一種旋轉滾刀式絲草切割機的研制及其在灌區工程上的應用

婁樹紅，李偉軍

（湖南省韶山灌區工程管理局，湖南 湘潭 411119）

1 工程概述

韶山灌區工程是湘中丘陵地區一個灌溉100 萬畝農田的大型引水工程，兼有防洪、發電、工礦及城市供水功能。工程于1965 年動工興建，1966 年建成通水，從湘江一級支流漣水引水。灌區范圍包括湘潭、長沙、婁底3 市7 個縣（市、區）共2 500 km2,是湖南省重要的商品糧生產基地。灌區共5 條干渠（總干、南干、北干、左干、右干）、長186 km，干渠上有渡槽26 座、隧洞10 座、閘堰60 處，小型水工建筑物4 050 處；支渠共401 條、長1 186 km，斗渠及以下渠道長8 730 km。

2 研發背景

每年的4—10 月，是韶山灌區農業灌溉期，尤其在7—9 月是農田灌溉用水高峰期，干渠高水位運行。與此同時，渠道內受水、陽光、淤泥三要素共同作用，渠道內的絲草也處于生長旺盛期，渠內絲草生長快，造成渠水被阻流，嚴重影響渠道工程正常輸水，進而影響農田灌溉供水，因此對渠道內的絲草必須進行打撈清理。長期以來渠道絲草采用人工打撈，勞動強度大、作業環境差、工作效率低、生產成本高，尤其在7—8 月高溫酷暑天氣，安全生產風險大。

如何才能省時省力高效清除渠道中的絲草，保證輸水的暢通，是灌區工程管理工作面臨的一道難題。圖1 為韶山灌區南干渠人工打撈絲草現場。

圖1 韶山灌區南干渠人工打撈絲草現場

以問題為導向，從2019 年7 月份起，灌區工程管理局探索機械打撈絲草的研發工作，2019 年8 月，分別在南干渠東山段、吟江段進行了機械打撈絲草的初步試驗，獲得了初步的成果和數據，但仍存在一些缺陷和不足。

2020 年1 月，機械打撈絲草、機械清淤科研工作立項獲批，成立科研項目工作領導小組及辦公室，下設技術組、后勤保障組，明確時間節點和工作目標，迅即開展工作。

3 設備研發試制

設備研發目的在于解決絲草被割斷并打碎，同時攪動泥沙，使絲草和泥水隨水流帶走，達到除草清淤目的，適用在渠內泥水深度為（0.20～0.48）m 的范圍內作業。為實現上述目的，技術方案如下：一種旋轉滾刀式渠道絲草切割機，包括機架和機架上安裝的行走輪和前端安裝的導向輪，行走輪的直徑為500 mm。行走輪為橡膠輪胎。導向輪的直徑為180 mm，為鋼輪。機架上還安裝有變速箱和驅動變速箱的發動機，發動機為汽油發動機，機架的尾端上安裝有方便操作人員把持的操作把手，在機架行走輪和導向輪之間安裝可拆卸式的旋轉滾刀，旋轉滾刀的直徑為320 mm。變速箱設有兩個輸出端，其中一個輸出端通過傳動裝置與行走輪連接、并且驅動行走輪行走，另一個輸出端通過傳動裝置與旋轉滾刀連接，驅動旋轉滾刀旋轉。機架在旋轉滾刀和行走輪之間安裝有防止污漬朝操作把手端飛濺的擋泥板，導向輪通過高度調節裝置安裝在機架上。操作把手上設有控制變速箱內離合器的離合器手柄，離合器手柄用于調節行走輪的行走速度。該設備利用旋滾式刀片切割絲草并打碎，同時攪動泥沙隨水流帶走，達到除草清淤的目的。本裝置可以根據渠道內絲草藻類植物種類的不同，選擇安裝不同型號的旋轉滾刀，從而提高切割效率。本裝置通過調整導向輪高度，從而調節旋轉滾刀與渠道底板的間隙，確保滾刀刀片不接觸渠道底板，對渠道底板工程無損傷。本裝置采用機械作業，安全性能好，工作效率高，生產成本低，對渠道工程無損傷。圖2 為切割機結構示意圖，圖3 為設備實物圖。

圖2 旋轉滾刀式渠道絲草切割機結構示意圖

圖3 設備實物圖

4 設備的試驗

2020 年5 月，打撈絲草的設備樣機試制成功并投入渠道絲草打撈試驗。試驗工作先后開展了7 次，每次試驗結束，即召開試驗總結會議，通過分析試驗中獲得的數據，不斷對設備進行改進和完善。比如刀片部分，經過5 次改進，能適應渠內各種藻類水生植物的切割。驅動輪徑經過3 次改進，由0.26 m 改進到0.38 m 到0.45 m 到0.50 m，設備適應泥漿、水的深度由最初的0.20 m 改進到目前的0.48 m。目前設備能覆蓋韶山灌區干渠99%的渠段絲草打撈工作。設備旋轉滾刀由原來的固定安裝改進為可調節作業高度的活動安裝。

5 投入生產

從2020 年6 月20 日開始，設備正式投入到南干渠打撈絲草的生產工作中（圖4），原渠道內厚密的絲草全部打碎浮在水面，經渠水流走后，渠內絲草被清理得干凈徹底。其安全、實用、創新、新穎等特點獲得肯定：一是設備操作安全性好，能切實保障生產人員的安全；二是設備操作簡便、靈活，上渠、下渠由3 名勞動力即可完成；三是設備作業過程中對渠道底板沒有損傷，滾筒離渠底保持了（2～3）cm 的距離，并且該間隙距離可進行調節，在工作過程中沒有直接與底板接觸；四是設備打撈絲草效率高，根據機械打撈絲草的情況，1 臺設備工作1 h 完成的工作量相當于3 名勞動力工作8 h 的工作量；五是設備的適用面廣，除個別渠段外，韶山灌區干渠99%以上的渠道都能使用該機械進行絲草打撈。需要注意的是，在機械作業前，對渠道內的大塊石頭、破爛物件等物品需要進行先期清理。

圖4 韶山灌區南干渠機械打撈絲草施工現場

2020 年7 月17 日，韶山灌區工程管理局組織開展機械打撈絲草現場觀摩推介會。上午8：00，4 臺設備在南干渠K39+005—K42+025 的渠道段（顏家坳段）開展作業，至上午11：50 全部完成任務。渠內絲草清理效果及其安全、實用、創新、新穎等特點獲得一致肯定。

該項科研成果獲得了湖南省水利水電科學研究院的高度關注。經過專家及科研人員兩次到韶山灌區工程管理局進行調研，并就該成果向全省灌區的推廣使用進行了探討交流。2020 年10 月16 日，經省水科院推薦，該科技成果參加了湖南省首屆2020 年節水論壇會展，得到了水利行業參展人員的高度關注。2021 年10 月8 日，該技術成果獲批實用新型國家專利技術。見圖5。

圖5 設備專利證書

6 結 語

旋轉滾刀式絲草切割機的研發、試制，投入到生產中，徹底改變了長期以來韶山灌區渠道采用人工打撈絲草的生產模式。采用機械打撈絲草的作業模式，提高了生產效率，節省了生產成本，降低了生產安全風險，縮短了渠道停水打撈絲草時間，提高了渠道輸水能力及灌區農田灌溉供水保證率，經濟與社會效益顯著。實踐證明，這種設備技術成熟，操作便捷，安全性好，適合灌區渠道打撈清理絲草使用，在相類似灌區工程中值得推廣。