一种果园节能节水农业灌溉装置的研发*

赵崇武

（广西壮族自治区扶绥种畜场，广西 崇左 532100）

1 研发背景与意义

果树要想正常生长以及获取高产稳产，必须得到充足的水分滋养，但在自然条件下，往往因降水量不足或分布不均匀，不能满足果树对水分的需要[1-2]。为此，需要进行必要的人工灌溉，以弥补天然降水的不足。我国地形具有多样性，因此果园所处地形也具有多样性，部分农业灌溉装置不能很好地解决位于山区丘陵地带的果园灌溉问题[3-4]。所以，笔者按照低碳节能环保的要求，为减少农业农资投入，本着节能节水的出发点展开研究[5-6]，研发一个既节能又节水的农业灌溉装置，从灌溉系统输入端实现果园日常农业灌溉用水的自动收集功能和自动清扫功能，以期解决当前果园灌溉所面临的问题。

2 研发设计思路

探索设计果园农业灌溉用水收集功能，减少因抽水灌溉消耗的人力成本或人工能源；研发利用自然风驱动的清扫装置，实现对灌溉装置的自动清扫，解决装置表面枯枝败叶等杂物过多造成的堵塞现象，提高农业灌溉用水的收集效率，减少人力成本或人工能源对装置清扫的投入，起到节能减排的作用[7-8]。探索水分收集器外形设计、滤网外形设计以及能够提高水分收集效率的设计，以应对水资源缺乏问题和水分收集难题。探索装置的稳定性设计可以防止因极端天气造成的装置移动、零部件松动甚至脱落等现象发生，以延长装置的使用寿命、减少维护成本[9-10]。

3 装置总体设计

如图1所示，装置的总体设计包括风力装置、过滤装置、清扫装置和蓄水装置四大构件。组装方式为：农业灌溉筒的上端固定连接滤网，滤网的上端固定连接滚动轴承，滚动轴承的内部固定连接衔接杆，衔接杆的外圆周面安装三个衔接框，三个衔接框的内壁均固定连接风阻布，衔接杆的外圆周面固定连接清理刷，清理刷与滤网的表面相接触，农业灌溉筒的下端固定连接三个支撑杆。

图1 总体设计图

1）风力装置。如图2所示，风力装置主要由衔接杆和风阻布组成。风阻布采用无纺布材料制成，无纺布材料结实，使用寿命长且成本低。风阻布的表面设有疏水涂层，通过疏水涂层，能够降低风阻布出现吸水的可能性，防止风阻布的重量增大，便于自然风带动风阻布进行转动。衔接杆和衔接框均采用质量小、硬度高的铝合金材料制成，进一步降低衔接杆和衔接框的自身重量。

图2 风力装置局部示意图

2）风力装置的连接。如图3所示，衔接杆的外圆周面开设有三个十字槽，十字槽的内壁开设有限位孔。三个十字槽与三个衔接框之间一一对应，三个衔接框的表面均开设有限位槽，十字槽和限位槽之间相配合内腔嵌合限位杆。

图3 图1中A处结构放大图

3）限位杆卡口。如图4所示，限位杆的上端开设有凹槽，凹槽的内壁开设有一对通孔，凹槽的内腔滑动连接有一对L形插销，L形插销的一端贯穿通孔延伸至限位孔，一对L形插销相互靠近的一端通过弹簧固定连接。通过凹槽、通孔、L形插销、弹簧和限位孔之间的相互配合，在限位杆嵌合安装后，能够对限位杆的纵向移动进行限位，进一步提高衔接框的稳定性。L形插销的一端开设有防滑纹，通过防滑纹，增大L形插销与手部之间的摩擦力，便于通过L形插销进行受力并抽出限位杆。想要对衔接框进行拆卸，只需相互挤压L形插销并向上抽出限位杆9即可。

图4 图2中B处结构放大图

4）过滤与清扫装置。如图5所示，过滤装置由滤网、滚动轴承等组成，滤网采用圆锥形设计，中心安装滚动轴承。清理刷采用质量小、硬度高的铝合金材料制成，下方带有刷毛，刷毛与滤网之间贴合，自然风可带动清理刷进行转动。

图5 过滤与清扫装置

5）蓄水装置。如图6所示，蓄水装置由一个农业灌溉筒和三个支撑杆组成。农业灌溉筒采用圆柱体设计，圆柱体的圆弧外形可有效降低风阻力，提高稳定性。农业灌溉筒的下端固定连接有三个支撑杆，三个支撑杆的下端均采用圆锥体设计，以提高农业灌溉筒放置在果园土地上的稳定性。

图6 蓄水装置

4 小结

过滤装置可起到阻隔枯枝败叶等杂物进入蓄水装置，避免灌溉管道阻塞的作用。风力装置可起到提供清理刷动能和提高雨水收集效果两大作用：自然风吹来时，风力装置开始旋转，从而带动清理刷将滤网表面杂物清理干净，减少了因清扫装置所投入的人工成本和人工能源；在风雨交加天气时，雨水倾泻角度加大会导致进入蓄水装置的雨水减少，而风阻布则起到了聚拢雨水的作用，提高了雨水收集效果，减少了耗能耗水的常规抽水工作。过滤装置采用圆锥形的巧妙设计，可让滤网表面与地平线产生夹角，从而形成一定坡度，使杂物不易滞留在滤网表面，且有助于清理刷利用风力和重力清扫杂物，进而提高雨水过滤效果。圆柱体造型的蓄水装置容量大、风阻小，可配合圆锥体支撑杆安装于各种地形且不易于被狂风刮倒。本装置若安装在高地中，还能充当水塔作用——利用地势高低加大水压，有利于把灌溉用水输送到指定灌溉区域，克服了山地、丘陵地带灌溉难的问题。该农业灌溉装置节能节水、结构简单、造价低廉、持久耐用、容易维护，且适用于各类地形和各种天气，对促进设施农业的发展、农民的增收和乡村振兴可起到积极作用。