CN203784432U - 一种无源式农田灌溉自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：主要包括储水箱、增压机构、阀瓣和浮球引导机构；还包括一缓冲支承，包括缓冲板以及安装在缓冲板上的一对支撑柱，该支撑柱由螺纹套管内螺纹连接螺杆组成，螺杆的顶端设置支撑储水箱的支撑块或支撑球。所述储水箱采用全封闭式结构，由储水箱底板与储水箱外壳连接组成；本实用新型的优点在于：利用浮球的升降，进而带动储水箱内阀瓣的动作，实现给排水。在关闭阀瓣时，以浮球为引导，最终利用水压来关闭阀门，灵敏度好，供水量准确，密封效果好，不易渗漏；在浅水量供水需求下依然能够实现良好的密封，水位深浅能够在1-7cm的范围内自由调节，进而方便、灵活适应不同深度的供水需求。

Description

一种无源式农田灌溉自动控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种无源式农田灌溉自动控制装置，特别涉及一种水量调节范围广且灌溉准确的无源式农田灌溉自动控制装置。

背景技术

农业灌溉，主要是指对农业耕作区进行的灌溉作业。农业灌溉方式一般可分为为传统的地面灌溉、普通喷灌以及微灌。传统的地面灌水方法水是从地表面进入田间并借重力和毛细管作用浸润土壤，所以也称为重力灌水法。这种办法是最古老的也是目前应用最广泛、最主要的一种灌水方法，目前在农村，普遍采用淹灌即传统的重力灌溉方式。 

据统计，我国农业灌溉用水量占全国总用水量的百分之八十，稻田灌溉用水量又占农业用水的百分之六十左右，但其利用率仅仅达到30%。因此，农业用水浪费现象非常普遍，其主要原因在于：重力灌溉时，采用人工手动控制排放水，经常会由于忘记关闭而造成了水资源的浪费；也有为了节省时间与人力在出水口筑一个小坝不用人为手动关闭，这样就会出现水会无休止的向外流失而造成水资源的巨大浪费。

后来也出现了部分能够自动灌排水的装置，其利用机械或电气等方式进行水位的检测，进而控制给排水。电气控制进行给排水的控制方式使用时精度高、适用较大范围的水位控制，但对工作的环境要求较高，需要确保正常的供电以及保持传感器的清洁度；而实际农田灌溉的使用环境较差，会影响检测用传感器的正常、准确工作，且用电不方便，因此电气类给排水装置不易推广使用。

而机械控制的给排水装置则不存在上述问题，可适用于较恶劣的工作环境， 例如：申请号 201020235949.7公开了一种农田灌溉用省工节水自动阀，包括控制阀部分和执行机构部分，控制阀部分包括阀杆、阀瓣和阀座，阀座的一侧设有定位套，阀座的底部与进水管连接；执行机构部分包括支撑杆、支撑架、旋转轴、调节套、浮箱和配重，支撑杆的一端固定在定位套内、另一端与调节套连接，调节套上设有调节板，支撑架固定在调节板上，旋转轴的两端均固定在支撑架上，旋转轴的中间顶部连接有控制杆，该控制杆与阀杆固定连接，控制杆的另一端与配重固定连接，控制杆上设有调节板，该调节板上开有多个调节孔，调节板固定在控制杆上，调节板的底部与浮箱连接。其利用浮箱驱动控制杆绕旋转轴转动，进而控制阀瓣与阀座的启闭动作。该方法能够较好的适应不同的 工作环境，且控制不采用电气控制。

但仍然存在一定的缺陷：利用浮箱的浮力来控制阀瓣关闭，关闭时的浮力要求较大，否则极易出现阀瓣关不严的情况，造成泄漏，进而出现连续小流量不间断供水的现象，而稻田灌溉的要求是间歇性供水，以避免稻苗被长时间水淹不通气，因此该问题对于稻田的灌溉造成致命影响；

而若要完全实现关闭，则浮箱需要做得非常大；另外，在进行小水量的供水时，由于液位变化不大，浮力变化不敏感，因此该结构无法准确的实现小水量供水，满足不了水稻浅湿灌溉种植技术的使用。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种水量调节范围广、灌溉准确且结构紧凑、工作可靠的无源式农田灌溉自动控制装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种无源式农田灌溉自动控制装置，其创新点在于：主要包括储水箱、增压机构、阀瓣和浮球引导机构；一储水箱，该储水箱具有一个位于底部的出水口，出水口设置有阀座，还具有一个位于底部或侧壁的进水口；一增压机构，增压机构为一内置于储水箱底部的导流增压罩，该导流增压罩罩在储水箱的出水口上；导流增压罩的顶部具有一个位于出水口正上方的导流增压口；所述导流增压罩内的空间中由导流增压口至出水口之间形成的区域为导流增压区，其余区域为缓冲区；一阀瓣，该阀瓣内置于导流增压罩内，并可与出水口阀座配合实现出水口的完全密封；一根据农田水层深度控制阀瓣动作的浮球引导机构，包括一用于引导阀瓣动作的浮球，以及连接浮球与阀瓣的杠杆组件；该浮球设置在储水箱外，所述浮球位于下限位状态，浮球通过杠杆组件驱动阀瓣移动至导流增压口一侧；浮球位于上限位状态，浮球通过杠杆组件驱动阀瓣与出水口阀座配合封闭出水口。

优选的，还包括一缓冲支承，包括缓冲板以及安装在缓冲板上的一对支撑柱，该支撑柱由螺纹套管内螺纹连接螺杆组成，螺杆的顶端设置支撑储水箱的支撑块或支撑球。

优选的，所述的杠杆组件包括杠杆支架、转轴、阀瓣连接段杠杆、浮球连接段杠杆，一对杠杆支架安装在导流增压罩外的储水箱内，两杠杆支架的顶部之间安装有转轴，阀瓣连接段杠杆的一端与转轴固定，另一端从导流增压口伸入导流增压罩内与阀瓣连接；浮球连接段杠杆的一端与转轴固定，另一端连接浮球。

优选的，所述储水箱采用全封闭式结构，由储水箱底板与储水箱外壳连接组成；转轴由内转轴以及与内转轴两端连接的两外转轴组成；内转轴安装在两杠杆支架之间，并位于储水箱内，内转轴上安装阀瓣连接段杠杆；外转轴的内端从储水箱外部伸入储水箱内与内转轴端部螺纹连接；两外转轴上分别安装一个浮球连接段杠杆。

优选的，所述阀瓣连接段杠杆的一端套装在转轴上，并通过至少一个止定螺钉A连接固定；所诉浮球连接段杠杆的一端套装在转轴上，并通过至少一个止定螺钉B连接固定。

优选的，所述浮球在浮球连接段杠杆上采用高度可调节结构，具体为：包括一调节支架，以及一设置在调节支架正下方的浮球安装架A；两浮球连接段杠杆之间通过调节支架连接固定，浮球安装架A两端安装浮球；调节支架中部套装有一垂直方向的调节螺杆A，调节螺杆A的上端连接调节手柄A，调节螺杆A的下部与浮球安装架A中部螺纹连接，并在浮球安装架A与调节支架之间的一段调节螺杆A上套装复位弹簧；调节支架上还安装有一垂直方向的导向杆，该导向杆下端嵌入浮球安装架A上的导向套内与该导向套滑动配合。

优选的，在浮球安装架A或浮球安装架B上安装刻度尺，该刻度尺的刻度自上而下数值依次增加，刻度尺通过止定螺钉固定在浮球安装架上。

优选的，所述浮球在浮球连接段杠杆上采用高度可调节结构，具体为：包括一浮球安装架B，该浮球安装架B的两端均螺纹连接或通过锁紧螺母连接有一垂直方向的调节螺杆B，该调节螺杆B的上端连接调节手柄B，下端连接浮球。

本实用新型的优点在于：储水箱、增压机构、阀瓣和浮球引导机构

在进行灌溉时，利用农田内的水层深度控制浮球引导机构中浮球的升降，进而带动储水箱内阀瓣的动作，实现给排水。在关闭阀瓣时，利用浮球进行关闭初期的引导，使得阀瓣在杠杆机构的作用下绕转轴转动从盖板下方向出水口移动，当阀瓣接近出水口时，在上方导流增压口水流的作用下，能够将阀瓣迅速压向出水口阀座实现关闭。

因此，本实用新型中无源式农田灌溉自动控制装置在关闭时，以浮球为引导，最终利用水压来关闭阀门，灵敏度好，供水量准确，密封效果好，不易渗漏；在浅水量供水需求下依然能够实现良好的密封，并结合浮球引导机构的浮球高度可进行整体或独立的高度调整，使得其水位深浅能够在1-7cm的范围内自由调节，进而方便、灵活适应不同深度的供水需求。

其供水深度涵盖绝大部分农作物的灌水需求，特别适用于水稻生长不同阶段对水量的不同需求，特别解决了水稻浅湿灌溉种植新技术难以推广的问题；此外，其还能够适用于养殖业、水生蔬菜等其他对供水深度有准确要求的领域。

由于浮球仅仅其引导作用，无需制造较大的浮箱，结构紧凑，体积小；其安装位置不受限制，可适用于农田渠端、田角或路边田埂等位置，且田块大小、高度不受限制。

此外，储水箱采用全封闭式结构，仅在转轴伸出处设置开孔，使得内部组件处于一个封闭的工作环境，可避免外界环境干扰箱体内部组件的正常工作，安全可靠；而同时，转轴可选用内转轴与外转轴组合形式，可在内转轴与杠杆之间增加限位的基础上顺利拆卸，避免直接抽拉转轴等野蛮拆卸造成内部组件机械损坏，提高使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型无源式农田灌溉自动控制装置结构示意图。

图2为本实用新型中导流增压罩与储水箱的底板位置关系图。

图3为本实用新型中导流增压罩俯视图。

图4为图1中沿A-A线剖视图。

图5 为本实用新型中浮球引导机构侧视图。

图6为本实用新型中无源式农田灌溉自动控制装置开启状态图。

具体实施方式

图1示出了本实用新型中无源式农田灌溉自动控制装置一种结构；其主要包括储水箱1、导流增压罩2、阀瓣3和浮球引导机构4。

一储水箱1，储水箱1主要用于临时储存从水源引入的灌溉用水，该储水箱1具有一个位于底部的出水口11，该出水口11通常设置在储水箱1的底板上，即储水箱1的最底端；储水箱1还具有一个位于底部或侧壁的进水口12。出水口11可配备一个可与阀瓣配合提高密封效果的阀座。

水源的灌溉用水通过进水口进入储水箱1，并在箱体内形成具有一定高度的液面，当出水口11打开时，灌溉用水则通过最底部的出水口11排出流入农田。

一增压机构， 该增压机构用于在储水箱关闭时，利用储水箱1内灌溉用水的水压为阀瓣3提供一个向下的压力，以便快速以及更好的压紧出水口11阀座，实现停止供水。增压机构为一内置于储水箱底部的导流增压罩2，该导流增压罩2罩在储水箱的出水口11上。

如图2、3所示，导流增压罩2为一个矩形箱体，该矩形箱体罩于储水箱1的出水口上，导流增压罩2的顶板靠近侧板处开有一个矩形的导流增压口21，矩形导流增压口21的长度方向与矩形箱体的顶板宽度方向相同，且该导流增压口的长度等于矩形箱体的顶板宽度；该矩形导流增压口21位于出水口11正上方，出水口11采用与矩形导流增压口21对应的矩形结构；同样的，导流增压罩2内的空间中由导流增压口21至出水口11之间形成的区域为导流增压区，其余区域为非灌溉用水直接冲击的缓冲区。

一用于与出水口阀座配合实现出水口启闭的阀瓣3，该阀瓣3内置于导流增压罩2内；阀瓣3的结构形状与出水口11及出水口阀座相配。

一根据农田水层深度控制阀瓣动作的浮球引导机构，包括一用于引导阀瓣动作的浮球41，以及连接浮球41与阀瓣3的杠杆组件；杠杆组件包括杠杆支架42、转轴43、阀瓣连接段杠杆44、浮球连接段杠杆45，一对杠杆支架42安装在导流增压罩2外的储水箱1内，两杠杆支架42的顶部之间安装有转轴43，阀瓣连接段杠杆44的一端与转轴43固定，另一端从导流增压口21伸入导流增压罩2内与阀瓣3连接；浮球连接段杠杆45的一端与转轴43固定，另一端连接浮球41。

该浮球41设置在储水箱1外，浮球41位于下限位状态，浮球41通过杠杆组件驱动阀瓣移动至缓冲区；浮球41位于上限位状态，浮球41通过杠杆组件驱动阀瓣3与出水口阀座配合封闭出水口11。

作为本实用新型更具体的实施方式：

如图4所示，储水箱1采用全封闭式结构的箱体，由储水箱底板与储水箱外壳连接组成；转轴43由内转轴431以及与内转轴431两端连接的两外转轴432组成；内转轴431安装在两杠杆支架42之间，并位于储水箱1内，内转轴431上安装阀瓣连接段杠杆44；外转轴432的内端从储水箱1外部伸入储水箱1内与内转轴431端部螺纹连接；两外转轴432上分别安装一个浮球连接段杠杆45。

封闭式储水箱1与转轴43配合，使得储水箱1仅仅在外转轴432伸入储水箱1的部分开有两个小圆孔，形成真正的封闭式结构，完全避免外界环境的影响。同时，其在内转轴431与杠杆支架42的衔接处设置限位46，使得转轴43无法从箱体外直接抽拉出来进行拆卸，避免因好奇等原因直接野蛮拆卸造成内部组件的损坏。

另外，为方便进行装置的调整，阀瓣连接段杠杆44的一端套装在转轴43上，并通过至少一个止定螺钉A441连接固定；浮球连接段杠杆的一端套装在转轴上，并通过至少一个止定螺钉B451连接固定。

如图5所示，同时，浮球41在浮球连接段杠杆45上采用高度可调节结构A，具体为：包括一调节支架452，以及一设置在调节支架452正下方的浮球安装架A453；两浮球连接段杠杆45之间通过调节支架452连接固定，浮球安装架A453两端安装浮球41；调节支架452中部套装有一垂直方向的调节螺杆A454，调节螺杆A454的上端连接调节手柄A455，调节螺杆A455的下部与浮球安装架A453中部螺纹连接，并在浮球安装架A453与调节支架452之间的一段调节螺杆A上套装复位弹簧456；调节支架452上还安装有一垂直方向的导向杆457，该导向杆457下端嵌入浮球安装架A453上的导向套内与该导向套滑动配合。

浮球在浮球连接段杠杆上采用高度可调节结构B，具体为：包括一浮球安装架B，该浮球安装架B的两端均螺纹连接或通过锁紧螺母连接有一垂直方向的调节螺杆B458，该调节螺杆B458的上端连接调节手柄B459，下端连接浮球41。

上述的高度可调节结构A与高度可调节结构B在本实施例中同时采用，浮球安装架A与浮球安装架B为同一个浮球安装架。

为提高浮球引导机构的控制精度，调节手柄A、调节手柄B选用对称式手柄或者手轮或者球形体，避免重心变化造成浮球引导机构控制偏差。

此外，还可在浮球或者与浮球安装架上安装便于指示浮球相对位置的刻度，同时在农田上适宜位置为该刻度配备相应的刻度指针。也可直接在浮球安装架A453上安装刻度尺5，该刻度尺5的刻度自上而下数值依次增加，且为了调节方便，刻度尺5通过止定螺钉固定在浮球安装架上。

为提高浮球引导机构的控制准确度，导流增压罩2的底部具有一个与储水箱1连通的泄压孔A，同时储水箱1的进水口12位于储水箱1的最底部，若进水口12采用的进水管伸入储水箱1内，则在进水管伸入储水箱1的部分底部钻连通储水箱1与进水管的泄压孔B。以使得水渠等水源的水位下降后，使储水箱1及导流增压罩2内的水完全排除，避免阀瓣顶部有水压而不能使阀瓣全部开启。

为了方便安装，本专利的自动控制装置还配备一缓冲支承，包括缓冲板61以及安装在缓冲板61上的一对支撑柱：缓冲板61是防止水流向下将泥土冲走；支撑柱由螺纹套管62内螺纹连接螺杆63组成，螺杆63的顶端设置支撑储水箱1的支撑块或支撑球64。通过一对支撑球64与进水管的三点支承来固定放置储水箱1。

工作原理：

使用前，将本实用新型的无源式农田灌溉自动控制装置安装在农田的适宜位置；根据稻田该阶段生长对水量的需求，调整浮球至适宜的位置。

安装要求：①准备图纸，根据图纸进行安装；②在箱体的下方挖一个方池，具体要求在关闭状态下：方池的边缘与球保持3-5厘米间隙，方池的深度为13厘米；③箱体上部纵横方向要调成水平状态（用水平尺找正）。

给水状态：

如图6所示，由于农田内水位高度低于浮球位置或者不足以抬升起浮球，杠杆组件绕转轴向浮球侧转动偏移，使得阀瓣被抬起（阀瓣抬起的极限位置是以阀瓣的前边碰到增压罩顶部的橡皮为限），远离出水口，并离开导流增压区进入缓冲区。

水源提供的灌溉用水通过进水口进入储水箱内，并从导流增压口进入导流增压罩中，再通过出水口排入农田，实现灌溉；在给水的同时，由于阀瓣位于缓冲区，避免水流的冲刷将阀瓣压向出水口阀座而提前关闭使得出水口一直保持的开启状态。

关闭状态：

当农田内水位逐渐升高至一定高度后，浮球被抬起，通过杠杆组件引导另一端的阀瓣绕转轴转动并下降，阀瓣以较慢的速度从缓冲区向导流增压区移动，在导流增压区水流的冲击下，阀瓣被快速压向出水口，进而与出水口阀座配合实现出水口的封闭；封闭后，阀瓣在水压作用下保持紧贴出水口阀座的状态。能快速关闭的另一个原因是水流方向与阀瓣关闭方向是同向加之浮球支架以轴为界的上半部力矩大于下半部力矩。

拆卸状态：

在需要打开储水箱检修、维护时，首先需要拆卸外转轴，使得外转轴从内转轴上脱离并抽出；再将储水箱外壳从储水箱底板上拆卸，即可进行内部检修。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

本实用新型已在农田里经过三个多月的使用，它的各项性能和技术数据均达到设计要求。

本实用新型具有下述几点使用价值：①能大量的节水节能；②节水灌溉必然使水稻获得优质高产；③因它基本代替了人的劳动，节省了大量的农村劳动力；④因精确汪水灌溉喷药过后的水层原地消失，毒水不外流无污染；⑤精确灌溉能提高化肥的使用效果；⑥它是不耗任何能源能永久工作的“永动机”，用户无能源负担；⑦价廉，推广性强；⑧使用安装都很简单，水稻成熟前就可以将装置拆卸，不与农机作业相冲突。

Claims (8)

1.一种无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：主要包括储水箱、增压机构、阀瓣和浮球引导机构；

一储水箱，该储水箱具有一个位于底部的出水口，出水口设置有阀座，还具有一个位于底部或侧壁的进水口；

一增压机构，增压机构为一内置于储水箱底部的导流增压罩，该导流增压罩罩在储水箱的出水口上；导流增压罩的顶部具有一个位于出水口正上方的导流增压口；所述导流增压罩内的空间中由导流增压口至出水口之间形成的区域为导流增压区，其余区域为缓冲区；

一阀瓣，该阀瓣内置于导流增压罩内，并可与出水口阀座配合实现出水口的完全密封；

一根据农田水层深度控制阀瓣动作的浮球引导机构，包括一用于引导阀瓣动作的浮球，以及连接浮球与阀瓣的杠杆组件；该浮球设置在储水箱外，所述浮球位于下限位状态，浮球通过杠杆组件驱动阀瓣移动至导流增压口一侧；浮球位于上限位状态，浮球通过杠杆组件驱动阀瓣与出水口阀座配合封闭出水口。

2.根据权利要求1所述的无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：还包括一缓冲支承，包括缓冲板以及安装在缓冲板上的一对支撑柱，该支撑柱由螺纹套管内螺纹连接螺杆组成，螺杆的顶端设置支撑储水箱的支撑块或支撑球。

3.根据权利要求1所述的无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：所述的杠杆组件包括杠杆支架、转轴、阀瓣连接段杠杆、浮球连接段杠杆，一对杠杆支架安装在导流增压罩外的储水箱内，两杠杆支架的顶部之间安装有转轴，阀瓣连接段杠杆的一端与转轴固定，另一端从导流增压口伸入导流增压罩内与阀瓣连接；浮球连接段杠杆的一端与转轴固定，另一端连接浮球。

4.根据权利要求3所述的无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：所述储水箱采用全封闭式结构，由储水箱底板与储水箱外壳连接组成；转轴由内转轴以及与内转轴两端连接的两外转轴组成；内转轴安装在两杠杆支架之间，并位于储水箱内，内转轴上安装阀瓣连接段杠杆；外转轴的内端从储水箱外部伸入储水箱内与内转轴端部螺纹连接；两外转轴上分别安装一个浮球连接段杠杆。

5.根据权利要求3或4所述的无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：所述阀瓣连接段杠杆的一端套装在转轴上，并通过至少一个止定螺钉A连接固定；所诉浮球连接段杠杆的一端套装在转轴上，并通过至少一个止定螺钉B连接固定。

6.根据权利要求3所述的无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：所述浮球在浮球连接段杠杆上采用高度可调节结构，具体为：包括一调节支架，以及一设置在调节支架正下方的浮球安装架A；

两浮球连接段杠杆之间通过调节支架连接固定，浮球安装架A两端安装浮球；

调节支架中部套装有一垂直方向的调节螺杆A，调节螺杆A的上端连接调节手柄A，调节螺杆A的下部与浮球安装架A中部螺纹连接，并在浮球安装架A与调节支架之间的一段调节螺杆A上套装复位弹簧；

调节支架上还安装有一垂直方向的导向杆，该导向杆下端嵌入浮球安装架A上的导向套内与该导向套滑动配合。

7.根据权利要求6所述的无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：在浮球安装架A或浮球安装架B上安装刻度尺，该刻度尺的刻度自上而下数值依次增加，刻度尺通过止定螺钉固定在浮球安装架上。

8.根据权利要求3所述的无源式农田灌溉自动控制装置，其特征在于：所述浮球在浮球连接段杠杆上采用高度可调节结构，具体为：包括一浮球安装架B，该浮球安装架B的两端均螺纹连接或通过锁紧螺母连接有一垂直方向的调节螺杆B，该调节螺杆B的上端连接调节手柄B，下端连接浮球。