趙崇武

（廣西壯族自治區(qū)扶綏種畜場(chǎng)，廣西 崇左 532100）

1 研發(fā)背景與意義

果樹(shù)要想正常生長(zhǎng)以及獲取高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，必須得到充足的水分滋養(yǎng)，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(shù)對(duì)水分的需要[1-2]。為此，需要進(jìn)行必要的人工灌溉，以彌補(bǔ)天然降水的不足。我國(guó)地形具有多樣性，因此果園所處地形也具有多樣性，部分農(nóng)業(yè)灌溉裝置不能很好地解決位于山區(qū)丘陵地帶的果園灌溉問(wèn)題[3-4]。所以，筆者按照低碳節(jié)能環(huán)保的要求，為減少農(nóng)業(yè)農(nóng)資投入，本著節(jié)能節(jié)水的出發(fā)點(diǎn)展開(kāi)研究[5-6]，研發(fā)一個(gè)既節(jié)能又節(jié)水的農(nóng)業(yè)灌溉裝置，從灌溉系統(tǒng)輸入端實(shí)現(xiàn)果園日常農(nóng)業(yè)灌溉用水的自動(dòng)收集功能和自動(dòng)清掃功能，以期解決當(dāng)前果園灌溉所面臨的問(wèn)題。

2 研發(fā)設(shè)計(jì)思路

探索設(shè)計(jì)果園農(nóng)業(yè)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(fā)利用自然風(fēng)驅(qū)動(dòng)的清掃裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉裝置的自動(dòng)清掃，解決裝置表面枯枝敗葉等雜物過(guò)多造成的堵塞現(xiàn)象，提高農(nóng)業(yè)灌溉用水的收集效率，減少人力成本或人工能源對(duì)裝置清掃的投入，起到節(jié)能減排的作用[7-8]。探索水分收集器外形設(shè)計(jì)、濾網(wǎng)外形設(shè)計(jì)以及能夠提高水分收集效率的設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)水資源缺乏問(wèn)題和水分收集難題。探索裝置的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)可以防止因極端天氣造成的裝置移動(dòng)、零部件松動(dòng)甚至脫落等現(xiàn)象發(fā)生，以延長(zhǎng)裝置的使用壽命、減少維護(hù)成本[9-10]。

3 裝置總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，裝置的總體設(shè)計(jì)包括風(fēng)力裝置、過(guò)濾裝置、清掃裝置和蓄水裝置四大構(gòu)件。組裝方式為：農(nóng)業(yè)灌溉筒的上端固定連接濾網(wǎng)，濾網(wǎng)的上端固定連接滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承的內(nèi)部固定連接銜接桿，銜接桿的外圓周面安裝三個(gè)銜接框，三個(gè)銜接框的內(nèi)壁均固定連接風(fēng)阻布，銜接桿的外圓周面固定連接清理刷，清理刷與濾網(wǎng)的表面相接觸，農(nóng)業(yè)灌溉筒的下端固定連接三個(gè)支撐桿。

圖1 總體設(shè)計(jì)圖

1）風(fēng)力裝置。如圖2所示，風(fēng)力裝置主要由銜接桿和風(fēng)阻布組成。風(fēng)阻布采用無(wú)紡布材料制成，無(wú)紡布材料結(jié)實(shí)，使用壽命長(zhǎng)且成本低。風(fēng)阻布的表面設(shè)有疏水涂層，通過(guò)疏水涂層，能夠降低風(fēng)阻布出現(xiàn)吸水的可能性，防止風(fēng)阻布的重量增大，便于自然風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)阻布進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。銜接桿和銜接框均采用質(zhì)量小、硬度高的鋁合金材料制成，進(jìn)一步降低銜接桿和銜接框的自身重量。

圖2 風(fēng)力裝置局部示意圖

2）風(fēng)力裝置的連接。如圖3所示，銜接桿的外圓周面開(kāi)設(shè)有三個(gè)十字槽，十字槽的內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有限位孔。三個(gè)十字槽與三個(gè)銜接框之間一一對(duì)應(yīng)，三個(gè)銜接框的表面均開(kāi)設(shè)有限位槽，十字槽和限位槽之間相配合內(nèi)腔嵌合限位桿。

圖3 圖1中A處結(jié)構(gòu)放大圖

3）限位桿卡口。如圖4所示，限位桿的上端開(kāi)設(shè)有凹槽，凹槽的內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有一對(duì)通孔，凹槽的內(nèi)腔滑動(dòng)連接有一對(duì)L形插銷，L形插銷的一端貫穿通孔延伸至限位孔，一對(duì)L形插銷相互靠近的一端通過(guò)彈簧固定連接。通過(guò)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?qū)ο尬粭U的縱向移動(dòng)進(jìn)行限位，進(jìn)一步提高銜接框的穩(wěn)定性。L形插銷的一端開(kāi)設(shè)有防滑紋，通過(guò)防滑紋，增大L形插銷與手部之間的摩擦力，便于通過(guò)L形插銷進(jìn)行受力并抽出限位桿。想要對(duì)銜接框進(jìn)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(jié)構(gòu)放大圖

4）過(guò)濾與清掃裝置。如圖5所示，過(guò)濾裝置由濾網(wǎng)、滾動(dòng)軸承等組成，濾網(wǎng)采用圓錐形設(shè)計(jì)，中心安裝滾動(dòng)軸承。清理刷采用質(zhì)量小、硬度高的鋁合金材料制成，下方帶有刷毛，刷毛與濾網(wǎng)之間貼合，自然風(fēng)可帶動(dòng)清理刷進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖5 過(guò)濾與清掃裝置

5）蓄水裝置。如圖6所示，蓄水裝置由一個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉筒和三個(gè)支撐桿組成。農(nóng)業(yè)灌溉筒采用圓柱體設(shè)計(jì)，圓柱體的圓弧外形可有效降低風(fēng)阻力，提高穩(wěn)定性。農(nóng)業(yè)灌溉筒的下端固定連接有三個(gè)支撐桿，三個(gè)支撐桿的下端均采用圓錐體設(shè)計(jì)，以提高農(nóng)業(yè)灌溉筒放置在果園土地上的穩(wěn)定性。

圖6 蓄水裝置

4 小結(jié)

過(guò)濾裝置可起到阻隔枯枝敗葉等雜物進(jìn)入蓄水裝置，避免灌溉管道阻塞的作用。風(fēng)力裝置可起到提供清理刷動(dòng)能和提高雨水收集效果兩大作用：自然風(fēng)吹來(lái)時(shí)，風(fēng)力裝置開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)清理刷將濾網(wǎng)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(fēng)雨交加天氣時(shí)，雨水傾瀉角度加大會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入蓄水裝置的雨水減少，而風(fēng)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(guī)抽水工作。過(guò)濾裝置采用圓錐形的巧妙設(shè)計(jì)，可讓濾網(wǎng)表面與地平線產(chǎn)生夾角，從而形成一定坡度，使雜物不易滯留在濾網(wǎng)表面，且有助于清理刷利用風(fēng)力和重力清掃雜物，進(jìn)而提高雨水過(guò)濾效果。圓柱體造型的蓄水裝置容量大、風(fēng)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(fēng)刮倒。本裝置若安裝在高地中，還能充當(dāng)水塔作用——利用地勢(shì)高低加大水壓，有利于把灌溉用水輸送到指定灌溉區(qū)域，克服了山地、丘陵地帶灌溉難的問(wèn)題。該農(nóng)業(yè)灌溉裝置節(jié)能節(jié)水、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、持久耐用、容易維護(hù)，且適用于各類地形和各種天氣，對(duì)促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展、農(nóng)民的增收和鄉(xiāng)村振興可起到積極作用。