连翘种植自动浇水装置的研制

黄 鹏

(河南省林业科学研究院,郑州 450008)

连翘 [Forsythiasuspense(Thumb.)Vahl] 为木犀科连翘属连翘的干燥果实，别名连壳、青翘等，连翘主要来源于野生资源，主产于河南、山西、陕西、河北、山东、湖北、四川等省份，生于山坡灌丛、林下或草丛中，或山谷、山沟疏林中，海拔250～2220m，我国除华南地区外其他各地均有栽培，以河南、山西、陕西产量最大[1-2]。连翘是传统的药用树种，也是重要的经济树种，又是重要的油料作物、观赏植物和水土保持植物，另外，也可作食品天然防腐剂或化妆品，应用广泛，市场前景广阔[3-4]。但连翘在其种植过程中,灌溉设备的灌溉效率低,多为工人手工灌溉,劳动强度大,针对现有技术中的不足,我们设计了一种用于连翘种植的自动浇水装置，有效解决了现有灌溉装置灌溉效率低、工人劳动强度大的问题,同时可提升对水资源的利用率,减少水资源浪费,提升灌溉效率。

1 结构组成

如图1、图2所示，连翘自动浇水装置包括依次连通的雨水收集池、第一蓄水池、搅拌池和第二蓄水池；第二蓄水池上开有分别与喷头和灌溉装置连通的出水口；第二蓄水池内壁设置有将两出水口覆盖，并与电机连接的阀门；电机与控制系统连接；灌溉装置包括与第二蓄水池连通的进水箱；进水箱下方设置有相连通的第一水管和第二水管，并在第二水管上开有若干第一出水孔；第一水管内设置有浮球，并在第一水管与进水箱的连接端设置有限位块。

1:雨水收集池；2:第一蓄水池；3:搅拌池；4:第二蓄水池；5:喷头；6:阀门； 7:电机；8:进水箱；9:第一水管；10:第二水管；11:浮球；12:限位块；13:水泵；14:第二出水孔；15:第一出水孔；16：肥料添加口

17：叶腔；18：叶片

2 工作原理

通过控制系统带动电机转动，电机再带动叶片转动，使其与叶腔之间错位，形成缝隙，使水流进入进水箱内，再通过第二水管渗透至土壤中，当第二水管内充满水源时，即可使浮球上浮至第一水管与进水箱的连接端，并将其堵塞住，待第二水管内的水源缓慢渗透至土壤中，其内的水源含量降低时，浮球再次下降，使进水箱内的水源再次进入第二水管内。如此反复，使土壤始终保持湿润状态，避免连翘在生长发育过程中出现缺水的状况，同时可提升对水资源的利用率,减少水资源浪费,提升灌溉效率。

3 具体实施方式

如图1、图2所示，用于连翘种植的自动浇水装置，包括依次连通的雨水收集池(1)、第一蓄水池(2)、搅拌池(3)和第二蓄水池(4)，其中，雨水收集池(1)用于进行雨水收集，以最大化提升对水资源的利用率，然后将收集到的雨水排放至第一蓄水池(2)中，同时，第一蓄水池(2)还与外界水管连通，避免出现第一蓄水池(2)内水源不足的情况，在搅拌池(3)的顶部设置有肥料添加口(16)。第二蓄水池(4)上开有分别与喷头(5)和灌溉装置连通的出水口，并在第二蓄水池(4)内壁上设置有同时将两出水口覆盖、并与电机(7)连接的阀门(6)，且电机(7)与控制系统连接，优选控制系统为PLC控制系统。阀门(6)包括呈扇形的叶腔(17)和叶片(18)，叶腔(17)固定安装于第二蓄水池(4)内壁上，其内设置有与其为非紧密重叠的叶片(18)，并且叶片(18)固定在电机(7)的转轴上，能在电机(7)的带动下在叶腔(17)内转动。

灌溉装置包括与第二蓄水池(4)连通的进水箱(8)，并在进水箱(8)的下方设置有相连通的第一水管(9)和第二水管(10)。第一水管(9)内设置有浮球(11)，并在第一水管(9)与进水箱(8)的连接端设置有限位块(12)，防止浮球(11)上浮至进水箱(8)内。在第二水管(10)上开有若干第一出水孔(15)，并在第一出水孔(15)上设置有棉花层，防止土壤中的泥沙进入第二水管(10)内将其堵塞，且第二水管(10)的管径小于浮球(11)的直径。

通过控制系统带动电机(7)转动，电机(7)再带动叶片(18)转动，使其与叶腔(17)之间错位，形成缝隙，使水流进入进水箱(8)内，再通过第二水管(10)渗透至土壤中，当第二水管(10)内充满水源时，即可使浮球(11)上浮至第一水管(9)与进水箱(8)的连接端，并将其堵塞住，待第二水管(10)内的水源缓慢渗透至土壤中，其内的水源含量降低时，浮球(11)再次下降，使进水箱(8)内的水源再次进入第二水管(10)内，如此反复，使土壤始终保持湿润状态，避免连翘在生长发育过程中出现缺水的状况，同时，可提升对水资源的利用率，减少水资源的浪费，提升灌溉效率。

喷头(5)与第二蓄水池(4)之间通过水泵(13)连接，且水泵(13)与控制系统连接。喷头(5)呈L型，其水平端与水泵(13)连接，竖直端上开有若干呈喇叭状的第二出水孔(14)，通过控制系统的调节，使其与灌溉装置同时对连翘进行灌溉，可有效的提升灌溉效率。

4 主要创新点

4.1 本装置设计中，叶片(18)中邻近喷头(5)一侧的叶片(18)的弧长大于邻近灌溉装置一侧的叶片(18)的弧长，这样当电机(7)在控制系统的调节下，带动叶片(18)转动，当叶片(18)的转动角度不够大时，仅能在邻近灌溉装置一侧，使其与叶腔(17)之间形成缝隙，而在邻近喷头(5)一侧并不能使叶片(18)与叶腔(17)之间形成缝隙，从而避免了仅通过灌溉装置对连翘进行灌溉时，喷头也开始工作，这样就能有效的提升装置对水资源的利用率，减少对水资源的浪费。而当需要喷头(5)与灌溉装置同时工作时，可通过电机(7)带动，增大叶片(18)的转动角度，使喷头(5)和灌溉装置处的出水口同时打开，这样可有效的提升对连翘的灌溉效率。

4.2 第二出水孔(14)设计呈喇叭状，可提升由其排出的水源的流速，提升灌溉效率。

4.3 在第一出水孔(15)上设置的棉花层，可有效的防止土壤中的泥沙进入第二水管(10)，避免堵塞第二水管(10)。

4.4 在搅拌池(3)的顶部设置有肥料添加口(16)，使得后续对连翘进行灌溉的水源中含有适量的肥料，以促进连翘生长发育。

5 结束语

连翘种植过程中灌溉设备的灌溉效率低,多为工人手工灌溉,劳动强度大，连翘种植的自动浇水装置，不仅能有效解决现有灌溉装置灌溉效率低、工人劳动强度大的问题,同时可提升对水资源的利用率,减少水资源的浪费,提升灌溉效率。