CN113207637A - 一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法，由多个喷灌单元组合而成，单个灌溉单元包括喷头、连接杆和支座三大部分，安装时相邻灌溉单元根据其最小射流半径布设于凹凸坡面上。该喷灌系统以纯水力驱动的全自动化灌溉模式在凹凸坡面运营，消除了凹凸坡面现有喷灌系统所遗漏的灌溉死角，达到了凹凸坡面灌溉覆盖率100%的效果。同时，本灌溉系统的喷头高度可调，且喷水嘴出水射流角度根据凹凸坡面的凸起、凹陷程度灵活多变，因此适应凹凸坡面的多种工况，推广实用性强。

Description

一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法

技术领域

本发明属于节水灌溉技术领域，具体涉及一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法。

背景技术

我国是一个多山的国家，遍地开花的基础建设必然开挖出随处可见的赤裸边坡。由于山体地形、工程成本及技术水平等因素的影响，所开挖的坡面多凹凸不平。

水分是植物生长必备元素之一，自然降雨不足情况下可采用坡面喷灌的方式补充植物生长用水需求，喷头的设计与安装常依据喷洒半径等间距排列，且其出露坡面高度固定不变。如此布设喷灌系统，当坡面凹凸起伏较大时，喷灌射流将因凸起面的阻挡而无法覆盖所有凹下面，进而遗漏出一定范围的灌溉死角（见图1所示），此范围内的植物生长便因缺水而严重受限。

在边坡植被修复工作中，为消除框格梁凹凸坡面的灌溉死角，专利“一种提高框格梁边坡灌溉覆盖率的喷灌系统及其使用方法”（申请号：2020105799887）基于电磁继电器的通断电驱动系统对框格梁凹凸坡面进行全覆盖灌溉。但是，该喷灌系统运营的前提是电力驱动，然则绝大多数野外边坡并不具备长久、持续供电条件，因此现场实践尚存在较大的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法，此系统以水力驱动系统自动运营，实现凹凸坡面灌溉的全覆盖。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，它由多个喷灌单元组合而成，安装时相邻喷灌单元根据其最小射流半径等间距排列；

单个喷灌单元由喷头、连接杆和支座构成，连接杆连接喷头和支座。

所述喷头包括腹板、翼缘、上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴；喷头的整个剖切面呈H型，内部为中空结构，输水管道弯曲处采用圆弧结构，其沿中轴线呈对称结构；

所述腹板两端与翼缘长边内侧的正中位置固定连接，腹板长边一侧的正中位置预留卡孔，翼缘的外侧通过万向球头铰接均布安装有上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴；单侧翼缘至少配备三个喷水嘴，且上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴的出水角度由坡面凹凸状况现场调整确定；

所述支座包括立柱、导流槽、环圈、支撑轴、摇臂、竖向弹簧和横向弹簧；

所述立柱横截面呈圆筒状，立柱上部的直径小于立柱下部的直径，且立柱下部的直径与连接杆直径相等；立柱上部内套于连接杆，两者中心线重合，具备相对旋转与滑移的自由；立柱下部安插于边坡岩土中以固定整个喷灌单元，尾端预留外接灌溉水的接口；

所述立柱上部外壁的高度方向自上而下沿圆周分别均布12个下梯形凸块和12个卡槽，相邻下梯形凸块和卡槽间错开15°的相位角；

所述环圈将喷头与连接杆环绕于其中，底端开口处分别对称刚接于立柱下部两侧的外壁，顶端正中位置内侧预留卡孔，该卡孔与腹板长边一侧预留的卡孔间活接竖向弹簧，喷头、环圈和竖向弹簧三者间具备相对旋转的自由度。

所述导流槽横截面呈U形，顶部弯向连接杆，侧部与立柱上部固定相连，水平方向尺寸宽于立柱上部的横截面尺寸，底部固定于立柱下部的相应位置，并在此位置设置有导流口，以供被摇臂切割的灌溉水顺着导流槽流回立柱内。

所述支撑轴刚接在环圈下部内侧，其与立柱和环圈边侧的间距为2:1，高度应确保任何状态均不与翼缘发生相互碰撞；

所述摇臂的摇臂尾部的1/3位置处预留圆孔，支撑轴顶端插入该圆孔后采用顶帽限位，摇臂与支撑轴间具备相对旋转的自由度，摇臂尾部与环圈边侧间采用横向弹簧连接，摇臂头部设计有一定的水平角，水平角根据具体情况设计。

所述支座的立柱下部内嵌柔性输水管，以保证形成滑顺的输水通道，并保证灌溉水从立柱尾部的接口进入灌溉单元，依次流经立柱、连接杆、腹板及翼缘，最终由上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴以射流方式喷洒于凹凸坡面。

所述下梯形凸块和卡槽与上梯形凸块相互匹配，所述上梯形凸块设置于连接杆的内壁上，以组成旋转与滑移导向结构。

所述喷头、连接杆与支座发生相对旋转运动；水压及竖向弹簧伸缩作用下，喷头、连接杆与支座发生相对滑移运动；横向弹簧伸缩作用下，摇臂与支撑轴发生相对旋转运动。

用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统的使用方法：

步骤一：将灌溉水由接口引入立柱，而后流入连接杆和喷头，通过圆弧形输水管道最终由上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴喷出；

步骤二：喷出过程中通过摇臂绕支撑轴的水平摆动控制连接杆的升降和旋转，具体过程为：自然状态下，立柱上部内套于连接杆的内部，连接杆内壁上的梯形凸块位于立柱上部外壁的卡槽中，竖向弹簧处于自然伸长状态；当灌溉水以某一流速流入接口后，灌溉水沿立柱上部和连接杆向上输送，连接杆受灌溉水竖直向上的压力作用，沿竖直方向向上滑移，喷头随之亦向上移动，连接杆内壁的上梯形凸块由卡槽的位置开始上滑，顺着立柱上部外壁的下梯形凸块竖直向上滑动，此时竖向弹簧处于收缩状态；恒定的水压可使喷头和连接杆短时间内保持静止，连接杆与立柱上部之间产生小距离的悬空，此时，受横向弹簧的弹力作用往复摆动的摇臂可短暂地切割水流，而后摇臂受灌溉水水平分力的作用弹开，在摇臂切割水流的瞬间，处于压缩状态的竖向弹簧受回弹作用使喷头和连接杆向下滑动，通过上梯形凸块和下梯形凸块的导向滑动作用，使连接杆的上梯形凸块滑入立柱上部的卡槽中，从而使立柱上部内套于连接杆的内部；被灌溉水水平分力弹开的摇臂绕支撑轴摆动，将固接在摇臂尾部的横向弹簧拉长，此时横向弹簧产生收缩的弹力，使得摇臂再次切割灌溉水；通过重复上述步骤，可使喷头与连接杆持续进行逆时针方向的旋转灌溉；

步骤三：在摇臂切割水流的过程中，被切割的水流顺着导流槽进入导流口，回流至立柱内，与柔性输水管引出的灌溉水一同向上流入连接杆、腹板、翼缘和喷水嘴，保证水源的高效利用；

步骤四：相邻灌溉单元根据其最小射流半径安装于凹凸坡面上，竖向弹簧收缩、回弹1次，可完成逆时针30°的旋转灌溉，每6次收缩、回弹，即可完成一个整圆周的灌溉工作；竖向弹簧以上述收缩、回弹的方式调节喷头高度，并由此改变灌溉水射流半径，从而增大灌溉覆盖区域；

步骤五：根据凹凸坡面凸起高度和下凹深度，现场调试喷头腿部上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴出水射流角度的最佳组合方式，再联合水力驱动的全自动化工作模式，共同消除灌溉死角，达到凹凸坡面灌溉100%覆盖。

本发明有如下有益效果：

1、通过采用本发明的喷灌系统，无需电力驱动，喷灌系统以纯水力驱动的全自动化灌溉模式工作，消除了凹凸坡面现有喷灌系统所遗漏的灌溉死角，达到了凹凸坡面灌溉覆盖率100%的效果。

2、本发明的喷头高度可调，且喷水嘴出水射流角度根据凹凸坡面的凸起、凹陷程度灵活多变，因此本水力驱动式喷灌系统可适应凹凸坡面的多种凹凸程度，日后推广实用性强。

3、本发明通过采用导流槽，其可将摇臂切割的灌溉水回流至喷灌系统内，随同输水管引出的水源再次流入杆件，实现水资源的高效利用。

4、本发明单个喷灌单元相较于一般喷头，喷灌覆盖面更大，可在一定程度上较少喷灌单元数量，进而节约工程建设成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是现有的凹凸坡面上现有坡面喷灌系统灌溉示意图，其存在灌溉死角缺陷。

图2是本发明总体示意图。

图3是本发明摇臂切割水流时刻结构示意图。

图4是本发明摇臂弹开时刻结构示意图。

图5是本发明喷头结构示意图。

图6是本发明支座立柱结构示意图。

图7是本发明摇臂结构示意图。

图8是本发明在凹凸坡面上摇臂切割水流时刻示意图。

图9是本发明在凹凸坡面上摇臂弹开时刻示意图。

图中：喷头1、腹板111、翼缘112、上喷水嘴101、中喷水嘴102、下喷水嘴103、连接杆2、立柱22、立柱上部221、立柱下部222、上梯形凸块23a、下梯形凸块23b、卡槽24、支座3、环圈4、支撑轴41、横向弹簧42、摇臂43、摇臂头部431、摇臂尾部432、竖向弹簧5、接口6、灌溉水向7、边坡岩土8、灌溉死角9、灌溉单元10、凹凸坡面11、灌溉水12、柔性输水管13、导流槽14、导流口141、交叉灌溉区域15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-9所示，一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，它由多个喷灌单元10组合而成，安装时相邻喷灌单元10根据其最小射流半径等间距排列；单个喷灌单元10由喷头1、连接杆2和支座3构成，连接杆2连接喷头1和支座3。所述连接杆2横截面呈圆筒状，内壁的合适位置沿圆周均布12个上梯形凸块23a，连接杆2顶端与喷头腹板111长边一侧的正中位置刚接，下部与支座3套接；安装时，相邻灌溉单元10根据其最小射流半径安装于凹凸坡面11上。通过采用上述结构的喷灌系统能够用于凹凸坡面11灌溉，无需电力驱动，以纯水力驱动的全自动化灌溉模式实现全覆盖灌溉。

进一步的，所述喷头1包括腹板111、翼缘112、上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103；喷头1的整个剖切面呈H型，内部为中空结构，输水管道弯曲处采用圆弧结构，其沿中轴线呈对称结构；所述腹板111两端与翼缘112长边内侧的正中位置固定连接，腹板111长边一侧的正中位置预留卡孔，翼缘112的外侧通过万向球头铰接均布安装有上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103；单侧翼缘112至少配备三个喷水嘴，且上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103的出水角度由坡面凹凸状况现场调整确定。通过采用上述的喷头1，其在工作过程中，能够在水流压力以及其他结构的辅助作用下产生升降动作和转动动作，进而实现喷灌高度和喷灌距离的调节，达到全方位覆盖的效果。

进一步的，所述支座3包括立柱22、导流槽14、环圈4、支撑轴41、摇臂43、竖向弹簧5和横向弹簧42；所述立柱22横截面呈圆筒状，立柱上部221的直径小于立柱下部222的直径，且立柱下部222的直径与连接杆2直径相等；立柱上部221内套于连接杆2，两者中心线重合，具备相对旋转与滑移的自由；立柱下部222安插于边坡岩土8中以固定整个喷灌单元10，尾端预留外接灌溉水12的接口6。通过支座3能够用于对整个喷灌装置进行有效的支撑。

进一步的，所述立柱上部221外壁的高度方向自上而下沿圆周分别均布12个下梯形凸块23b和12个卡槽24，相邻下梯形凸块23b和卡槽24间错开15°的相位角；所述环圈4将喷头与连接杆2环绕于其中，底端开口处分别对称刚接于立柱下部222两侧的外壁，顶端正中位置内侧预留卡孔，该卡孔与腹板111长边一侧预留的卡孔间活接竖向弹簧5，喷头1、环圈4和竖向弹簧5三者间具备相对旋转的自由度。通过采用上述结构的下梯形凸块23b能够配合连接杆2上的上梯形凸块23a能够实现相对转动配合。

进一步的，所述导流槽14横截面呈U形，顶部弯向连接杆2，侧部与立柱上部221固定相连，水平方向尺寸宽于立柱上部221的横截面尺寸，底部固定于立柱下部222的相应位置，并在此位置设置有导流口141，以供被摇臂43切割的灌溉水12顺着导流槽14流回立柱22内。通过上述的导流槽14能够对回流之后的水进行有效的收集回流，进而起到节约资源的目的。

进一步的，所述支撑轴41刚接在环圈4下部内侧，其与立柱22和环圈4边侧的间距为2:1，高度应确保任何状态均不与翼缘112发生相互碰撞；所述摇臂43的摇臂尾部432的1/3位置处预留圆孔，支撑轴41顶端插入该圆孔后采用顶帽限位，摇臂43与支撑轴41间具备相对旋转的自由度，摇臂尾部432与环圈4边侧间采用横向弹簧42连接，摇臂头部431设计有一定的水平角，水平角根据具体情况设计。通过上述的横向弹簧42能够保证摇臂43绕着支撑轴41实现往复转动。受横向弹簧42的弹力作用影响，摇臂43绕支撑轴41水平方向往复摆动，摇臂头部431的摆动方向和尾部的摆动方向保持一致，其头部可短暂切割水流。通过上述装置的运作可实现喷灌系统的正常工作。

进一步的，所述支座3的立柱下部222内嵌柔性输水管13，以保证形成滑顺的输水通道，并保证灌溉水12从立柱22尾部的接口6进入灌溉单元10，依次流经立柱22、连接杆2、腹板111及翼缘112，最终由上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103以射流方式喷洒于凹凸坡面11。

进一步的，所述下梯形凸块23b和卡槽24与上梯形凸块23a相互匹配，所述上梯形凸块23a设置于连接杆2的内壁上，以组成旋转与滑移导向结构。通过上述的转动导向结构能够实现连接杆2升降动作的同时，实现导向转动。相邻下梯形凸块23b和卡槽24间错开15°的相位角。通过上述的数量，保证了灌溉装置的正常转动。

进一步的，所述喷头1、连接杆2与支座3发生相对旋转运动；水压及竖向弹簧5伸缩作用下，喷头1、连接杆2与支座3发生相对滑移运动；横向弹簧42伸缩作用下，摇臂43与支撑轴41发生相对旋转运动。

实施例2：

优选的，所述连接杆2长40-50mm，截面直径20-25mm。

优选的，所述环圈4为立式对称结构，下端与立柱下部222外壁固接，环圈4高80-90mm，顶部宽60-70mm，下部宽40-50mm。

优选的，所述竖向弹簧5的上端活接于环圈4上端正中位置的卡孔中，下端活接于喷头腹板111长边一侧预留的卡孔中，竖向弹簧5完全压缩时，装置总长120-140mm；所述竖向弹簧5完全伸长时，转置总长80-100mm，装置活动长度约为竖向弹簧5完全压缩时装置长度的1/4。

优选的，所述接口6距立柱22底部34-6mm，截面直径20mm。

优选的，所述竖向弹簧5直径6-10mm，长20-30mm。以水泵向灌溉水12施加水压15N压缩20mm为基准：

弹性系数：k=F/x=15N/0.02m=750N/m；

竖向弹簧5的弹性系数选为750N/m。

优选的，所述支撑轴41高35-45mm，宽10-15mm。

优选的，所述横向弹簧42直径8-10mm，长15-20mm。以摇臂43刚被灌溉水12的水平分力弹开时，横向弹簧42产生回弹力5N压缩15mm为基准：

弹性系数：k=F/x=15N/0.015m=333N/m ；

横向弹簧42的弹性系数选为333N/m。

参见图5，所述喷头1由腹板111、翼缘112及上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103构成，剖切面呈“H”型，内部中空，输水管道弯曲处为圆弧形，且沿中轴线对称。腹板111两端与翼缘112长边内侧的正中位置刚接，腹板111长边一侧的正中位置预留卡孔，翼缘112长边的外侧均布上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103长60-80mm，宽10-20mm，长5-10mm，宽3-5mm。上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103与翼缘112间采用万向球头铰接，单侧翼缘112至少配备3个上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103，上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103的出水角度由坡面凹凸状况现场调整确定。通过采用上述“H”型布置方式，加之以不同高度的上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103，实现了整个灌溉区域的全覆盖。

参见图6，所述支座立柱22立柱上部221、立柱下部222、下梯形凸块23b和卡槽24构成。

优选的，所述上梯形凸块23a距离连接杆2顶部25-35mm，每个梯形凸块23a上底5-7mm，下底10-12mm，宽2-4mm，厚2mm。

优选的，所述立柱上部221长35-45mm，截面直径18-23mm。

优选的，所述下梯形凸块23b距离立柱上部221顶部5-10mm，每个梯形凸块23b上底5-7mm，下底10-12mm，宽2-4mm，厚2mm。

优选的，所述卡槽24距离立柱上部221顶部25-30mm，每一卡槽宽2-4mm，上底5-7mm，下底10-12mm，厚2mm，使其与梯形凸块23a、23b啮合程度达到100%。

优选的，立柱上部221长30-40mm，截面直径22-27mm。

参见图7，摇臂尾部432的1/3位置处预留圆孔，支撑轴41顶端内插于该圆孔后采用钉帽限位，摇臂43与支撑轴41间具备相对旋转的自由，摇臂41尾部与环圈4边侧间采用横向弹簧42连接，摇臂头部431设计有一定的水平角，水平角根据具体情况设计。

优选的，所述摇臂43长40-45mm，宽8-10mm，摇臂头部431的水平角40-50°。

实施例3：

用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统的使用方法：

步骤一：将灌溉水12由接口6引入立柱22，而后流入连接杆2和喷头1，通过圆弧形输水管道最终由上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103喷出；

步骤二：喷出过程中通过摇臂43绕支撑轴41的水平摆动控制连接杆2的升降和旋转，具体过程为：自然状态下，立柱上部221内套于连接杆2的内部，连接杆2内壁上的梯形凸块23a位于立柱上部221外壁的卡槽24中，竖向弹簧5处于自然伸长状态；当灌溉水12以某一流速流入接口6后，灌溉水12沿立柱上部221和连接杆2向上输送，连接杆2受灌溉水12竖直向上的压力作用，沿竖直方向向上滑移，喷头1随之亦向上移动，连接杆2内壁的上梯形凸块23a由卡槽24的位置开始上滑，顺着立柱上部221外壁的下梯形凸块23b竖直向上滑动，此时竖向弹簧5处于收缩状态；恒定的水压可使喷头1和连接杆2短时间内保持静止，连接杆2与立柱上部221之间产生小距离的悬空，此时，受横向弹簧42的弹力作用往复摆动的摇臂43可短暂地切割水流，而后摇臂43受灌溉水12水平分力的作用弹开，在摇臂43切割水流的瞬间，处于压缩状态的竖向弹簧5受回弹作用使喷头1和连接杆2向下滑动，通过上梯形凸块23a和下梯形凸块23b的导向滑动作用，使连接杆2的上梯形凸块23a滑入立柱上部221的卡槽24中，从而使立柱上部221内套于连接杆2的内部；被灌溉水12水平分力弹开的摇臂43绕支撑轴41摆动，将固接在摇臂尾部432的横向弹簧42拉长，此时横向弹簧42产生收缩的弹力，使得摇臂43再次切割灌溉水12；通过重复上述步骤，可使喷头1与连接杆2持续进行逆时针方向的旋转灌溉；

步骤三：在摇臂43切割水流的过程中，被切割的水流顺着导流槽14进入导流口141，回流至立柱22内，与柔性输水管13引出的灌溉水12一同向上流入连接杆2、腹板111、翼缘112和喷水嘴，保证水源的高效利用；

步骤四：相邻灌溉单元10根据其最小射流半径安装于凹凸坡面11上，竖向弹簧5收缩、回弹1次，可完成逆时针30°的旋转灌溉，每6次收缩、回弹，即可完成一个整圆周的灌溉工作；竖向弹簧5以上述收缩、回弹的方式调节喷头1高度，并由此改变灌溉水12射流半径，从而增大灌溉覆盖区域；

步骤五：根据凹凸坡面11凸起高度和下凹深度，现场调试喷头1腿部上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103出水射流角度的最佳组合方式，再联合水力驱动的全自动化工作模式，共同消除灌溉死角9，达到凹凸坡面11灌溉100%覆盖。

本发明实现凹凸坡面灌溉覆盖率100%的途径如下：

其一，水力驱动的全自动化灌溉：喷出过程中通过摇臂43绕支撑轴41的水平摆动控制连接杆2的升降和转动，具体过程为：自然状态下，立柱上部221内套于连接杆2的内部，连接杆2内壁上的梯形凸块23a位于立柱上部221外壁的卡槽24中，竖向弹簧5处于自然伸长状态；当灌溉水12以某一流速流入接口6后，灌溉水12沿立柱上部221和连接杆2向上输送，连接杆2受灌溉水12竖直向上的压力作用，沿竖直方向向上滑移，喷头1随之亦向上移动，连接杆2内壁的上梯形凸块23a由卡槽24的位置开始上滑，顺着立柱上部221外壁的下梯形凸块23b竖直向上滑动，此时竖向弹簧5处于收缩状态；恒定的水压可使喷头1和连接杆2短时间内保持静止，连接杆2与立柱上部221之间产生小距离的悬空，此时，受横向弹簧42的弹力作用往复摆动的摇臂43可短暂地切割水流，而后摇臂43受灌溉水12水平分力的作用弹开，在摇臂43切割水流的瞬间，处于压缩状态的竖向弹簧5受弹力作用使喷头1和连接杆2向下滑动，通过两排上梯形凸块23a、下梯形凸块23b的滑动作用，使连接杆2的上梯形凸块23a滑入立柱上部221的卡槽24中，从而使立柱上部221内套于连接杆2的内部；被灌溉水12水平分力弹开的摇臂43绕支撑轴41摆动，将连接在摇臂尾部432的横向弹簧42拉长，此时横向弹簧42产生收缩的弹力，使得摇臂43再次切割灌溉水12；通过重复上述步骤，可使喷头1与连接杆2持续进行逆时针方向的旋转灌溉。

其二，射流半径多变：摇臂43以上述水平方向往复摆动的方式调节喷头1高度，并由此改变灌溉水12射流半径，从而增大灌溉覆盖区域。

其三，在摇臂43切割水流的过程中，被切割的水流顺着导流槽14进入导流口141，回流至立柱22内，与柔性输水管13引出的灌溉水12一同向上流入连接杆2、腹板111、翼缘112和上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103，保证水源的高效利用。

其四，射流角度可调：根据凹凸坡面11的凹凸程度，现场调试喷头1腿部3个上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103出水射流角度的最佳组合方式，再联合上述改变射流半径，共同消除背景技术中所述的灌溉死角9。

本发明一种提高凹凸坡面灌溉覆盖率的喷灌系统，由多个喷灌单元10组合而成，单个灌溉单元10包括喷头1、连接杆2和支座3三大部分，相邻灌溉单元10根据其最小射流半径安装于凹凸坡面11上。该喷灌系统以纯水力驱动的全自动化灌溉模式在凹凸坡面11运营，消除了凹凸坡面现有喷灌系统所遗漏的灌溉死角9，达到了凹凸坡面灌溉覆盖率100%的效果。同时，本灌溉系统的喷头高度可调，且上喷水嘴101、中喷水嘴102和下喷水嘴103出水射流角度根据凹凸坡面11的凸起、凹陷程度灵活多变，因此适应凹凸坡面11的多种凹凸程度，日后推广实用性强。

Claims (9)

1.一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：它由多个喷灌单元（10）组合而成，安装时相邻喷灌单元（10）根据其最小射流半径等间距排列；

单个喷灌单元（10）由喷头（1）、连接杆（2）和支座（3）构成，连接杆（2）连接喷头（1）和支座（3）。

2.根据权利要求1所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述喷头（1）包括腹板（111）、翼缘（112）、上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）；喷头（1）的整个剖切面呈H型，内部为中空结构，输水管道弯曲处采用圆弧结构，其沿中轴线呈对称结构；

所述腹板（111）两端与翼缘（112）长边内侧的正中位置固定连接，腹板（111）长边一侧的正中位置预留卡孔，翼缘（112）的外侧通过万向球头铰接均布安装有上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）；单侧翼缘（112）至少配备三个喷水嘴，且上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）的出水角度由坡面凹凸状况现场调整确定。

3.根据权利要求1所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述支座（3）包括立柱（22）、导流槽（14）、环圈（4）、支撑轴（41）、摇臂（43）、竖向弹簧（5）和横向弹簧（42）；

所述立柱（22）横截面呈圆筒状，立柱上部（221）的直径小于立柱下部（222）的直径，且立柱下部（222）的直径与连接杆（2）直径相等；立柱上部（221）内套于连接杆（2），两者中心线重合，具备相对旋转与滑移的自由；立柱下部（222）安插于边坡岩土（8）中以固定整个喷灌单元（10），尾端预留外接灌溉水（12）的接口（6）；

所述立柱上部（221）外壁的高度方向自上而下沿圆周分别均布12个下梯形凸块（23b）和12个卡槽（24），相邻下梯形凸块（23b）和卡槽（24）间错开15°的相位角；

所述环圈（4）将喷头与连接杆（2）环绕于其中，底端开口处分别对称刚接于立柱下部（222）两侧的外壁，顶端正中位置内侧预留卡孔，该卡孔与腹板（111）长边一侧预留的卡孔间活接竖向弹簧（5），喷头（1）、环圈（4）和竖向弹簧（5）三者间具备相对旋转的自由度。

4.根据权利要求3所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述导流槽（14）横截面呈U形，顶部弯向连接杆（2），侧部与立柱上部（221）固定相连，水平方向尺寸宽于立柱上部（221）的横截面尺寸，底部固定于立柱下部（222）的相应位置，并在此位置设置有导流口（141），以供被摇臂（43）切割的灌溉水（12）顺着导流槽（14）流回立柱（22）内。

5.根据权利要求3所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述支撑轴（41）刚接在环圈（4）下部内侧，其与立柱（22）和环圈（4）边侧的间距为2:1，高度应确保任何状态均不与翼缘（112）发生相互碰撞；

所述摇臂（43）的摇臂尾部（432）的1/3位置处预留圆孔，支撑轴（41）顶端插入该圆孔后采用顶帽限位，摇臂（43）与支撑轴（41）间具备相对旋转的自由度，摇臂尾部（432）与环圈（4）边侧间采用横向弹簧（42）连接，摇臂头部（431）设计有一定的水平角，水平角根据具体情况设计。

6.根据权利要求3所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述支座（3）的立柱下部（222）内嵌柔性输水管（13），以保证形成滑顺的输水通道，并保证灌溉水（12）从立柱（22）尾部的接口（6）进入灌溉单元（10），依次流经立柱（22）、连接杆（2）、腹板（111）及翼缘（112），最终由上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）以射流方式喷洒于凹凸坡面（11）。

7.根据权利要求3所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述下梯形凸块（23b）和卡槽（24）与上梯形凸块（23a）相互匹配，所述上梯形凸块（23a）设置于连接杆（2）的内壁上，以组成旋转与滑移导向结构。

8.根据权利要求3所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述喷头（1）、连接杆（2）与支座（3）发生相对旋转运动；水压及竖向弹簧（5）伸缩作用下，喷头（1）、连接杆（2）与支座（3）发生相对滑移运动；横向弹簧（42）伸缩作用下，摇臂（43）与支撑轴（41）发生相对旋转运动。

9.权利要求1-8任意一项所述用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统的使用方法，其特征在于：

步骤一：将灌溉水（12）由接口（6）引入立柱（22），而后流入连接杆（2）和喷头（1），通过圆弧形输水管道最终由上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）喷出；

步骤二：喷出过程中通过摇臂（43）绕支撑轴（41）的水平摆动控制连接杆（2）的升降和旋转，具体过程为：自然状态下，立柱上部（221）内套于连接杆（2）的内部，连接杆（2）内壁上的梯形凸块（23a）位于立柱上部（221）外壁的卡槽（24）中，竖向弹簧（5）处于自然伸长状态；当灌溉水（12）以某一流速流入接口（6）后，灌溉水（12）沿立柱上部（221）和连接杆（2）向上输送，连接杆（2）受灌溉水（12）竖直向上的压力作用，沿竖直方向向上滑移，喷头（1）随之亦向上移动，连接杆（2）内壁的上梯形凸块（23a）由卡槽（24）的位置开始上滑，顺着立柱上部（221）外壁的下梯形凸块（23b）竖直向上滑动，此时竖向弹簧（5）处于收缩状态；恒定的水压可使喷头（1）和连接杆（2）短时间内保持静止，连接杆（2）与立柱上部（221）之间产生小距离的悬空，此时，受横向弹簧（42）的弹力作用往复摆动的摇臂（43）可短暂地切割水流，而后摇臂（43）受灌溉水（12）水平分力的作用弹开，在摇臂（43）切割水流的瞬间，处于压缩状态的竖向弹簧（5）受回弹作用使喷头（1）和连接杆（2）向下滑动，通过上梯形凸块（23a）和下梯形凸块（23b）的导向滑动作用，使连接杆（2）的上梯形凸块（23a）滑入立柱上部（221）的卡槽（24）中，从而使立柱上部（221）内套于连接杆（2）的内部；被灌溉水（12）水平分力弹开的摇臂（43）绕支撑轴（41）摆动，将固接在摇臂尾部（432）的横向弹簧（42）拉长，此时横向弹簧（42）产生收缩的弹力，使得摇臂（43）再次切割灌溉水（12）；通过重复上述步骤，可使喷头（1）与连接杆（2）持续进行逆时针方向的旋转灌溉；

步骤三：在摇臂（43）切割水流的过程中，被切割的水流顺着导流槽（14）进入导流口（141），回流至立柱（22）内，与柔性输水管（13）引出的灌溉水（12）一同向上流入连接杆（2）、腹板（111）、翼缘（112）和喷水嘴，保证水源的高效利用；

步骤四：相邻灌溉单元（10）根据其最小射流半径安装于凹凸坡面（11）上，竖向弹簧（5）收缩、回弹1次，可完成逆时针30°的旋转灌溉，每6次收缩、回弹，即可完成一个整圆周的灌溉工作；竖向弹簧（5）以上述收缩、回弹的方式调节喷头（1）高度，并由此改变灌溉水（12）射流半径，从而增大灌溉覆盖区域；

步骤五：根据凹凸坡面（11）凸起高度和下凹深度，现场调试喷头（1）腿部上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）出水射流角度的最佳组合方式，再联合水力驱动的全自动化工作模式，共同消除灌溉死角（9），达到凹凸坡面（11）灌溉100%覆盖。

Images