一种旋转滚刀式丝草切割机的研制及其在灌区工程上的应用

娄树红，李伟军

（湖南省韶山灌区工程管理局，湖南 湘潭 411119）

1 工程概述

韶山灌区工程是湘中丘陵地区一个灌溉100 万亩农田的大型引水工程，兼有防洪、发电、工矿及城市供水功能。工程于1965 年动工兴建，1966 年建成通水，从湘江一级支流涟水引水。灌区范围包括湘潭、长沙、娄底3 市7 个县（市、区）共2 500 km2,是湖南省重要的商品粮生产基地。灌区共5 条干渠（总干、南干、北干、左干、右干）、长186 km，干渠上有渡槽26 座、隧洞10 座、闸堰60 处，小型水工建筑物4 050 处；支渠共401 条、长1 186 km，斗渠及以下渠道长8 730 km。

2 研发背景

每年的4—10 月，是韶山灌区农业灌溉期，尤其在7—9 月是农田灌溉用水高峰期，干渠高水位运行。与此同时，渠道内受水、阳光、淤泥三要素共同作用，渠道内的丝草也处于生长旺盛期，渠内丝草生长快，造成渠水被阻流，严重影响渠道工程正常输水，进而影响农田灌溉供水，因此对渠道内的丝草必须进行打捞清理。长期以来渠道丝草采用人工打捞，劳动强度大、作业环境差、工作效率低、生产成本高，尤其在7—8 月高温酷暑天气，安全生产风险大。

如何才能省时省力高效清除渠道中的丝草，保证输水的畅通，是灌区工程管理工作面临的一道难题。图1 为韶山灌区南干渠人工打捞丝草现场。

图1 韶山灌区南干渠人工打捞丝草现场

以问题为导向，从2019 年7 月份起，灌区工程管理局探索机械打捞丝草的研发工作，2019 年8 月，分别在南干渠东山段、吟江段进行了机械打捞丝草的初步试验，获得了初步的成果和数据，但仍存在一些缺陷和不足。

2020 年1 月，机械打捞丝草、机械清淤科研工作立项获批，成立科研项目工作领导小组及办公室，下设技术组、后勤保障组，明确时间节点和工作目标，迅即开展工作。

3 设备研发试制

设备研发目的在于解决丝草被割断并打碎，同时搅动泥沙，使丝草和泥水随水流带走，达到除草清淤目的，适用在渠内泥水深度为（0.20～0.48）m 的范围内作业。为实现上述目的，技术方案如下：一种旋转滚刀式渠道丝草切割机，包括机架和机架上安装的行走轮和前端安装的导向轮，行走轮的直径为500 mm。行走轮为橡胶轮胎。导向轮的直径为180 mm，为钢轮。机架上还安装有变速箱和驱动变速箱的发动机，发动机为汽油发动机，机架的尾端上安装有方便操作人员把持的操作把手，在机架行走轮和导向轮之间安装可拆卸式的旋转滚刀，旋转滚刀的直径为320 mm。变速箱设有两个输出端，其中一个输出端通过传动装置与行走轮连接、并且驱动行走轮行走，另一个输出端通过传动装置与旋转滚刀连接，驱动旋转滚刀旋转。机架在旋转滚刀和行走轮之间安装有防止污渍朝操作把手端飞溅的挡泥板，导向轮通过高度调节装置安装在机架上。操作把手上设有控制变速箱内离合器的离合器手柄，离合器手柄用于调节行走轮的行走速度。该设备利用旋滚式刀片切割丝草并打碎，同时搅动泥沙随水流带走，达到除草清淤的目的。本装置可以根据渠道内丝草藻类植物种类的不同，选择安装不同型号的旋转滚刀，从而提高切割效率。本装置通过调整导向轮高度，从而调节旋转滚刀与渠道底板的间隙，确保滚刀刀片不接触渠道底板，对渠道底板工程无损伤。本装置采用机械作业，安全性能好，工作效率高，生产成本低，对渠道工程无损伤。图2 为切割机结构示意图，图3 为设备实物图。

图2 旋转滚刀式渠道丝草切割机结构示意图

图3 设备实物图

4 设备的试验

2020 年5 月，打捞丝草的设备样机试制成功并投入渠道丝草打捞试验。试验工作先后开展了7 次，每次试验结束，即召开试验总结会议，通过分析试验中获得的数据，不断对设备进行改进和完善。比如刀片部分，经过5 次改进，能适应渠内各种藻类水生植物的切割。驱动轮径经过3 次改进，由0.26 m 改进到0.38 m 到0.45 m 到0.50 m，设备适应泥浆、水的深度由最初的0.20 m 改进到目前的0.48 m。目前设备能覆盖韶山灌区干渠99%的渠段丝草打捞工作。设备旋转滚刀由原来的固定安装改进为可调节作业高度的活动安装。

5 投入生产

从2020 年6 月20 日开始，设备正式投入到南干渠打捞丝草的生产工作中（图4），原渠道内厚密的丝草全部打碎浮在水面，经渠水流走后，渠内丝草被清理得干净彻底。其安全、实用、创新、新颖等特点获得肯定：一是设备操作安全性好，能切实保障生产人员的安全；二是设备操作简便、灵活，上渠、下渠由3 名劳动力即可完成；三是设备作业过程中对渠道底板没有损伤，滚筒离渠底保持了（2～3）cm 的距离，并且该间隙距离可进行调节，在工作过程中没有直接与底板接触；四是设备打捞丝草效率高，根据机械打捞丝草的情况，1 台设备工作1 h 完成的工作量相当于3 名劳动力工作8 h 的工作量；五是设备的适用面广，除个别渠段外，韶山灌区干渠99%以上的渠道都能使用该机械进行丝草打捞。需要注意的是，在机械作业前，对渠道内的大块石头、破烂物件等物品需要进行先期清理。

图4 韶山灌区南干渠机械打捞丝草施工现场

2020 年7 月17 日，韶山灌区工程管理局组织开展机械打捞丝草现场观摩推介会。上午8：00，4 台设备在南干渠K39+005—K42+025 的渠道段（颜家坳段）开展作业，至上午11：50 全部完成任务。渠内丝草清理效果及其安全、实用、创新、新颖等特点获得一致肯定。

该项科研成果获得了湖南省水利水电科学研究院的高度关注。经过专家及科研人员两次到韶山灌区工程管理局进行调研，并就该成果向全省灌区的推广使用进行了探讨交流。2020 年10 月16 日，经省水科院推荐，该科技成果参加了湖南省首届2020 年节水论坛会展，得到了水利行业参展人员的高度关注。2021 年10 月8 日，该技术成果获批实用新型国家专利技术。见图5。

图5 设备专利证书

6 结 语

旋转滚刀式丝草切割机的研发、试制，投入到生产中，彻底改变了长期以来韶山灌区渠道采用人工打捞丝草的生产模式。采用机械打捞丝草的作业模式，提高了生产效率，节省了生产成本，降低了生产安全风险，缩短了渠道停水打捞丝草时间，提高了渠道输水能力及灌区农田灌溉供水保证率，经济与社会效益显著。实践证明，这种设备技术成熟，操作便捷，安全性好，适合灌区渠道打捞清理丝草使用，在相类似灌区工程中值得推广。