机械式水田灌溉自控阀门

论文导读：早在2000年日本已开展了电瓶式遥控和手动两用水田灌排用自动阀门装置的研究，日本农业研究中心与日本系统开发公司共同开发出明渠和管道有两种机械式止水器，用来控制水田的灌排水位，并有向电脑控制自动化灌排水位管理系统方面发展的趋势。
关键词：机械式，灌溉自控，节水农业
 

0.前言

水稻在不同的生长阶段对水位的要求不同，随着我国农艺节水灌溉高效技术的日趋成熟与推广应用，这一点显得尤为重要，是确保水田稳产高产的必要条件。据统计，在水田耕作期间，灌排水管理时间占总劳动时间的20%以上。

近几年，由于水田灌溉面积的不断增加、农村劳动力的逐年减少，以及缺乏有效的管理机制，导致水资源短缺与水资源过度浪费问题异常突出。因此，稻田科学用水及现代化管理对于水稻获得高产、提高劳动生产效率和节约水资源有着重要的现实意义。是开发水稻生产自动化管理系统的发展方向，而灌溉自动化是其中的重要环节。早在2000年日本已开展了电瓶式遥控和手动两用水田灌排用自动阀门装置的研究，日本农业研究中心与日本系统开发公司共同开发出明渠和管道有两种机械式止水器，用来控制水田的灌排水位，并有向电脑控制自动化灌排水位管理系统方面发展的趋势。

1.自控阀门的控制原理和结构

1.1控制原理

水具有流动性，水的流动具有能量。当某一处的水体高出自由水面时就蓄积了势量，形成一定的水压，使水流动。免费论文。本装置就是利用水的这一特性来实现自动控制的。在自控阀门的底部装有水轮，当水体流过阀门时驱动水轮快速旋转，经减速增矩后为阀板的开启和关闭提供动力。阀板的旋转方向由换向机构控制，开启和关闭时间受控于安装在阀门出口端水位检测装置和执行机构。整个控制过程全部采用全机械式调节，运行动力由阀体两侧的水位差生成，能即时开启或关闭，无需外界能源，主要应用于二线渠与毛渠之间，使用时，根据须要预先设定水位值，自动完成灌溉过程，解决水田在漫灌过程中由于地势原因造成的高端水量不足，低端水满溢出问题，避免水资源过度流失，并能有效降低泵站的运行费用，同时也能缓解因人工灌溉时田内水位徒然涨落而导致的水温降低和肥料流失现象。本装置的外壳采用水泥预制件，控制部分由塑料和金属件组装而成，实现水田自动化灌溉。具有节水、节能、减少水管理程序等优点。免费论文。

1.2阀门结构

由阀体、蝶形阀板、动力系统、执行机构、检测机构、手动装置六个单元组成，单元之间相对独立，积木式安装，便于维护、拆卸和更换。

1.2.1阀体：由上部拱形阀口和下部长方形腔体构成，阀体总长850 cm，阀口截面积为700cm，与毛渠开口相当。方形腔体用于安装动力系统、执行机构、检测机构。为降低加工成本，阀体采用预制结构，一次成型。

1.2.2蝶形阀板：因为蝶阀具有构造简单、占用空间小、启闭速度快（心轴只须在0。-90。之间旋转即可完成开关过程）、碟板两侧压力降小、易于操控的特性，所以，本调节阀完全借鉴蝶阀的流体控制原理，用10㎜厚的PVC板材制成蝶形阀板，安装于拱形阀体内，阀板心轴与动力系统的输出端相连。启闭状态和旋转方向受控于执行机构。

1.2.3动力系统：由直径70mm，长800 mm导流管道、曲面叶轮和蜗轮蜗杆组成，在导流管道出口端装有阀板，以控制流体的通断。叶轮固定在导流管中部，轴通过万向节与蜗杆相连，经蜗轮蜗杆减速增矩后由蜗轮的纵向轴输出力矩。

1.2.4检测系统：由具有一定底面积的方形波纹管、连通管、弹簧、调节旋钮、横梁和连杆构成。波纹管底面固定在方形腔体上，内腔经连通管与大气相通，弹簧一端与固定于波纹管上表面中心处的横梁相连，另一端与安装在阀体顶部的调节旋钮相连。当水对波纹管上表面形成压力后，波纹管被压缩，带动横梁下移。免费论文。调节旋钮可以调整弹簧拉力使之与水压形成不同的平衡点，最后由连杆向执行机构输出纵向位移。

1.2.5执行机构：本自控装置的核心单元，它的作用是把检测系统输出的纵向位移转变成换向拨块的横向运动，改变动力轴的旋转方向，使之按预先的设定值完成阀板的启闭动作。

1.2.6手动装置：安装在阀体的入口端，阀板结构与上述蝶形阀板完全相同，开、关可通过阀体顶部的扳手进行人工控制。它可以随时切断阀门中的流体，方便于控制系统的日常维护和维修，也可以用于非正常状态下的手动控制。

2.结论

本装置的试用品已于2008年做了一个耕作周期的应用试验。效果理想，主要试验数据见下表：

主要技术数据统计表

实验表明，该自控阀门采用的全机械调节方式，可在大流量状态下实现即时开启和关闭的自动控制过程，符合水田灌溉的特点和流量要求，在使用过程中可通过调节旋钮提前设定水稻在下一个生长阶段所需的水位值，自动完成灌溉程序，简化水管理环节，减少日常维护时间，也解放了劳动力。