任應(yīng)宏

（臨洮縣洮河灌區(qū)服務(wù)中心洮惠渠八里鋪所，甘肅 定西 730500）

我國耕地和水資源人均占有量都低于世界平均水平，農(nóng)業(yè)是用水量最多的產(chǎn)業(yè)之一，面臨著水資源短缺和浪費的雙重問題[1]。在農(nóng)田灌溉中一半以上的有效灌溉面積仍然沿用傳統(tǒng)的灌溉方式，農(nóng)田灌溉用水效率不高。加上受個人承包制的影響，大多數(shù)農(nóng)村灌溉農(nóng)田屬于小型農(nóng)田，灌溉設(shè)備的普及率很低，尤其是新型水肥一體化灌溉設(shè)備的推廣應(yīng)用更是匱乏，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)也越來越受到重視，節(jié)水灌溉裝備具有投入低、耗能少、效率高等特點，十分適宜在農(nóng)田灌溉中推廣[3]。為有效緩解水土資源短缺問題，提高農(nóng)田灌溉效率，減輕農(nóng)戶勞動負(fù)擔(dān)，科學(xué)控制水肥灌溉量，研發(fā)適合中小型農(nóng)田水肥灌溉設(shè)備很有必要。

1 水肥自動控制灌溉裝置的優(yōu)點

水肥是指以含氮量較高的地下水為水源所進(jìn)行的灌溉[4]。地下水中的氮素主要來源于居民點生活污水、糞便以及植物的枯枝落葉等有機(jī)物質(zhì)，其經(jīng)生物化學(xué)分解后，通過雨水淋溶進(jìn)入下層土壤，逐漸聚集、增濃，形成具有一定肥效的、含氮素的地下水，也被簡稱肥水[5]。肥水多分布于居民點附近的淺層含水層中，以肥水灌溉農(nóng)田時往往采用各種灌溉裝置。采用傳統(tǒng)的水肥灌溉裝置灌溉時難以確定水肥輸送量，水肥過量施用容易引起作物枯竭[6]。因此，需要改進(jìn)水肥灌溉裝置，有效控制水肥灌溉量，提升農(nóng)作物灌溉效率。筆者設(shè)計的一種水肥灌溉自動控制裝置，屬于水肥灌溉技術(shù)領(lǐng)域。該水肥灌溉自動控制裝置經(jīng)由水流的流量完成對肥水量的控制，從而降低肥水過多施用導(dǎo)致作物枯竭的概率。

2 設(shè)計原理

1）組成部分：水肥灌溉自動控制裝置包括輸出座和流量控制機(jī)構(gòu)，輸出座的上端面設(shè)防護(hù)罩，輸出座的兩端分別穿插輸水管，輸出座內(nèi)部的一端設(shè)輸水泵，輸水泵與輸出座一端的輸水管相通，輸水泵遠(yuǎn)離輸水管的一端設(shè)流量管，流量管遠(yuǎn)離輸水泵的一端連通流量控制機(jī)構(gòu)，流量控制機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離流量管的另一端設(shè)與另一端輸水管連通的錐形口，輸出座與防護(hù)罩的連接處有檢修蓋，檢修蓋的上端面設(shè)與輸水泵和流量控制機(jī)構(gòu)連接的延展架。其中，流量控制機(jī)構(gòu)包括流量框和流量架，流量框兩端分別與流量管相通，流量框的上端面設(shè)延展筒；延展筒的內(nèi)部設(shè)流量裝置，流量裝置延伸入流量框內(nèi)的一端設(shè)兩根流量架，兩根流量架遠(yuǎn)離流量裝置的一端中部插接旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸的外緣面插接流量標(biāo)；延展筒延伸入檢修蓋的一端設(shè)信號輸出裝置，信號輸出裝置與流量裝置電性連接；延展架的上端面架設(shè)主控制器和主電源，延展架的一端與輸水泵電性連接；輸出座的兩側(cè)分別設(shè)并列排布的架設(shè)座，架設(shè)座的下端面均設(shè)防滑墊。水肥灌溉自動控制裝置設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 水肥灌溉自動控制裝置設(shè)計圖

2）技術(shù)效果：水肥灌溉自動控制裝置由于設(shè)立了延展架，使得主控制器和主電源的整體與流量控制機(jī)構(gòu)的內(nèi)部脫離，同時由于延展架的脫離，使得流量控制機(jī)構(gòu)的內(nèi)部在泄漏后難以對主控制器和主電源造成影響，從而降低引發(fā)短路的概率。裝置中流量管的設(shè)立，經(jīng)由輸水泵帶動的肥水通過流量管流淌入流量框的內(nèi)部，從而帶動流量管轉(zhuǎn)動，經(jīng)由流量管的旋轉(zhuǎn)速率轉(zhuǎn)換為信號后傳遞給信號輸出裝置，從而達(dá)到較為精確地掌控肥水流量的效果。

3 實施方式

如圖1所示，水肥灌溉自動控制裝置包括輸出座和流量控制機(jī)構(gòu)，輸出座的上端面設(shè)防護(hù)罩，輸出座的兩端分別穿插輸水管，輸出座的兩側(cè)分別設(shè)并列排布的架設(shè)座，架設(shè)座的下端面均設(shè)防滑墊，輸出座通過架設(shè)座與地面支撐，同時架設(shè)座通過防滑墊保持與地面的摩擦力，從而降低輸出座運(yùn)行時產(chǎn)生振動造成位移的概率。

水肥灌溉自動控制裝置實施電路框圖如圖2所示。輸出座內(nèi)部的一端設(shè)輸水泵，輸水泵與輸出座一端的輸水管相通，輸水泵遠(yuǎn)離輸水管的一端設(shè)流量管，輸水泵通過輸水管從外部水源處汲取肥水。肥水在經(jīng)由輸水泵的輸送后轉(zhuǎn)移至流量管的內(nèi)部，通過流量管進(jìn)入流量控制機(jī)構(gòu)完成對肥水流量的測量。流量管遠(yuǎn)離輸水泵的一端連通流量控制機(jī)構(gòu)，流量控制機(jī)構(gòu)包括流量框和流量架。流量框的兩端分別與流量管相通，流量框的內(nèi)部設(shè)導(dǎo)向座，流量框的上端面設(shè)延展筒，延展筒的內(nèi)部設(shè)流量裝置，流量裝置延伸入流量框內(nèi)的一端設(shè)兩根流量架，兩根流量架遠(yuǎn)離流量裝置的一端中部插接旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸的外緣面插接流量標(biāo)，流量管內(nèi)的肥水流入流量控制機(jī)構(gòu)的流量框內(nèi)部，通過導(dǎo)向座完成對水流的導(dǎo)向，從而使得水流可以在內(nèi)部流過流量標(biāo)。由于流量標(biāo)采用蝶形設(shè)計，因此流量標(biāo)在水流經(jīng)過時會在水流的驅(qū)動下帶動旋轉(zhuǎn)軸完成轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)軸與兩根流量架的連接處設(shè)電磁座，通過旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)完成信號流向流量裝置的傳遞，從而完成對流量的把握，流量裝置可采用LDGMIK-ZA等型號[7]。延展筒延伸入檢修蓋的一端設(shè)信號輸出裝置，信號輸出裝置與流量裝置電性連接，流量裝置傳輸?shù)碾娦盘?，通過信號輸出裝置完成信號接收與輸出工作，從而完成對流量的把握，方便在流量達(dá)到設(shè)定閾值后停止，信號輸出裝置可選用ZXR10 M6000-8S Plus等型號[8]。流量控制機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離流量管的另一端設(shè)與另一端輸水管連通的錐形口，輸出座與防護(hù)罩的連接處卡合有檢修蓋，檢修蓋的上端面設(shè)與輸水泵和流量控制機(jī)構(gòu)連接的延展架，延展架的上端面架設(shè)主控制器和主電源，延展架的一端與輸水泵電性連接，信號輸出裝置接收了流量裝置的信號后傳輸至主控制器，完成對總設(shè)定閾值的匯總。當(dāng)肥水的流量達(dá)到設(shè)定的閾值后，主控制器通過延展架將輸水泵關(guān)閉，從而完成中止輸水，主控制器可選用HH-N05S等型號[9-10]。

圖2 實施電路框圖

使用該水肥灌溉自動控制裝置時首先將輸水管與外部水源連接，從而完成對肥水的汲取。連接后通過驅(qū)動輸水泵，使得外部水源內(nèi)的肥水通過輸水泵注入流量管的內(nèi)部，肥水隨后進(jìn)入流量管通過流量控制機(jī)構(gòu)的內(nèi)部控制肥水流量；肥水經(jīng)由流量管進(jìn)入流量控制機(jī)構(gòu)的流量框內(nèi)部后，由于肥水在內(nèi)部會流經(jīng)流量標(biāo)，又由于流量標(biāo)采用蝶形設(shè)計，因此流量標(biāo)在水流經(jīng)過時會在水流的驅(qū)動下帶動旋轉(zhuǎn)軸完成轉(zhuǎn)動[11]。旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動與兩根流量架的連接處設(shè)電磁座，從而產(chǎn)生電信號，信號流隨后向流量裝置傳遞[12]；流量裝置的信號通過信號輸出裝置完成接收后再通過信號輸出裝置向主控制器傳輸，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定水流閾值時，主控制器通過延展架將輸水泵關(guān)閉，從而中止輸水。

4 結(jié)語

本文設(shè)計的水肥灌溉自動控制裝置可在一定程度上解決農(nóng)田灌溉中水肥灌溉量難以控制的問題，能夠有效減少水肥資源浪費，提高農(nóng)作物灌溉效率。但是還存在一定的問題，比如流量感應(yīng)信號不準(zhǔn)確、水肥中雜質(zhì)對流量的影響等，需要繼續(xù)加大研發(fā)力度。相信通過一系列的努力，水肥灌溉自動控制裝置會更先進(jìn)，為推進(jìn)農(nóng)田灌溉現(xiàn)代化進(jìn)程作出更大貢獻(xiàn)。