王詩冬，羊 咪，陳 治，王俊清，翟銀章 ，王友宏

(1.鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鹽城 224000；2.鹽城玉欣電動科技有限公司，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

新疆是我國面積較大的省區(qū)，水量僅占全國的3%，而且相對集中，也是個明顯缺水的地區(qū)，隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，水污染情況已經(jīng)越來越嚴(yán)重，成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。而在新疆地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，絕大部分生產(chǎn)用水都是靠灌溉完成，近些年來國家不斷加大水利工程建設(shè)，完善農(nóng)田水利基本建設(shè)，通過灌溉保證了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，但在實際灌溉過程中，灌溉用水主要是高山雪融水及地下水，這些水資源在利用率上并不高，大部分都流失于盆地沙漠之中，也有一部分積水成為咸水湖，浪費十分嚴(yán)重，所以節(jié)約水資源，合理開發(fā)，充分利用,保證灌溉是水利工作及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重點[1]。

1 節(jié)水灌溉技術(shù)概述

節(jié)水灌溉就是指采用相關(guān)技術(shù)手段，達(dá)到充分利用水資源，提高生產(chǎn)效率的目的，主要體現(xiàn)在節(jié)水和高效兩方面。新技術(shù)的主要手段有工程、生物、農(nóng)藝、化學(xué)及管理等方面。各地區(qū)要合理結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，因地制宜采取適合本地特點的技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)水的目的。主要節(jié)水技術(shù)有渠道防滲技術(shù)、低壓管道輸水技術(shù)、溝灌技術(shù)、噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)。

目前，滴灌技術(shù)是最先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，也是投資比較高的一種節(jié)水方式。滴灌系統(tǒng)由水源工程、首部樞紐(包括水泵、動力機、過濾器、肥液注入裝置、測量控制儀表等)、各級輸配水管道和噴頭等四部分組成，在灌溉時水量通過配水管道直達(dá)作物根部，使水量能充分被吸收，在水量的控制上，由于現(xiàn)代機械自動化的智能控制，可以做到精確用水，有效避免浪費，這也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展中必然采用的一種灌溉技術(shù)[2-5]。

灌溉農(nóng)田中的出水樁是整個滴灌系統(tǒng)的重要一環(huán)，承擔(dān)著向各田塊輸送水分和肥液的作用。目前，水肥一體化在全國范圍內(nèi)推廣，推動了人們對滴灌作業(yè)各相關(guān)裝置的研究進(jìn)度。出水樁是整個水肥一體化滴灌體系中的重要組成部分，當(dāng)今出水樁在農(nóng)田滴灌系統(tǒng)中應(yīng)用非常普及，但目前使用的出水樁存在兩個問題：

1)在用大型農(nóng)業(yè)機械進(jìn)行耕種作業(yè)時，需要將出水樁拆除，拆除時消耗大量人力物力，還要用堵頭堵住管網(wǎng)各出水口，拆下來的出水樁還要保管；

2)在需要使用灌溉系統(tǒng)時，先要花工夫?qū)ふ页鏊畼斗植键c，找到后，還要消耗人力物力挖開泥土，將出水樁安裝好，因經(jīng)常折裝，必有一部分出水樁損壞，并且在安裝過程中還會損壞農(nóng)作物。

2 高伸縮比全工況密封型灌溉出水樁設(shè)計

本設(shè)計包括底部固定管、頂部伸縮管、頂部出水咀、過渡伸縮管、伸縮內(nèi)芯、底部固定管和頂部伸縮管之間連接多個端對端伸縮連接的過渡伸縮管；頂部出水咀安裝在頂部伸縮管的上端；底部固定管、過渡伸縮管、頂部伸縮管內(nèi)部設(shè)有貫通的連接槽；伸縮內(nèi)芯安裝在連接槽內(nèi)；伸縮內(nèi)芯包括底部定位環(huán)、伸縮組件、頂部定位環(huán)；底部定位環(huán)安裝在底部固定管的內(nèi)部四周；頂部定位環(huán)安裝在頂部伸縮管的上端內(nèi)部四周；伸縮組件上下兩端分別連接在頂部定位環(huán)和底部定位環(huán)之間。該設(shè)計的密封性好、伸縮長度可調(diào)、連接穩(wěn)固、安裝拆 卸便利、可調(diào)節(jié)出水速度[6]。出水樁全部伸出實物圖如圖1所示，縮回實物圖如圖2所示，過渡伸縮管和滑動鎖定螺桿的俯視圖如圖3所示。

圖1 出水樁全部伸出實物圖

圖2 出水樁縮回實物圖

1.滑動鎖定螺桿；2.驅(qū)動環(huán)體；3.鎖定螺母圖3 過渡伸縮管和滑動鎖定螺桿的俯視圖

3 工作原理

該出水樁是滴灌系統(tǒng)中地下管網(wǎng)和地表滴灌帶的重要連接裝置，農(nóng)作物需要灌溉時，打開滴灌系統(tǒng)供水泵，以適當(dāng)?shù)乃畨?0.3～0.5 MPa)維持幾分鐘，出水樁在水壓作用下自動升出地面，連接滴灌帶進(jìn)行灌溉，當(dāng)耕種時將出水樁使用工具縮回地下，如圖4所示可縮回地下50 cm以下不影響農(nóng)機耕種。

圖4 出水樁收縮狀態(tài)

如圖5出水樁工作過程圖：①出水樁縮回地下50 cm以下；②在水壓作用下出水樁自動升出地面；③出水樁連接地下管網(wǎng)和滴灌帶進(jìn)行滴灌。

圖5 出水樁工作過程圖

4 結(jié)構(gòu)特點分析

該出水樁涉及節(jié)水灌溉條件下的灌水方式裝置,尤其是一種用于農(nóng)田灌溉的半自動化伸縮式出水樁,主要包括固定套管、滑動套管、防護(hù)套、緊固套、自洗端蓋?；瑒犹坠懿迦牍潭ㄌ坠軆?nèi)部,緊固套套在固定套管外,通過螺紋與固定套管上部連接,滑動套管上下滑動時,緊固套的內(nèi)環(huán)臺卡住滑動套管的限位環(huán)臺,使得滑動套管不能滑出固定套管,防護(hù)套下部插入緊固套的環(huán)形凸沿內(nèi),且套在滑動套管外圍,自洗端蓋與滑動套管的上端螺紋連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比,該設(shè)計結(jié)構(gòu)合理,操作簡便,可免拆卸,自清洗,節(jié)省人力和物力,是一種可有效防止泥土阻塞、經(jīng)濟實用、用于農(nóng)田灌溉的半自動化伸縮式出水樁。

5 實驗驗證

項目目前已完成中試，已按照技術(shù)要求生產(chǎn)出實驗產(chǎn)品，圖6、圖7是正在安裝的出水樁，圖6在全部升出地面的出水樁，圖7為縮回地面的出水樁。

圖6 全部升出地面的出水樁

圖7 縮回地面的出水樁

5.1 成熟性分析

1)穩(wěn)定性。中試階段在不同的氣候條件下，其收縮率、成品率變化很小，產(chǎn)品在測試裝置上，所測得的數(shù)據(jù)變化也很小，產(chǎn)品的整體和各部分尺寸都在允許誤差范圍內(nèi)。

2)收縮率。在小試階段達(dá)86%以上，中試階段達(dá)91%。

3)成品率。在小試階段達(dá)92%以上，中試階段達(dá)96%。

4)可靠性、耐久性、安全性。 產(chǎn)品已進(jìn)入小試、中試和完成中試階段，進(jìn)入小批量生產(chǎn)，在小試、中試階段的產(chǎn)品，已全部用于示范推廣，部分產(chǎn)品已達(dá)三年，所有用戶反映出水樁性能可靠，功能表現(xiàn)優(yōu)異，耐候性強，土壤親和性好。

5.2 項目產(chǎn)品的技術(shù)檢測、分析化驗

2016年8月公司產(chǎn)品灌溉伸縮式出水樁送到鹽城市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所作產(chǎn)品性能檢測，檢測結(jié)果如下。

1)密封性能。技術(shù)要求為產(chǎn)品在1.0 MPa水壓下保壓10 h，無破損、無滲漏現(xiàn)象。檢驗結(jié)果為合格，單項評價為合格。

2)伸縮性能。技術(shù)要求為產(chǎn)品在0.3 MPa水壓下，其第一活動管必須開始伸出。檢驗結(jié)果為合格，單項評價為合格。

3)縱向回縮率。技術(shù)要求小于等于5%。檢驗結(jié)果為合格，單項評價為合格。

4)產(chǎn)品密度。技術(shù)要求1 350～1 460 kg·m-3。檢驗結(jié)果為1 377 kg·m-3，單項評價為合格。

6 結(jié)語

產(chǎn)品將向全結(jié)構(gòu)尺寸、多系列智能化方向發(fā)展，擴大產(chǎn)品外延，不斷拓展出水樁在種植業(yè)方面的使用范圍，深入研究，挖掘出水樁在其他非農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用可能；另外，在出水樁的后市場研究開發(fā)配套的用于出水樁安裝、出水樁定位、出水樁無水狀態(tài)下的準(zhǔn)確尋找，以便進(jìn)一步延長產(chǎn)業(yè)鏈，提升整體產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力。