一種果園節能節水農業灌溉裝置的研發*

趙崇武

（廣西壯族自治區扶綏種畜場，廣西 崇左 532100）

1 研發背景與意義

果樹要想正常生長以及獲取高產穩產，必須得到充足的水分滋養，但在自然條件下，往往因降水量不足或分布不均勻，不能滿足果樹對水分的需要[1-2]。為此，需要進行必要的人工灌溉，以彌補天然降水的不足。我國地形具有多樣性，因此果園所處地形也具有多樣性，部分農業灌溉裝置不能很好地解決位于山區丘陵地帶的果園灌溉問題[3-4]。所以，筆者按照低碳節能環保的要求，為減少農業農資投入，本著節能節水的出發點展開研究[5-6]，研發一個既節能又節水的農業灌溉裝置，從灌溉系統輸入端實現果園日常農業灌溉用水的自動收集功能和自動清掃功能，以期解決當前果園灌溉所面臨的問題。

2 研發設計思路

探索設計果園農業灌溉用水收集功能，減少因抽水灌溉消耗的人力成本或人工能源；研發利用自然風驅動的清掃裝置，實現對灌溉裝置的自動清掃，解決裝置表面枯枝敗葉等雜物過多造成的堵塞現象，提高農業灌溉用水的收集效率，減少人力成本或人工能源對裝置清掃的投入，起到節能減排的作用[7-8]。探索水分收集器外形設計、濾網外形設計以及能夠提高水分收集效率的設計，以應對水資源缺乏問題和水分收集難題。探索裝置的穩定性設計可以防止因極端天氣造成的裝置移動、零部件松動甚至脫落等現象發生，以延長裝置的使用壽命、減少維護成本[9-10]。

3 裝置總體設計

如圖1所示，裝置的總體設計包括風力裝置、過濾裝置、清掃裝置和蓄水裝置四大構件。組裝方式為：農業灌溉筒的上端固定連接濾網，濾網的上端固定連接滾動軸承，滾動軸承的內部固定連接銜接桿，銜接桿的外圓周面安裝三個銜接框，三個銜接框的內壁均固定連接風阻布，銜接桿的外圓周面固定連接清理刷，清理刷與濾網的表面相接觸，農業灌溉筒的下端固定連接三個支撐桿。

圖1 總體設計圖

1）風力裝置。如圖2所示，風力裝置主要由銜接桿和風阻布組成。風阻布采用無紡布材料制成，無紡布材料結實，使用壽命長且成本低。風阻布的表面設有疏水涂層，通過疏水涂層，能夠降低風阻布出現吸水的可能性，防止風阻布的重量增大，便于自然風帶動風阻布進行轉動。銜接桿和銜接框均采用質量小、硬度高的鋁合金材料制成，進一步降低銜接桿和銜接框的自身重量。

圖2 風力裝置局部示意圖

2）風力裝置的連接。如圖3所示，銜接桿的外圓周面開設有三個十字槽，十字槽的內壁開設有限位孔。三個十字槽與三個銜接框之間一一對應，三個銜接框的表面均開設有限位槽，十字槽和限位槽之間相配合內腔嵌合限位桿。

圖3 圖1中A處結構放大圖

3）限位桿卡口。如圖4所示，限位桿的上端開設有凹槽，凹槽的內壁開設有一對通孔，凹槽的內腔滑動連接有一對L形插銷，L形插銷的一端貫穿通孔延伸至限位孔，一對L形插銷相互靠近的一端通過彈簧固定連接。通過凹槽、通孔、L形插銷、彈簧和限位孔之間的相互配合，在限位桿嵌合安裝后，能夠對限位桿的縱向移動進行限位，進一步提高銜接框的穩定性。L形插銷的一端開設有防滑紋，通過防滑紋，增大L形插銷與手部之間的摩擦力，便于通過L形插銷進行受力并抽出限位桿。想要對銜接框進行拆卸，只需相互擠壓L形插銷并向上抽出限位桿9即可。

圖4 圖2中B處結構放大圖

4）過濾與清掃裝置。如圖5所示，過濾裝置由濾網、滾動軸承等組成，濾網采用圓錐形設計，中心安裝滾動軸承。清理刷采用質量小、硬度高的鋁合金材料制成，下方帶有刷毛，刷毛與濾網之間貼合，自然風可帶動清理刷進行轉動。

圖5 過濾與清掃裝置

5）蓄水裝置。如圖6所示，蓄水裝置由一個農業灌溉筒和三個支撐桿組成。農業灌溉筒采用圓柱體設計，圓柱體的圓弧外形可有效降低風阻力，提高穩定性。農業灌溉筒的下端固定連接有三個支撐桿，三個支撐桿的下端均采用圓錐體設計，以提高農業灌溉筒放置在果園土地上的穩定性。

圖6 蓄水裝置

4 小結

過濾裝置可起到阻隔枯枝敗葉等雜物進入蓄水裝置，避免灌溉管道阻塞的作用。風力裝置可起到提供清理刷動能和提高雨水收集效果兩大作用：自然風吹來時，風力裝置開始旋轉，從而帶動清理刷將濾網表面雜物清理干凈，減少了因清掃裝置所投入的人工成本和人工能源；在風雨交加天氣時，雨水傾瀉角度加大會導致進入蓄水裝置的雨水減少，而風阻布則起到了聚攏雨水的作用，提高了雨水收集效果，減少了耗能耗水的常規抽水工作。過濾裝置采用圓錐形的巧妙設計，可讓濾網表面與地平線產生夾角，從而形成一定坡度，使雜物不易滯留在濾網表面，且有助于清理刷利用風力和重力清掃雜物，進而提高雨水過濾效果。圓柱體造型的蓄水裝置容量大、風阻小，可配合圓錐體支撐桿安裝于各種地形且不易于被狂風刮倒。本裝置若安裝在高地中，還能充當水塔作用——利用地勢高低加大水壓，有利于把灌溉用水輸送到指定灌溉區域，克服了山地、丘陵地帶灌溉難的問題。該農業灌溉裝置節能節水、結構簡單、造價低廉、持久耐用、容易維護，且適用于各類地形和各種天氣，對促進設施農業的發展、農民的增收和鄉村振興可起到積極作用。