謝超，吳鈺，蘇學(xué)昌，孫愷

（1.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇 南京 210029；2.江蘇省東臺市堤東灌區(qū)管理處，江蘇鹽城 224200）

農(nóng)業(yè)是立國之本，強國之基，而水是農(nóng)作物生長不可或缺的資源，采用先進的灌溉設(shè)備可節(jié)約水資源，優(yōu)化澆灌效率，提高農(nóng)業(yè)用水效益。因此，灌溉采用合適的設(shè)備尤為重要。由于小范圍移動灌溉靈活度高于高架式灌溉，目前有不少學(xué)者就小范圍灌溉設(shè)備開展研究。

1 小范圍灌溉設(shè)備研究進展

在中國農(nóng)業(yè)發(fā)展進程中，灌溉設(shè)備在雨水稀缺地區(qū)扮演著關(guān)鍵角色，因此深入研究高效的灌溉設(shè)備對我國農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，學(xué)術(shù)界對小型灌溉設(shè)備進行了廣泛研究?？偟膩碚f，目前具有的小范圍灌溉設(shè)備沒有充分利用水的動能，且需要多次移動設(shè)備，灌溉效率相對較低。

隨著水資源問題的不斷加劇，提高用水效率成為構(gòu)建節(jié)水型社會的根本要求[3]。為解決這一問題，本文通過改進常規(guī)灌溉設(shè)備的管道展開裝置，充分利用水的動能帶動設(shè)備移動展開管道進行澆灌，單路灌溉結(jié)束后無需退回設(shè)備再轉(zhuǎn)向，收回管道移動農(nóng)機即可換路噴灌，從而提高灌溉效率。

2 移動式農(nóng)田水利高效灌溉設(shè)備及使用方法

2.1 灌溉設(shè)備

本文提出的移動式農(nóng)田水利高效灌溉設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。該設(shè)備主要包括機座、水動噴射機、收管器、小車、噴灑管、第一液壓桿、托盤以及加固桿。設(shè)計的具體要點包括第一液壓桿的一對設(shè)置，其上端均穩(wěn)固連接于機座，下端與托盤緊固連接；收管器通過與機座、托盤連接從而完成固定，其上部安裝在機座上，采用滑動安裝的方式便于裝卸操作，其下端牢固連接于托盤；收管器與水洞噴射機之間的管道承擔(dān)了兩者的連接作用，水動噴射機外部配備小車，小車則設(shè)有一對結(jié)構(gòu)；噴灑管采用可靠、牢固的方式安裝在小車的上端，并通過管道連接水動噴射機，同時經(jīng)由管道與收管器的運作產(chǎn)生聯(lián)系。小車運作時其機座對其性能穩(wěn)定性有較大影響，為提升小車的穩(wěn)定性使其適應(yīng)復(fù)雜地形，在機座的上部內(nèi)角處固定連接成對設(shè)置的加固桿以提升該部分的穩(wěn)定性。

這一設(shè)備結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性在于通過精心設(shè)計的布局和巧妙的連接方式，實現(xiàn)了各組件之間的高效協(xié)同作業(yè)，從而顯著提高了整體的穩(wěn)定性和性能。圖1的示意圖清晰地呈現(xiàn)了各部件之間的相互關(guān)系，為該移動式農(nóng)田水利灌溉設(shè)備的設(shè)計與實施提供了參考。

圖2 展示了移動式農(nóng)田水利高效灌溉設(shè)備中水動噴射機的切分結(jié)構(gòu)示意圖。水動噴射機通過關(guān)鍵組成部分保證其高效、平穩(wěn)運行，該部分主要由導(dǎo)水殼、噴嘴、渦輪、轉(zhuǎn)桿和齒輪等組成，其中與小車連接的齒輪主要實現(xiàn)傳動功能。當(dāng)水源通向收管器時，水通過導(dǎo)水殼流經(jīng)渦輪，隨后通過噴嘴向小車外部途經(jīng)的農(nóng)田進行噴射，進而完成灌溉。在此過程中，水的作用驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，進而通過渦輪的轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)桿。通過齒輪的傳動，轉(zhuǎn)動桿進一步引發(fā)小車向前移動。在移動過程中，水動噴射機與噴灑管共同進行灌溉，有效提升了整個灌溉過程中的能源利用率。

圖2 灌溉設(shè)備水動噴射機切分結(jié)構(gòu)示意圖

灌溉設(shè)備水動噴射機外部配備一對小車，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。小車的構(gòu)成元素包括車架、車輪、連接塊和減速齒輪。車輪對稱旋轉(zhuǎn)安裝在車架的下部，連接塊下部固定連接于導(dǎo)水殼，減速齒輪的上端與水動噴射機上的齒輪嚙合，同時與其中一個車輪固定連接。噴射機上的齒輪推動減速齒輪旋轉(zhuǎn)，減速齒輪通過增加力道使車輪旋轉(zhuǎn)，從而便于小車牽引管道的移動。

圖3 固化裝置雙向攪拌機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

灌溉設(shè)備的收管器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示。該收管器由收管座、連接座、第二液壓桿、減速電機、伸縮桿、滑柱和接管嘴組成，其中，收管座、伸縮桿、第二液壓桿、減速電機和接管嘴等元件以對稱的方式布局。

圖4 灌溉設(shè)備收管器結(jié)構(gòu)示意圖

在具體構(gòu)造方面，連接座的下端穩(wěn)固連接在托盤上，第二液壓桿連接在連接座的兩側(cè)，呈對稱式分布，其帶動減速電機實現(xiàn)向外伸出和收起的往復(fù)運動，在此基礎(chǔ)上，收管座可進行規(guī)律轉(zhuǎn)動，進而以穩(wěn)定的速率將管道收入到收管座內(nèi)。為了進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了伸縮桿對稱設(shè)置成三對的設(shè)計，一端固定在減速電機上，而另一端則通過牢固的安裝方式與連接座相連。減速電機通過伸縮桿保證其安全運作閾值，進而顯著提升其進行伸出或收起運動的范圍，而收管座也因為伸縮桿的牢固連接，提升了其完成伸出或收起工作中的整體穩(wěn)定性。收管座的外側(cè)與接管嘴之間采用旋轉(zhuǎn)密封方式進行連接，接管嘴的一側(cè)連接外部供水管道，其另一側(cè)則采用轉(zhuǎn)動連接的方式與收管座相連。這一設(shè)計有效防止了收管座過度扭曲外部供水管道，從而確保與其相連的外部供水管道以穩(wěn)定狀態(tài)運作。另外，為使得連接座在上升或下降過程中均能穩(wěn)定運行，在連接座的上端采用牢固的安裝方法連接一滑柱，在滑柱的引導(dǎo)、緩沖作用下，連接座能夠平穩(wěn)地進行上下移動，使得系統(tǒng)在上升或下降過程中的穩(wěn)定性得到進一步提升。

灌溉設(shè)備的噴灑管結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示。該灌溉設(shè)備的噴灑系統(tǒng)主要由管形柱和噴水管兩部分構(gòu)成。管形柱被牢固連接在車架的上端，其下端接口與管道相連接。水源通過管道，經(jīng)由管形柱導(dǎo)入噴水管。為確保噴灑效果，噴水管的下部設(shè)置了多個小孔，通過這些小孔向下方噴水，以便有效澆灌兩個小車之間縫隙處的田地。

圖5 灌溉設(shè)備噴灑管結(jié)構(gòu)示意圖

這一設(shè)計在噴灑系統(tǒng)中實現(xiàn)了水資源的有效利用，通過噴水管中的小孔實現(xiàn)定向澆灌，提高了水分利用效率。圖5 展示了噴灑管的結(jié)構(gòu)特點，為灌溉設(shè)備的設(shè)計和使用提供了清晰的參考。

2.2 使用方法

本文提出的移動式農(nóng)田水利高效灌溉設(shè)備的操作方法簡單、方便，具體分為如下三個步驟。

1）準(zhǔn)備階段。首先，在準(zhǔn)備階段，將機座牢固地安裝在目標(biāo)農(nóng)機上。通過第一液壓桿對托盤的高度進行調(diào)整，直至托盤與地面完全接觸。同時，通過接管嘴將外接水管與收管座連接，確保外部水源與灌溉系統(tǒng)的銜接。

2）澆灌階段。在澆灌階段，啟動收管器的水源，使水流通過接管嘴進入收管器的水管。其中，一部分水流經(jīng)渦輪穿過噴嘴進行灌溉，水流驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，推動轉(zhuǎn)桿和齒輪，進而驅(qū)動機小車向前移動。另一部分水流通過管形柱引入噴水管，在移動過程中，水動噴射機和噴灑管沿途進行灌溉。

3）收卷管道階段。完成單次灌溉后，通過啟動收管器，實現(xiàn)對管道的收卷。這一過程使得噴灑管被輕松拖回。若需要移至下一灌溉位置，只需直接啟動農(nóng)機，移動到目標(biāo)灌溉區(qū)域，避免頻繁切換農(nóng)機工作方向，提高了操作的便捷性。

3 結(jié)論

1）本研究提出了一種高效的創(chuàng)新型移動式農(nóng)田水利灌溉設(shè)備。該設(shè)備在灌溉過程中通過收管器連通水源，利用渦輪傳輸水流并通過噴嘴向外噴射，充分發(fā)揮水動能，推動渦輪和轉(zhuǎn)桿運轉(zhuǎn)，并通過齒輪傳動實現(xiàn)小車向前移動。在移動的同時，水動噴射機和噴灑管沿途進行精準(zhǔn)澆灌，特別適用于較短路徑的掃描式噴射。這一設(shè)計有效減少了灌溉過程中的能源耗費。單次灌溉完成后，智能化的收管器迅速收卷噴灑管，簡便易行地將噴灑管道拖回。農(nóng)機移動到下一路時，無需方向切換，直接啟動農(nóng)機，極大提高了整體灌溉效率。

2）在設(shè)備的運行過程中，第二液壓桿的作用使得減速電機能夠?qū)崿F(xiàn)向外伸出和收起的往復(fù)運動。同時，減速電機通過帶動收管座的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)管道卷起，確保了管道均勻收入到收管座內(nèi)。這一設(shè)計簡化了設(shè)備的操作步驟，提高了設(shè)備的可控性和穩(wěn)定性。

3）運用齒輪傳動機制，減速齒輪的轉(zhuǎn)動被齒輪帶動，通過增加力道實現(xiàn)減速，進而帶動小車輪的旋轉(zhuǎn)。這一機制使得小車能夠輕松拖動噴灑管道進行移動。通過這一簡捷而高效的設(shè)計，大幅提升了小車在灌溉設(shè)備運行中的機動性，進一步提高了整個系統(tǒng)的操作效率