杆；所述限位杆与圆杆连接；所述球塞下方对应设置有出水管。

优选的，所述旋转机构包括转轴和轴套；所述转轴插接在轴套内；所述轴套与转轴插接的一端表面设置有倒U形缺口；所述转轴与轴套插接的一端表面设置有限位柱；所述限位柱位于倒U形缺口内。

优选的，所述支架与旋转机构连接的一端设置有轴承座，所述轴承座内设置有轴承，所述旋转机构设置在轴承座内。

优选的，所述圆杆为L形，所述圆杆与第二连杆连接一端设置有固定销。

优选的，所述出水管设置有限流器；所述限流器设置在水箱内侧。

优选的，所述溢流管设置在水箱内侧，所述溢流管出水口贯穿水箱的底部位于水箱的外侧。

优选的，所述溢流管进水口所在水平面的高度低于水箱上表面所在的水平面的高度。

优选的，所述限流器包括外壳，所述外壳为长方体结构，所述外壳表面设置有圆形通孔，所述外壳中间为空心结构，所述外壳内侧设置有限流块。

优选的，所述限流块设置有柱形杆，所述柱形杆贯穿外壳，柱形杆远离限流块一端设置有挡板，挡板与外壳之间设置有弹簧，所述弹簧套接在柱形杆上。

优选的，所述限流块远离柱形杆一端设置有拉线，所述拉线另一端连接有第二浮球，所述水箱内壁设置有导柱，拉线位于导柱与水箱内壁之间。

优选的，所述限位杆设置有限位孔，所述圆杆贯穿限位孔，限位孔的直径大于限位杆的直径。

优选的，为了提高旋转机构的寿命，并更好地实现脉冲式灌溉，增加畦灌流量，增加单位宽度畦田内的进水量，延长水流浸透时间，提高浸透效果，并改善畦灌效果，所述转轴和轴套均为金属材质，其接触面的表面粗糙度Ra为0.2-0.6微米，硬度Y为HRC64-70；特别是接触面的表面粗糙度Ra和硬度Y之间满足：Ra·Y大于等于15.2小于等于64.8。

优选的，所述转轴和轴套的配合间隙θ为40-80微米，所述配合间隙中设置有石墨粉以提搞配合精度，并进行润滑；所述石墨粉的粒径d为25-38微米。

优选的，为了进一步旋转机构的寿命，并更好地实现脉冲式灌溉，增加畦灌流量，增加单位宽度畦田内的进水量，延长水流浸透时间，提高浸透效果，并改善畦灌效果，所述接触面的表面粗糙度Ra、硬度Y、配合间隙θ、石墨粉的粒径d之间满足以下关系：

Ra²·Y=λ·(θ/d)；

其中，λ为关系系数，取值范围为2.4-7.2。

优选的，为了使旋转机构与球塞协同工作，转轴一端的倒U形缺口两边与轴心的形成的夹角为60-80度。所述第一浮球的直径R1，第一浮球的密度ρ1，球塞的直径R2，球塞的密度ρ2满足以下关系：

ρ3（R1³- R2³）=α（ρ1 R1³-ρ2 R2³）；

式中：R1为第一浮球的直径，单位为cm；R2为球塞的直径，单位为cm；ρ1为第一浮球的密度，单位为g/cm³；ρ2为球塞的密度，单位为g/cm³；ρ3为液体水的密度，单位为g/cm³；α为相关系数，取值范围为1.06-1.35。

优选的，一种畦灌脉冲灌溉系统畦灌方法包括以下步骤：

S1:通过进水管对水箱注水；

S2:水箱内的液体水注满，第一浮球受浮力的作用向上运动；

S3: 第一浮球带动旋转机构转动，球塞向上移动，水箱内的水流出，进行畦灌；

S4:在畦灌过程中，第一浮球受浮力的作用向下运动；

S5: 当水箱内的水的剩余量达到一定值时，球塞落下，堵住出水管，进行再次注水；

S6:循环步骤 S1至S5，完成畦灌。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明一种畦灌脉冲灌溉系统，通过设置的第一浮球，利用水的浮力作用，第一浮球带动旋转机构转动，实现脉冲式畦灌，畦灌过程实现了自动控制，使用方便。

（2）本发明一种畦灌脉冲灌溉系统，通过设置的第二浮球，通过第二浮球控制出水管的出水流量，将出水流量控制在合理的范围内，使水流均匀流出水箱，改善了畦灌效果。

（3）本发明一种畦灌脉冲灌溉系统，通过设置的溢流管，有效的避免了因注水管瞬时出水量突然增加而损坏装置，保证了装置的使用寿命。

（4）本发明一种畦灌脉冲灌溉系统，通过限定第一浮球的直径R1，第一浮球的密度ρ1，球塞的直径R2，球塞的密度ρ2，使旋转机构与球塞协同工作，提高了工作效率，改善了畦灌效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的主示意图。

图2是本发明的内部结构主视图。

图3是图2又一视角示意图。

图4是本发明的旋转机构示意图。

图5是本发明的限流器示意图。

图6是本发明的限流器内部结构示意图。

图中：1、水箱；2、溢流管；3、旋转机构；4、轴承座；5、第一连杆；6、第一浮球；7、第二连杆；8、第二浮球；9、圆杆；10、导柱；11、球塞；12、出水管；13、限流器；14、限位杆；15、支架；16、限流块；17、拉线；18、柱形杆；19、挡板；20、弹簧；21、进水管；301、转轴；302、轴套；303、限位柱。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1-6所示，一种畦灌脉冲灌溉系统，包括进水管21和水箱1，所述进水管21向水箱1内注水；所述进水管21的出水口设置在水箱1上方；所述水箱1内设置有溢流管2，当主水管21出现瞬时注水增加时，水箱1内水通过溢流管2流出水箱1外，有效的保证了装置的工作安全；所述水箱1内设置有支架15；所述支架15设置有旋转机构3；所述旋转机构3一端通过第一连杆5连接有第一浮球6，当第一浮球6移动时，第一浮球6带动旋转机构3在支架内转动；所述旋转机构3另一端设置有第二连杆7；所述第二连杆7设置有圆杆9；所述圆杆9远离第二连杆7一端设置有球塞11；所述水箱1内设置有限位杆14；所述限位杆14与圆杆9连接；所述球塞11下方对应设置有出水管12，球塞11用于堵塞与开启出水管12。

所述旋转机构3包括转轴301和轴套302；所述转轴301插接在轴套302内；所述轴套302与转轴301插接的一端表面设置有倒U形缺口；所述转轴301与轴套302插接的一端表面设置有限位柱303；所述限位柱303位于倒U形缺口内。

所述支架15与旋转机构3连接的一端设置有轴承座4，所述轴承座4内设置有轴承，所述旋转机构3设置在轴承座4内。

所述第二连杆7内设置有滑槽，所述圆杆9与第二连杆7连接一端设置有固定销，所述圆杆9为L形，圆杆9一端设置在滑槽内，固定销插接在圆杆9的上端，用于防止圆杆9与第二连杆7滑落，圆杆9上端能够在滑槽内移动，当旋转机构3转动时，圆杆9实现上升和下降。

所述出水管12设置有限流器13；所述限流器13设置在水箱1内侧，所述限流器13能够限制水流的速度，使水箱1内的水均匀流出，避免水流过大对装置或者畦田造成冲击。

所述溢流管2设置在水箱1内侧，所述溢流管2出水口贯穿水箱1的底部位于水箱1的外侧。

所述溢流管2进水口所在水平面的高度低于水箱1上表面所在的水平面的高度，避免了水溢出水箱1外侧。

所述限流器13包括外壳，所述外壳为长方体结构，所述外壳表面设置有圆形通孔，所述出水管12设置在圆形通孔处；所述外壳中间为空心结构，所述外壳内侧设置有限流块16，通过调节限流块16，实现调节出水管12的出水口面积，起到限流的作用，所述出水管12的直径大于进水管21的直径，出水管12的出水流量大于进水管21的注水流量。

所述限流块16设置有柱形杆18，所述柱形杆18贯穿外壳，柱形杆18远离限流块16一端设置有挡板19，挡板19与外壳之间设置有弹簧20，所述弹簧20套接在柱形杆18上。

所述限流块16远离柱形杆一端设置有拉线17，所述拉线17另一端连接有第二浮球8，所述水箱内壁设置有导柱10，拉线位于导柱10与水箱1内壁之间，第二浮球8带动限流块16移动。

所述限位杆14设置有限位孔，所述圆杆9贯穿限位孔，限位孔的直径大于限位杆的直径。

为了提高旋转机构的寿命，并更好地实现脉冲式灌溉，增加畦灌流量，增加单位宽度畦田内的进水量，延长水流浸透时间，提高浸透效果，并改善畦灌效果，所述转轴和轴套均为金属材质，其接触面的表面粗糙度Ra为0.2-0.6微米，硬度Y为HRC64-70；特别是接触面的表面粗糙度Ra和硬度Y之间满足：Ra·Y大于等于15.2小于等于64.8。

所述转轴和轴套的配合间隙θ为40-80微米，所述配合间隙中设置有石墨粉以提搞配合精度，并进行润滑；所述石墨粉的粒径d为25-38微米。

为了进一步旋转机构的寿命，并更好地实现脉冲式灌溉，增加畦灌流量，增加单位宽度畦田内的进水量，延长水流浸透时间，提高浸透效果，并改善畦灌效果，所述接触面的表面粗糙度Ra、硬度Y、配合间隙θ、石墨粉的粒径d之间满足以下关系：

Ra²·Y=λ·(θ/d)；

其中，λ为关系系数，取值范围为2.4-7.2。

工作原理：进水管21向水箱1内注水，第一浮球6受浮力作用，带动旋转机构3在支架内转动，当水箱1内的水注满时，第一浮球6与第一连杆5处于接近水平状态，此时，在旋转机构3的作用下，球塞11向上移动，出水管12开启，水箱1内的水流出，实现畦灌；在放水过程中，第一浮球6向下转动，当水箱1内的水位达到预先设定的阈值时，球塞11堵塞出水管12，开始再次进行水箱1的注水；本装置利用脉冲式灌溉，对畦田实现梯次灌溉浸透，延长浸透时间，充分保证了单位面积内畦田的浸透效果。

实施例二：

如图1-6所示，一种畦灌脉冲灌溉系统，包括进水管21和水箱1，所述进水管21向水箱1内注水；所述进水管21的出水口设置在水箱1上方；所述水箱1内设置有溢流管2，当主水管21出现瞬时注水增加时，水箱1内水通过溢流管2流出水箱1外，有效的保证了装置的工作安全；所述水箱1内设置有支架15；所述支架15设置有旋转机构3；所述旋转机构3一端通过第一连杆5连接有第一浮球6，当第一浮球6移动时，第一浮球6带动旋转机构3在支架内转动；所述旋转机构3另一端设置有第二连杆7；所述第二连杆7设置有圆杆9；所述圆杆9远离第二连杆7一端设置有球塞11；所述水箱1内设置有限位杆14；所述限位杆14与圆杆9连接；所述球塞11下方对应设置有出水管12，球塞11用于堵塞与开启出水管12。

所述旋转机构3包括转轴301和轴套302；所述转轴301插接在轴套302内；所述轴套302与转轴301插接的一端表面设置有倒U形缺口；所述转轴301与轴套302插接的一端表面设置有限位柱303；所述限位柱303位于倒U形缺口内。

所述支架15与旋转机构3连接的一端设置有轴承座4，所述轴承座4内设置有轴承，所述旋转机构3设置在轴承座4内。

所述第二连杆7内设置有滑槽，所述圆杆9与第二连杆7连接一端设置有固定销，所述圆杆9为L形，圆杆9一端设置在滑槽内，固定销插接在圆杆9的上端，用于防止圆杆9与第二连杆7滑落，圆杆9上端能够在滑槽内移动，当旋转机构3转动时，圆杆9实现上升和下降。

所述出水管12设置有限流器13；所述限流器13设置在水箱1内侧，所述限流器13能够限制水流的速度，使水箱1内的水均匀流出，避免水流过大对装置或者畦田造成冲击。

所述溢流管2设置在水箱1内侧，所述溢流管2出水口贯穿水箱1的底部位于水箱1的外侧。

所述溢流管2进水口所在水平面的高度低于水箱1上表面所在的水平面的高度，避免了水溢出水箱1外侧。

所述限流器13包括外壳，所述外壳为长方体结构，所述外壳表面设置有圆形通孔，所述出水管12设置在圆形通孔处；所述外壳中间为空心结构，所述外壳内侧设置有限流块16，通过调节限流块16，实现调节出水管12的出水口面积，起到限流的作用，所述出水管12的直径大于进水管21的直径，出水管12的出水流量大于进水管21的注水流量。

所述限流块16设置有柱形杆18，所述柱形杆18贯穿外壳，柱形杆18远离限流块16一端设置有挡板19，挡板19与外壳之间设置有弹簧20，所述弹簧20套接在柱形杆18上。

所述限流块16远离柱形杆一端设置有拉线17，所述拉线17另一端连接有第二浮球8，所述水箱内壁设置有导柱10，拉线位于导柱10与水箱1内壁之间，第二浮球8带动限流块16移动。

所述限位杆14设置有限位孔，所述圆杆9贯穿限位孔，限位孔的直径大于限位杆的直径。

为了使旋转机构与球塞协同工作，转轴一端的倒U形缺口两边与轴心的形成的夹角为60-80度。所述第一浮球的直径R1，第一浮球的密度ρ1，球塞的直径R2，球塞的密度ρ2满足以下关系：

ρ3（R1³- R2³）=α（ρ1 R1³-ρ2 R2³）；

式中：R1为第一浮球的直径，单位为cm；R2为球塞的直径，单位为cm；ρ1为第一浮球的密度，单位为g/cm³；ρ2为球塞的密度，单位为g/cm³；ρ3为液体水的密度，单位为g/cm³；α为相关系数，取值范围为1.06-1.35。

当满足以上关系时，装置能够协同工作，工作效果较高。

实施例三：

为了增加畦灌流量，增加单位宽度畦田内的进水量，延长水流浸透时间，改善浸透效果和畦灌效果。本发明还公开了一种畦灌脉冲灌溉方法，步骤如下：

S1:通过进水管对水箱注水；

S2:水箱内的液体水注满，第一浮球受浮力的作用向上运动；

S3: 第一浮球带动旋转机构转动，球塞向上移动，水箱内的水流出，进行畦灌；

S4:在畦灌过程中，第一浮球受浮力的作用向下运动；

S5: 当水箱内的水的剩余量达到一定值时，球塞落下，堵住出水管，进行再次注水；

S6:循环步骤 S1至S5，完成畦灌。

通过上述技术方案得到的装置是一种畦灌脉冲灌溉系统，本系统采用脉冲式灌溉系统，增加了畦灌时单位时间内的进水量，增加了单位面积的畦田内的进水量，延长了水流浸透时间，浸透效果较好，改善了畦灌效果。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种畦灌脉冲灌溉系统，其特征在于，包括进水管（21）和水箱（1）；所述进水管（21）的出水口设置在水箱（1）上方；所述水箱（1）内设置有支架（15）；所述支架（15）设置有旋转机构（3）；所述旋转机构（3）一端通过第一连杆（5）连接有第一浮球（6）；所述旋转机构（3）另一端设置有第二连杆（7）；所述第二连杆（7）内设置有滑槽，所述滑槽内设置有圆杆（9）；所述圆杆（9）远离第二连杆（7）一端设置有球塞（11）；所述水箱（1）内设置有限位杆（14）；所述限位杆（14）与圆杆（9）连接；所述球塞（11）下方对应设置有出水管（12），所述旋转机构（3）包括转轴（301）和轴套（302）；所述转轴（301）插接在轴套（302）内；所述轴套（302）与转轴（301）插接的一端表面设置有倒U形缺口；所述转轴（301）与轴套（302）插接的一端表面设置有限位柱（303）；所述限位柱（303）位于倒U形缺口内。

2.根据权利要求1所述一种畦灌脉冲灌溉系统，其特征在于，所述支架（15）与旋转机构（3）连接的一端设置有轴承座（4），所述轴承座（4）内设置有轴承，所述旋转机构（3）设置在轴承座（4）内。

3.根据权利要求1所述一种畦灌脉冲灌溉系统，其特征在于，所述圆杆（9）为L形，所述圆杆（9）与第二连杆（7）连接一端设置有固定销。

4.根据权利要求1所述一种畦灌脉冲灌溉系统，其特征在于，所述出水管（12）设置有限流器（13）；所述限流器（13）设置在水箱（1）内侧。

5.根据权利要求1所述一种畦灌脉冲灌溉系统，其特征在于，所述水箱（1）内设置有溢流管（2）；所述溢流管（2）设置在水箱（1）内侧，所述溢流管（2）出水口贯穿水箱（1）的底部位于水箱（1）的外侧。

6.根据权利要求5所述一种畦灌脉冲灌溉系统，其特征在于，所述溢流管（2）进水口所在水平面的高度低于水箱（1）上表面所在的水平面的高度。

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