新型农田水利高效灌溉方法研究

谢超，吴钰，苏学昌，孙恺

（1.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，江苏 南京 210029；2.江苏省东台市堤东灌区管理处，江苏盐城 224200）

农业是立国之本，强国之基，而水是农作物生长不可或缺的资源，采用先进的灌溉设备可节约水资源，优化浇灌效率，提高农业用水效益。因此，灌溉采用合适的设备尤为重要。由于小范围移动灌溉灵活度高于高架式灌溉，目前有不少学者就小范围灌溉设备开展研究。

1 小范围灌溉设备研究进展

在中国农业发展进程中，灌溉设备在雨水稀缺地区扮演着关键角色，因此深入研究高效的灌溉设备对我国农业的持续发展至关重要，学术界对小型灌溉设备进行了广泛研究。总的来说，目前具有的小范围灌溉设备没有充分利用水的动能，且需要多次移动设备，灌溉效率相对较低。

随着水资源问题的不断加剧，提高用水效率成为构建节水型社会的根本要求[3]。为解决这一问题，本文通过改进常规灌溉设备的管道展开装置，充分利用水的动能带动设备移动展开管道进行浇灌，单路灌溉结束后无需退回设备再转向，收回管道移动农机即可换路喷灌，从而提高灌溉效率。

2 移动式农田水利高效灌溉设备及使用方法

2.1 灌溉设备

本文提出的移动式农田水利高效灌溉设备的结构示意图如图1 所示。该设备主要包括机座、水动喷射机、收管器、小车、喷洒管、第一液压杆、托盘以及加固杆。设计的具体要点包括第一液压杆的一对设置，其上端均稳固连接于机座，下端与托盘紧固连接；收管器通过与机座、托盘连接从而完成固定，其上部安装在机座上，采用滑动安装的方式便于装卸操作，其下端牢固连接于托盘；收管器与水洞喷射机之间的管道承担了两者的连接作用，水动喷射机外部配备小车，小车则设有一对结构；喷洒管采用可靠、牢固的方式安装在小车的上端，并通过管道连接水动喷射机，同时经由管道与收管器的运作产生联系。小车运作时其机座对其性能稳定性有较大影响，为提升小车的稳定性使其适应复杂地形，在机座的上部内角处固定连接成对设置的加固杆以提升该部分的稳定性。

这一设备结构的创新性在于通过精心设计的布局和巧妙的连接方式，实现了各组件之间的高效协同作业，从而显著提高了整体的稳定性和性能。图1的示意图清晰地呈现了各部件之间的相互关系，为该移动式农田水利灌溉设备的设计与实施提供了参考。

图2 展示了移动式农田水利高效灌溉设备中水动喷射机的切分结构示意图。水动喷射机通过关键组成部分保证其高效、平稳运行，该部分主要由导水壳、喷嘴、涡轮、转杆和齿轮等组成，其中与小车连接的齿轮主要实现传动功能。当水源通向收管器时，水通过导水壳流经涡轮，随后通过喷嘴向小车外部途经的农田进行喷射，进而完成灌溉。在此过程中，水的作用驱动涡轮旋转，进而通过涡轮的转动带动转杆。通过齿轮的传动，转动杆进一步引发小车向前移动。在移动过程中，水动喷射机与喷洒管共同进行灌溉，有效提升了整个灌溉过程中的能源利用率。

图2 灌溉设备水动喷射机切分结构示意图

灌溉设备水动喷射机外部配备一对小车，其结构示意图如图3 所示。小车的构成元素包括车架、车轮、连接块和减速齿轮。车轮对称旋转安装在车架的下部，连接块下部固定连接于导水壳，减速齿轮的上端与水动喷射机上的齿轮啮合，同时与其中一个车轮固定连接。喷射机上的齿轮推动减速齿轮旋转，减速齿轮通过增加力道使车轮旋转，从而便于小车牵引管道的移动。

图3 固化装置双向搅拌机构结构示意图

灌溉设备的收管器结构示意图如图4 所示。该收管器由收管座、连接座、第二液压杆、减速电机、伸缩杆、滑柱和接管嘴组成，其中，收管座、伸缩杆、第二液压杆、减速电机和接管嘴等元件以对称的方式布局。

图4 灌溉设备收管器结构示意图

在具体构造方面，连接座的下端稳固连接在托盘上，第二液压杆连接在连接座的两侧，呈对称式分布，其带动减速电机实现向外伸出和收起的往复运动，在此基础上，收管座可进行规律转动，进而以稳定的速率将管道收入到收管座内。为了进一步提高系统的稳定性，采用了伸缩杆对称设置成三对的设计，一端固定在减速电机上，而另一端则通过牢固的安装方式与连接座相连。减速电机通过伸缩杆保证其安全运作阈值，进而显著提升其进行伸出或收起运动的范围，而收管座也因为伸缩杆的牢固连接，提升了其完成伸出或收起工作中的整体稳定性。收管座的外侧与接管嘴之间采用旋转密封方式进行连接，接管嘴的一侧连接外部供水管道，其另一侧则采用转动连接的方式与收管座相连。这一设计有效防止了收管座过度扭曲外部供水管道，从而确保与其相连的外部供水管道以稳定状态运作。另外，为使得连接座在上升或下降过程中均能稳定运行，在连接座的上端采用牢固的安装方法连接一滑柱，在滑柱的引导、缓冲作用下，连接座能够平稳地进行上下移动，使得系统在上升或下降过程中的稳定性得到进一步提升。

灌溉设备的喷洒管结构示意图如图5 所示。该灌溉设备的喷洒系统主要由管形柱和喷水管两部分构成。管形柱被牢固连接在车架的上端，其下端接口与管道相连接。水源通过管道，经由管形柱导入喷水管。为确保喷洒效果，喷水管的下部设置了多个小孔，通过这些小孔向下方喷水，以便有效浇灌两个小车之间缝隙处的田地。

图5 灌溉设备喷洒管结构示意图

这一设计在喷洒系统中实现了水资源的有效利用，通过喷水管中的小孔实现定向浇灌，提高了水分利用效率。图5 展示了喷洒管的结构特点，为灌溉设备的设计和使用提供了清晰的参考。

2.2 使用方法

本文提出的移动式农田水利高效灌溉设备的操作方法简单、方便，具体分为如下三个步骤。

1）准备阶段。首先，在准备阶段，将机座牢固地安装在目标农机上。通过第一液压杆对托盘的高度进行调整，直至托盘与地面完全接触。同时，通过接管嘴将外接水管与收管座连接，确保外部水源与灌溉系统的衔接。

2）浇灌阶段。在浇灌阶段，启动收管器的水源，使水流通过接管嘴进入收管器的水管。其中，一部分水流经涡轮穿过喷嘴进行灌溉，水流驱动涡轮旋转，推动转杆和齿轮，进而驱动机小车向前移动。另一部分水流通过管形柱引入喷水管，在移动过程中，水动喷射机和喷洒管沿途进行灌溉。

3）收卷管道阶段。完成单次灌溉后，通过启动收管器，实现对管道的收卷。这一过程使得喷洒管被轻松拖回。若需要移至下一灌溉位置，只需直接启动农机，移动到目标灌溉区域，避免频繁切换农机工作方向，提高了操作的便捷性。

3 结论

1）本研究提出了一种高效的创新型移动式农田水利灌溉设备。该设备在灌溉过程中通过收管器连通水源，利用涡轮传输水流并通过喷嘴向外喷射，充分发挥水动能，推动涡轮和转杆运转，并通过齿轮传动实现小车向前移动。在移动的同时，水动喷射机和喷洒管沿途进行精准浇灌，特别适用于较短路径的扫描式喷射。这一设计有效减少了灌溉过程中的能源耗费。单次灌溉完成后，智能化的收管器迅速收卷喷洒管，简便易行地将喷洒管道拖回。农机移动到下一路时，无需方向切换，直接启动农机，极大提高了整体灌溉效率。

2）在设备的运行过程中，第二液压杆的作用使得减速电机能够实现向外伸出和收起的往复运动。同时，减速电机通过带动收管座的转动，实现管道卷起，确保了管道均匀收入到收管座内。这一设计简化了设备的操作步骤，提高了设备的可控性和稳定性。

3）运用齿轮传动机制，减速齿轮的转动被齿轮带动，通过增加力道实现减速，进而带动小车轮的旋转。这一机制使得小车能够轻松拖动喷洒管道进行移动。通过这一简捷而高效的设计，大幅提升了小车在灌溉设备运行中的机动性，进一步提高了整个系统的操作效率