CN111727855B - 一种节水型农业灌溉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节水型农业灌溉装置，涉及农业灌溉技术领域，其包括动力装置和滑动喷灌装置；滑动喷灌装置包括倾斜滑轨和装有喷灌支管的小车，动力装置包括可滑动的承载平台，承载平台上可转动的设置有卷筒a和卷筒b，卷筒a和卷筒b上分别缠绕有钢丝绳和抗拉管，钢丝绳一端和抗拉管一端分别与小车两端连接，抗拉管还与喷灌支管连通可引导水流实施灌溉，卷筒a和卷筒b同步转动可实现小车的准确定位，其同时承载平台可步进一段距离，保证传动的稳定性和小车定位的精确性，从而有利于实现坡地合理灌溉，节约水资源。

Description

一种节水型农业灌溉装置

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术领域，具体为一种节水型农业灌溉装置。

背景技术

灌溉，即用水浇地，以给农作物补充充足的水分，保证农作物正常生长，实现土地高产稳产。传统的灌溉方式以漫灌为主，其主要是在田地周围挖掘沟渠或垄沟，沟渠中的水漫出，顺着垄沟或苗床边沿流入田地，以完成对农作物的灌溉。这种灌溉方式极为浪费水资源，由该灌溉过程也可看出，在沟渠或垄沟周边的土地灌水量大，而远离沟渠或垄沟的地方灌水量少，灌溉过程极为不均，难以实现整片田地作物的合理灌溉，同时，漫灌的方式容易造成地下水位抬高，使土壤盐碱化，不利于作物的正常生产。

目前，为减少水资源浪费，实现对作物的合理灌溉，已发展出喷灌的灌溉形式。其是以固定或移动式的喷灌装置实现一定区域土地的喷水灌溉，然而，其在对某一区域土地进行灌溉时，通常通过均匀喷水的方式来实现灌溉的均匀。这种灌溉方式在平整的土地上使用时，能从理论上保证农作物的受水均匀，而在具有坡度的土地上使用时，会有部分用于喷灌高位置作物的水顺着坡度流下，参与低位置作物的灌溉，这明显会出现农作物受水不均匀的情况。

现有技术中的粗放式灌溉方式，并不能保证作物得到合理的灌溉，也极易造成水资源的浪费。而现有的固定式喷灌设备中的大量喷头分散且固定设置于田地里，若需要对每个喷头的灌水量和灌水时间进行区别控制，布线连通控制极为不便，需要极为复杂的控制***；现有的移动式喷灌设备通常为地面行走式，其行走过程受地面平整度影响较大，而一般坡地各区段坡度并不规则，这些移动式喷灌设备无法在坡地上使用。另外，若想要实现对灌溉过程的精确控制，在移动式灌溉设备结构上，需要特别重视灌溉喷头位置的精确控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节水型农业灌溉方法及灌溉***，其应用于坡地农田的灌溉，可以减少水资源浪费，通过准确的控制，实现对作物的合理灌溉。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种节水型农业灌溉装置，包括动力装置和滑动喷灌装置；

所述滑动喷灌装置包括滑轨和小车，所述滑轨倾斜设置，所述小车可滑动的设置于所述滑轨上，所述滑轨的顶端设置有定滑轮a和定滑轮b，所述滑轨的底端设置有定滑轮b，所述小车上设置有若干喷灌支管；

所述动力装置包括承载平台、齿条和若干地轨，所述齿条和若干所述地轨平行设置，所述地轨固定设置于所述滑轨顶端下方的地面上，所述承载平台可滑动的设置于所述地轨上；

所述承载平台上可转动的设置有卷筒a和卷筒b，所述卷筒a和卷筒b的大小相同，所述卷筒a和卷筒b并排设置，所述卷筒a上缠绕有钢丝绳，所述钢丝绳的一端与所述卷筒a固定连接，所述钢丝绳的另一端绕过所述定滑轮a与所述小车位置较高的一端固定连接，所述卷筒b上缠绕有抗拉管，所述卷筒b的轴心固定穿设有支撑管，所述支撑管的一端封闭，所述抗拉管的一端与所述卷筒b固定连接并与所述支撑管靠近其封闭的一端内部连通，所述抗拉管的另一端依次绕过所述滑轨顶端的定滑轮b和所述滑轨底端的定滑轮b后与所述小车位置较低的一端固定连接，所述抗拉管与若干所述喷灌支管均连通，所述钢丝绳在所述卷筒a上的缠绕旋向与所述抗拉管在所述卷筒b上的缠绕旋向相同，所述钢丝绳在所述卷筒a上的固定端远离所述抗拉管在所述卷筒b上的固定端设置；

所述卷筒a的中心固定穿设有卷筒轴，所述卷筒轴的一端固定套接有同步带轮a，所述支撑管的封闭端固定套接有同步带轮b，所述同步带轮a和同步带轮b通过同步皮带传动连接；

所述承载平台上固定设置有电机和减速机，所述电机的输出轴上固定套接有单齿齿轮，所述单齿齿轮与所述齿条啮合，所述电机的输出轴端部与所述减速机的输入端固定连接，所述减速机的输出端与所述卷筒轴的一端固定连接；

所述承载平台上固定设置有水泵，所述水泵的吸水口与外界水源连通，所述水泵的出水口与所述支撑管的开口端通过管路和动密封连通。

进一步的，所述减速机选用涡轮蜗杆减速机。

进一步的，所述滑轨包括两个平行设置的矩形框板，所述小车包括多通管，所述多通管包括一端封闭的主管道，所述抗拉管的一端与所述主管道的开口端固定连接，所述抗拉管与所述主管道连通，所述钢丝绳的一端与所述主管道的封闭端固定连接；

所述主管道的两侧对称连通设置有若干分支管道，所述分支管道的另一端连通连接有所述喷灌支管；

所述分支管道上通过轴承套接有车轮，所述车轮可滚动的设置于所述矩形框板的矩形框内。

进一步的，所述喷灌支管为一端封闭的结构，所述喷灌支管的开口端与所述分支管道连通，所述喷灌支管的侧壁上连通设置有若干喷嘴。

进一步的，所述喷嘴与所述喷灌支管之间设置有流量控制阀a和流量计a，所述多通管上固定连接有控制盒，所述控制盒内设置有控制器a和无线通讯模块a，所述控制器a分别与所述流量控制阀a、流量计a和无线通讯模块a电联；

所述水泵和所述支撑管之间的管路上设置有流量控制阀b和流量计b，还包括控制器b、无线通讯模块b和计数器，所述计数器用于检测卷筒a的旋转圈数，所述控制器b分别与所述流量控制阀b、流量计b、无线通讯模块b、电机和水泵电联；

所述无线通讯模块a和无线通讯模块b通讯连接。

本发明的有益效果是：

本发明一种节水型农业灌溉装置，采用架空设置的喷灌装置进行灌溉，其可应用于山坡田地灌溉的使用环境，且结构和控制均相对简单。该***主要由动力装置和滑动喷灌装置构成，滑动喷灌装置包括滑轨和搭载有喷灌支管的小车，动力装置包括缠绕有钢丝绳的卷筒a和缠绕有抗拉管的卷筒b，钢丝绳的一端和抗拉管的一端分别与小车两端连接，卷筒a和卷筒b大小相同且同步转动，钢丝绳、抗拉管和小车共同构成一个闭环的绳索***，可以实现小车位置的精确控制。抗拉管与小车上的喷灌支管连通，通过设置水泵泵水，实现灌溉过程。该***还设置有相啮合的齿条和单齿齿轮，卷筒a和卷筒b均可转动的设置在承载平台上，在卷筒a和卷筒b转动时，电机通过单齿齿轮与齿条的作用，带动整个承载平台步进，可避免钢丝绳和抗拉管斜拉小车，保证传动的稳定性，同时根据卷筒a或卷筒b转动的圈数直接判定小车的位移，实现小车位置即灌溉位置的精确控制。

附图说明

图1为本发明一种节水型农业灌溉装置的总体结构示意图；

图2为本发明一种节水型农业灌溉装置中动力装置的结构示意图；

图3为本发明一种节水型农业灌溉装置中动力装置另一方向的结构示意图；

图4为本发明一种节水型农业灌溉装置中动力装置与滑动喷灌装置的连接结构示意图；

图5为图1中A部的放大结构示意图；

图6为滑动喷灌装置中小车的结构示意图；

图7为滑动喷灌装置中喷灌支管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

在实际的农业生产活动中，田地地势通常不平整，有些作物种植在山坡上，在对这些作物进行灌溉时，部分水流会顺着山坡流下，使得坡顶与坡地的作物受水并不均匀。而在实际操作中，农民通常会选择过量灌溉，以确保作物均补充充足的水，这造成了水资源的大量浪费，同时因受水不均匀，造成有的地方水多，有的地方水少，而在山坡环境，坡底的田地往往受水更多，这容易造成该区域土地的盐碱化，不利于作物的正常生长。

对于此类问题，一种有效的灌溉方法是在坡地灌溉区由上至下进行灌溉，在灌溉区供水端实时监测灌溉供水量，在灌溉区底部设置汇流槽并实时监测汇流槽内灌溉尾水量，以监测到的灌溉供水量减去灌溉尾水量得到灌溉区的实际实时受水量，参照作物优选的灌溉技术指标值(依据作物的种类，土壤的类型，以及温度、日照、湿度等气象环境根据理论计算或实验经验得出的作物最优灌溉时长及灌溉水量等)，可通过该实际实时受水量动态控制灌溉区供水端的供水流量，从而实现合理的灌溉，达到节约水资源的目的。在实际操作时，按等高线将整片作物种植区分割成若干灌溉区，在每个灌溉区底部挖掘沟梗汇流尾水，按照上述方法可对每个灌溉区施行较为精确的灌溉。汇流的尾水顺着沟梗引导排出田地外，不会对其下方的灌溉区产生影响，使得各灌溉区均能准确的控制灌溉量，实现土地的高产、稳产。

上述精确灌溉方法对灌溉装置的控制要求较高，而现有技术中喷灌设施主体又分为固定式和移动式两类。其中，固定式喷灌设施分布在农田各处，其大面积设置，若想实现灌区灌溉的准确控制，需要对每个喷灌设施加装控制元件。然而固定式喷灌设施分布极为分散，加装的控制元件布线极为麻烦，且控制极为复杂。而现有的移动式喷灌设备通常为地面行走式，其行走过程受地面平整度影响较大，而一般坡地各区段坡度并不规则，这些移动式喷灌设备无法在坡地上使用，并且在进行农业灌溉时，需要保证灌溉设备的位置控制准确，才能实现合理的灌溉过程。

为解决上述问题，本发明提供一种节水型农业灌溉装置，其结构如图1至图7所示。

如图1所示，该用于坡地的农业灌溉***包括动力装置100和滑动喷灌装置200。滑动喷灌装置200包括滑轨210和小车220，滑轨210倾斜设置，通过支柱架空设置于山坡上方。小车220可滑动的设置于滑轨210上，滑轨210的顶端设置有定滑轮a和定滑轮b，滑轨210的底端设置有定滑轮b，小车220上设置有若干喷灌支管230。

如图2至图4所示，动力装置100包括承载平台110、齿条112和若干地轨111。齿条112和若干地轨111平行设置，地轨111固定设置于滑轨210顶端下方的地面上，承载平台110可滑动的设置于地轨111上。承载平台110上可转动的设置有卷筒a120和卷筒b130，卷筒a120和卷筒b130的大小相同，卷筒a120和卷筒b130并排设置，卷筒a120上缠绕有钢丝绳121，钢丝绳121的一端与卷筒a120固定连接，钢丝绳121的另一端绕过定滑轮a与小车220位置较高的一端固定连接，卷筒b130上缠绕有抗拉管131，卷筒b130的轴心固定穿设有支撑管132，支撑管132的一端封闭，抗拉管131的一端与卷筒b130固定连接并与支撑管132靠近其封闭的一端内部连通，抗拉管131的另一端依次绕过滑轨210顶端的定滑轮b和滑轨210底端的定滑轮b后与小车220位置较低的一端固定连接，抗拉管131与若干喷灌支管230均连通，钢丝绳121在卷筒a120上的缠绕旋向与抗拉管131在卷筒b130上的缠绕旋向相同，钢丝绳121在卷筒a120上的固定端远离抗拉管131在卷筒b130上的固定端设置。卷筒a120的中心固定穿设有卷筒轴122，卷筒轴122的一端固定套接有同步带轮a123，支撑管132的封闭端固定套接有同步带轮b133，同步带轮a123和同步带轮b133通过同步皮带传动连接。承载平台110上固定设置有电机140和减速机142，电机140的输出轴上固定套接有单齿齿轮141，单齿齿轮141与齿条112啮合，电机140的输出轴端部与减速机142的输入端固定连接，减速机142的输出端与卷筒轴122的一端固定连接。

承载平台110上固定设置有水泵150，水泵150的吸水口与外界水源连通，水泵150的出水口与支撑管132的开口端通过管路和动密封连通。

当水泵150工作时，其抽取的水由其出水口泵入支撑管132内，因抗拉管131的一端与卷筒b130固定连接并与支撑管132靠近其封闭的一端内部连通，水流继续泵入抗拉管131内，同时因抗拉管131的另一端与若干喷灌支管230均连通，水流通过喷灌支管230喷出，实现对其下方的灌区的灌溉过程。

当电机140转动时，其输出轴经减速机142带动同步带轮a123转动，在同步皮带的作用下同步带轮b133同步转动，此时卷筒a120和卷筒b130同步转动且旋转方向相同，此时卷筒a120上的钢丝绳121和卷筒b130上的抗拉管131两者之间，一个收卷，另一个放卷；同时因卷筒a120和卷筒b130的外径相同，上述收卷和放卷过程同步进行，而在该收卷和放卷过程中，实现了拉动小车220在滑轨210上滑动，以对山坡各区域的灌区进行灌溉。该设置中，钢丝绳121、抗拉管131和小车220实质上构成了一个封闭的绳索环，在钢丝绳121和抗拉管131处于绷直状态下，可以实现小车220位置的精确控制。若位置控制不精确，在实施喷灌时，相邻两个灌区会有部分区域重复喷灌，造成该区域过量灌水，浪费水资源；或者相邻两个灌区之间存在喷灌真空区，造成该区域的作物无法受水，影响作物生长。为实现小车220位置的准确控制，虽然也可以采用链条构成链传动闭环，但其安装位置处于高空，且露天设置，链条极易锈蚀，使用寿命短，维护极为不便。本方案在实施时，小车220位于倾斜的滑轨210上，其上行时需要由钢丝绳121提供上升的拉力，而下行时主要是小车自身重力作用下滑，故而抗拉管131需要提供的拉力很少，现有的抗拉管131完全满足使用的要求。

在上述电机140带动卷筒a120和卷筒b130同步转动的过程中，其输出轴带动单齿齿轮141转动。该单齿齿轮141是只有一个齿的齿轮，其与固定的齿条112啮合，当电机140转动一圈，单齿齿轮141的齿拨动一次齿条112，可带动承载平台110步进一段距离。通过对减速机142的速比进行合理设计，可以实现卷筒a120和卷筒b130同步转动动作与承载平台110步进动作相同步，使得抗拉管131始终正对滑轨210顶端的定滑轮b位置，钢丝绳121始终正对定滑轮a的位置。该设置，一方面可避免抗拉管131和钢丝绳121斜拉，保证抗拉管131和钢丝绳121收放卷过程的安全稳定；另一方面小车220的位移量始终与抗拉管131、钢丝绳121的收放卷长度一致，通过记录卷筒a120或卷筒b130的转动圈数可以直接得出小车220的位移量，实现小车220位置的精确控制。

进一步的，上述减速机142选用涡轮蜗杆减速机，可充分利用其自锁性能，实现卷筒a120和卷筒b130的制动，避免小车220在自重作用下滑动。

具体实施时，如图5至图7所示，滑轨210包括两个平行设置的矩形框板211，小车220包括多通管221，多通管221包括一端封闭的主管道2211，主管道2211的两侧对称连通设置有若干分支管道2212。该多通管221可以通过不锈钢管直接焊接制成，分支管道2212的数量可根据实际灌溉需要设置，分支管道2212上通过轴承套接有车轮223，车轮223可滚动的设置于矩形框板211的矩形框内。该滑动喷灌装置200整体结构简单，材料易得，制作简单方便。

抗拉管131的一端与主管道2211的开口端固定连接，抗拉管131与主管道2211连通，钢丝绳121的一端与主管道2211的封闭端固定连接。分支管道2212的另一端连通连接有喷灌支管230，喷灌支管230为一端封闭的结构，喷灌支管230的开口端与分支管道2212连通，喷灌支管230的侧壁上连通设置有若干喷嘴231。由抗拉管131泵入的水流进入主管道2211内，其后经各分支管道2212、喷灌支管230后由若干喷嘴231喷出，完成灌区的灌溉过程。

在具体控制方面，该用于坡地的农业灌溉***中，水泵150和支撑管132之间的管路上设置有流量控制阀b和流量计b，流量计b用于在对灌区进行灌溉时实时监测总的供水流量，流量控制阀b用于对总供水进行开关控制和流量控制。各喷嘴231与喷灌支管230之间设置有流量控制阀a和流量计a，流量计a用于在对灌区进行灌溉时实时监测每个喷嘴231的供水流量，流量控制阀a用于对每个喷嘴231的喷水进行开关控制和流量控制。

在多通管221上固定连接有控制盒222，控制盒222内设置有控制器a和无线通讯模块a，控制器a分别与流量控制阀a、流量计a和无线通讯模块a电联。还包括控制器b、无线通讯模块b和计数器，计数器用于检测卷筒a120的旋转圈数，控制器b分别与流量控制阀b、流量计b、无线通讯模块b、电机140和水泵150电联。上述无线通讯模块a和无线通讯模块b可选用RGPS通讯模块，两者实现远程通讯连接。

其具体控制路线是：由计数器检测卷筒a120的旋转圈数，换算成小车220的位移量，将信号传输给控制器b，控制器b控制电机140的动作，使小车220准确停在设定的位置；其后，控制器b控制水泵150启动供水，流量计b实时反馈数据给控制器b，流量计a实时反馈数据给控制器a，控制器a和控制器b通过无线通讯模块a和无线通讯模块b实现数据传输，根据设定值，通过流量控制阀a对其对应的喷嘴231进行开关控制和流量控制，完成精确的局部灌溉控制，通过流量控制阀b对总供水进行开关控制和流量控制，完成准确的灌区灌溉。

值得说明的是，在对整片山坡的田地实施灌溉时，可多个上述灌溉***并排使用，各灌溉***的电机140同步运行，各灌溉***的滑动喷灌装置平行设置，同时使相邻两个灌溉***的喷灌支管230的封闭端相连接，变喷灌支管230的悬臂状态为简支状态，单独的喷灌支管230可以更长，喷灌面积更大，整体结构也更为平衡稳定。而上述设置中，滑动喷灌装置实质上由绳索拉动实现的驱动，通过设置导向的滑轮组可以适应性的调整动力装置100和滑动喷灌装置200的相对位置，满足山坡复杂地形下的安装使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种农业灌溉装置，其特征在于，包括动力装置(100)和滑动喷灌装置(200)；所述滑动喷灌装置(200)包括滑轨(210)和小车(220)，所述滑轨(210)倾斜设置，所述小车(220)可滑动的设置于所述滑轨(210)上，所述滑轨(210)的顶端设置有定滑轮a和定滑轮b，所述滑轨(210)的底端设置有定滑轮b，所述小车(220)上设置有若干喷灌支管(230)；

所述动力装置(100)包括承载平台(110)、齿条(112)和若干地轨(111)，所述齿条(112)和若干所述地轨(111)平行设置，所述地轨(111)固定设置于所述滑轨(210)顶端下方的地面上，所述承载平台(110)可滑动的设置于所述地轨(111)上；

所述承载平台(110)上可转动的设置有卷筒a(120)和卷筒b(130)，所述卷筒a(120)和卷筒b(130)的大小相同，所述卷筒a(120)和卷筒b(130)并排设置，所述卷筒a(120)上缠绕有钢丝绳(121)，所述钢丝绳(121)的一端与所述卷筒a(120)固定连接，所述钢丝绳(121)的另一端绕过所述定滑轮a与所述小车(220)位置较高的一端固定连接，所述卷筒b(130)上缠绕有抗拉管(131)，所述卷筒b(130)的轴心固定穿设有支撑管(132)，所述支撑管(132)的一端封闭，所述抗拉管(131)的一端与所述卷筒b(130)固定连接并与所述支撑管(132)靠近其封闭的一端内部连通，所述抗拉管(131)的另一端依次绕过所述滑轨(210)顶端的定滑轮b和所述滑轨(210)底端的定滑轮b后与所述小车(220)位置较低的一端固定连接，所述抗拉管(131)与若干所述喷灌支管(230)均连通，所述钢丝绳(121)在所述卷筒a(120)上的缠绕旋向与所述抗拉管(131)在所述卷筒b(130)上的缠绕旋向相同，所述钢丝绳(121)在所述卷筒a(120)上的固定端远离所述抗拉管(131)在所述卷筒b(130)上的固定端设置；

所述滑轨(210)包括两个平行设置的矩形框板(211)，所述小车(220)包括多通管(221)，所述多通管(221)包括一端封闭的主管道(2211)，所述抗拉管(131)的一端与所述主管道(2211)的开口端固定连接，所述抗拉管(131)与所述主管道(2211)连通，所述钢丝绳(121)的一端与所述主管道(2211)的封闭端固定连接；所述主管道(2211)的两侧对称连通设置有若干分支管道(2212)，所述分支管道(2212)的另一端连通连接有所述喷灌支管(230)，所述喷灌支管(230)为一端封闭的结构，所述喷灌支管(230)的开口端与所述分支管道(2212)连通，所述喷灌支管(230)的侧壁上连通设置有若干喷嘴(231)；所述喷嘴(231)与所述喷灌支管(230)之间设置有流量控制阀a和流量计a，所述多通管(221)上固定连接有控制盒(222)，所述控制盒(222)内设置有控制器a和无线通讯模块a，所述控制器a分别与所述流量控制阀a、流量计a和无线通讯模块a电联；水泵(150)和所述支撑管(132)之间的管路上设置有流量控制阀b和流量计b，还包括控制器b、无线通讯模块b和计数器，所述计数器用于检测卷筒a(120)的旋转圈数，所述控制器b分别与所述流量控制阀b、流量计b、无线通讯模块b、电机(140)和水泵(150)电联；所述无线通讯模块a和无线通讯模块b通讯连接；所述分支管道(2212)上通过轴承套接有车轮(223)，所述车轮(223)可滚动的设置于所述矩形框板(211)的矩形框内；

所述卷筒a(120)的中心固定穿设有卷筒轴(122)，所述卷筒轴(122)的一端固定套接有同步带轮a(123)，所述支撑管(132)的封闭端固定套接有同步带轮b(133)，所述同步带轮a(123)和同步带轮b(133)通过同步皮带传动连接；所述承载平台(110)上固定设置有电机(140)和减速机(142)，所述电机(140)的输出轴上固定套接有单齿齿轮(141)，所述单齿齿轮(141)与所述齿条(112)啮合，所述电机(140)的输出轴端部与所述减速机(142)的输入端固定连接，所述减速机(142)的输出端与所述卷筒轴(122)的一端固定连接；

所述承载平台(110)上固定设置有水泵(150)，所述水泵(150)的吸水口与外界水源连通，所述水泵(150)的出水口与所述支撑管(132)的开口端通过管路和动密封连通。

2.根据权利要求1所述的一种农业灌溉装置，其特征在于，所述减速机(142)选用涡轮蜗杆减速机。

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