婁樹(shù)紅，李偉軍

（湖南省韶山灌區(qū)工程管理局，湖南 湘潭 411119）

1 工程概述

韶山灌區(qū)工程是湘中丘陵地區(qū)一個(gè)灌溉100 萬(wàn)畝農(nóng)田的大型引水工程，兼有防洪、發(fā)電、工礦及城市供水功能。工程于1965 年動(dòng)工興建，1966 年建成通水，從湘江一級(jí)支流漣水引水。灌區(qū)范圍包括湘潭、長(zhǎng)沙、婁底3 市7 個(gè)縣（市、區(qū)）共2 500 km2,是湖南省重要的商品糧生產(chǎn)基地。灌區(qū)共5 條干渠（總干、南干、北干、左干、右干）、長(zhǎng)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(zhǎng)1 186 km，斗渠及以下渠道長(zhǎng)8 730 km。

2 研發(fā)背景

每年的4—10 月，是韶山灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉期，尤其在7—9 月是農(nóng)田灌溉用水高峰期，干渠高水位運(yùn)行。與此同時(shí)，渠道內(nèi)受水、陽(yáng)光、淤泥三要素共同作用，渠道內(nèi)的絲草也處于生長(zhǎng)旺盛期，渠內(nèi)絲草生長(zhǎng)快，造成渠水被阻流，嚴(yán)重影響渠道工程正常輸水，進(jìn)而影響農(nóng)田灌溉供水，因此對(duì)渠道內(nèi)的絲草必須進(jìn)行打撈清理。長(zhǎng)期以來(lái)渠道絲草采用人工打撈，勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差、工作效率低、生產(chǎn)成本高，尤其在7—8 月高溫酷暑天氣，安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)大。

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

圖1 韶山灌區(qū)南干渠人工打撈絲草現(xiàn)場(chǎng)

以問(wèn)題為導(dǎo)向，從2019 年7 月份起，灌區(qū)工程管理局探索機(jī)械打撈絲草的研發(fā)工作，2019 年8 月，分別在南干渠東山段、吟江段進(jìn)行了機(jī)械打撈絲草的初步試驗(yàn)，獲得了初步的成果和數(shù)據(jù)，但仍存在一些缺陷和不足。

2020 年1 月，機(jī)械打撈絲草、機(jī)械清淤科研工作立項(xiàng)獲批，成立科研項(xiàng)目工作領(lǐng)導(dǎo)小組及辦公室，下設(shè)技術(shù)組、后勤保障組，明確時(shí)間節(jié)點(diǎn)和工作目標(biāo)，迅即開(kāi)展工作。

3 設(shè)備研發(fā)試制

設(shè)備研發(fā)目的在于解決絲草被割斷并打碎，同時(shí)攪動(dòng)泥沙，使絲草和泥水隨水流帶走，達(dá)到除草清淤目的，適用在渠內(nèi)泥水深度為（0.20～0.48）m 的范圍內(nèi)作業(yè)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，技術(shù)方案如下：一種旋轉(zhuǎn)滾刀式渠道絲草切割機(jī)，包括機(jī)架和機(jī)架上安裝的行走輪和前端安裝的導(dǎo)向輪，行走輪的直徑為500 mm。行走輪為橡膠輪胎。導(dǎo)向輪的直徑為180 mm，為鋼輪。機(jī)架上還安裝有變速箱和驅(qū)動(dòng)變速箱的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)架的尾端上安裝有方便操作人員把持的操作把手，在機(jī)架行走輪和導(dǎo)向輪之間安裝可拆卸式的旋轉(zhuǎn)滾刀，旋轉(zhuǎn)滾刀的直徑為320 mm。變速箱設(shè)有兩個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸出端通過(guò)傳動(dòng)裝置與行走輪連接、并且驅(qū)動(dòng)行走輪行走，另一個(gè)輸出端通過(guò)傳動(dòng)裝置與旋轉(zhuǎn)滾刀連接，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)滾刀旋轉(zhuǎn)。機(jī)架在旋轉(zhuǎn)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(dǎo)向輪通過(guò)高度調(diào)節(jié)裝置安裝在機(jī)架上。操作把手上設(shè)有控制變速箱內(nèi)離合器的離合器手柄，離合器手柄用于調(diào)節(jié)行走輪的行走速度。該設(shè)備利用旋滾式刀片切割絲草并打碎，同時(shí)攪動(dòng)泥沙隨水流帶走，達(dá)到除草清淤的目的。本裝置可以根據(jù)渠道內(nèi)絲草藻類(lèi)植物種類(lèi)的不同，選擇安裝不同型號(hào)的旋轉(zhuǎn)滾刀，從而提高切割效率。本裝置通過(guò)調(diào)整導(dǎo)向輪高度，從而調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)滾刀與渠道底板的間隙，確保滾刀刀片不接觸渠道底板，對(duì)渠道底板工程無(wú)損傷。本裝置采用機(jī)械作業(yè)，安全性能好，工作效率高，生產(chǎn)成本低，對(duì)渠道工程無(wú)損傷。圖2 為切割機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，圖3 為設(shè)備實(shí)物圖。

圖2 旋轉(zhuǎn)滾刀式渠道絲草切割機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 設(shè)備實(shí)物圖

4 設(shè)備的試驗(yàn)

2020 年5 月，打撈絲草的設(shè)備樣機(jī)試制成功并投入渠道絲草打撈試驗(yàn)。試驗(yàn)工作先后開(kāi)展了7 次，每次試驗(yàn)結(jié)束，即召開(kāi)試驗(yàn)總結(jié)會(huì)議，通過(guò)分析試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)，不斷對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和完善。比如刀片部分，經(jīng)過(guò)5 次改進(jìn)，能適應(yīng)渠內(nèi)各種藻類(lèi)水生植物的切割。驅(qū)動(dòng)輪徑經(jīng)過(guò)3 次改進(jìn)，由0.26 m 改進(jìn)到0.38 m 到0.45 m 到0.50 m，設(shè)備適應(yīng)泥漿、水的深度由最初的0.20 m 改進(jìn)到目前的0.48 m。目前設(shè)備能覆蓋韶山灌區(qū)干渠99%的渠段絲草打撈工作。設(shè)備旋轉(zhuǎn)滾刀由原來(lái)的固定安裝改進(jìn)為可調(diào)節(jié)作業(yè)高度的活動(dòng)安裝。

5 投入生產(chǎn)

從2020 年6 月20 日開(kāi)始，設(shè)備正式投入到南干渠打撈絲草的生產(chǎn)工作中（圖4），原渠道內(nèi)厚密的絲草全部打碎浮在水面，經(jīng)渠水流走后，渠內(nèi)絲草被清理得干凈徹底。其安全、實(shí)用、創(chuàng)新、新穎等特點(diǎn)獲得肯定：一是設(shè)備操作安全性好，能切實(shí)保障生產(chǎn)人員的安全；二是設(shè)備操作簡(jiǎn)便、靈活，上渠、下渠由3 名勞動(dòng)力即可完成；三是設(shè)備作業(yè)過(guò)程中對(duì)渠道底板沒(méi)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(jìn)行調(diào)節(jié)，在工作過(guò)程中沒(méi)有直接與底板接觸；四是設(shè)備打撈絲草效率高，根據(jù)機(jī)械打撈絲草的情況，1 臺(tái)設(shè)備工作1 h 完成的工作量相當(dāng)于3 名勞動(dòng)力工作8 h 的工作量；五是設(shè)備的適用面廣，除個(gè)別渠段外，韶山灌區(qū)干渠99%以上的渠道都能使用該機(jī)械進(jìn)行絲草打撈。需要注意的是，在機(jī)械作業(yè)前，對(duì)渠道內(nèi)的大塊石頭、破爛物件等物品需要進(jìn)行先期清理。

圖4 韶山灌區(qū)南干渠機(jī)械打撈絲草施工現(xiàn)場(chǎng)

2020 年7 月17 日，韶山灌區(qū)工程管理局組織開(kāi)展機(jī)械打撈絲草現(xiàn)場(chǎng)觀摩推介會(huì)。上午8：00，4 臺(tái)設(shè)備在南干渠K39+005—K42+025 的渠道段（顏家坳段）開(kāi)展作業(yè)，至上午11：50 全部完成任務(wù)。渠內(nèi)絲草清理效果及其安全、實(shí)用、創(chuàng)新、新穎等特點(diǎn)獲得一致肯定。

該項(xiàng)科研成果獲得了湖南省水利水電科學(xué)研究院的高度關(guān)注。經(jīng)過(guò)專(zhuān)家及科研人員兩次到韶山灌區(qū)工程管理局進(jìn)行調(diào)研，并就該成果向全省灌區(qū)的推廣使用進(jìn)行了探討交流。2020 年10 月16 日，經(jīng)省水科院推薦，該科技成果參加了湖南省首屆2020 年節(jié)水論壇會(huì)展，得到了水利行業(yè)參展人員的高度關(guān)注。2021 年10 月8 日，該技術(shù)成果獲批實(shí)用新型國(guó)家專(zhuān)利技術(shù)。見(jiàn)圖5。

圖5 設(shè)備專(zhuān)利證書(shū)

6 結(jié) 語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)滾刀式絲草切割機(jī)的研發(fā)、試制，投入到生產(chǎn)中，徹底改變了長(zhǎng)期以來(lái)韶山灌區(qū)渠道采用人工打撈絲草的生產(chǎn)模式。采用機(jī)械打撈絲草的作業(yè)模式，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)，縮短了渠道停水打撈絲草時(shí)間，提高了渠道輸水能力及灌區(qū)農(nóng)田灌溉供水保證率，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著。實(shí)踐證明，這種設(shè)備技術(shù)成熟，操作便捷，安全性好，適合灌區(qū)渠道打撈清理絲草使用，在相類(lèi)似灌區(qū)工程中值得推廣。