YQ1_030709论我国农田节水灌溉系统工程

158258第一部分一种全新节水灌溉系统工程构思第二部分一种全新节水灌溉机械设计方案第三部分设计依据第四部分结束语358第一部分一种全新节水灌溉系统工程构思一我国是世界最缺水的13个国家之一人均水资源只为世界平均量的1/4并且水资源分配极不均匀黄河流域华北及西部地区非常干旱而长江每年排入东海水量达96000亿M3因此十五计划投巨资修筑南水北调工程国家提出必须先节约用水后南水北调因此农田有效节水灌溉是摆在目前最严峻的课题图1是南水北调地图458558二只有用系统工程观点和方法来研制节水灌溉机械才是有效节水灌溉唯一出路1纵观近二三十年来我国在节水灌溉机械方面,都只是在上面喷灌方面做如何节水文章而不去研究防止耕作层中的水份向深层渗漏的方法因此这些机械拿到黄河流域及其它常年缺水地区是不起什么作用的可说是滴水车薪呵因为干旱都是跨地区跨省的并且土壤多是砂性和地下水涸竭因此我个人认为这样的节水灌溉机械在黄河流域西部华北地区是没有多大实际意义的请参阅图2图3图4658图2758图3858图49582我的设计观概括起来就是八个字“上面喷淋下面防漏”上面喷淋——让作物喝足水吃饱肥而不是克扣粮饷只有这样才能保证农作物丰收下面防漏——在耕作层下铺设塑料薄膜防止耕作土壤中水份向下渗漏好象是把大块农作物种在“花盆”内似的只有这样才能保证耕作层内水份充足和保墒时间长它特别适合在地下水被大量抽出的砂性土壤的平原地区只有这样才能在确保丰收前提下达到真正节水灌溉的目的3干旱地区都是跨地区或跨省因此必须用系统工程来控制这里不涉及生态环境方面的控制即将小块农田合并成大块并平整土地采用暗渠固定矩阵式网络喷灌系统和机械化作业这既可以提高农田抵御干旱和虫灾能力还可释放出大量农业劳力去从事第三产业10584以南水北调中线为例到达用户的水价预计为3.24.8元/m32003年山东省为保证节约用水出台了用水价为4元/m3农民能承受得起这种高价水用来灌溉农田吗因此研究适用于在黄河流域西部华北地区的农田有效节水灌溉机械是我国当前极其重要的课题5目前农田引水渠道已逐渐推广暗渠输水管道和明渠铺水泥板或PVC塑料U型瓦输水见图3因而可大大减少输水途中的漏损但是输水管所占的面积与农田面积相比却是微乎其微因此只有在耕作层下铺地膜才是最有效地节水措施在第二部分将介绍实现图5和图6所示模式需开发两种新型节水灌溉机器附图5图5a及图6是我设计的有效节水灌溉模式示意图1158125813585-1图5图5a说明在河南或山东也可选华北或西北地区选一块长宽=1000×500米500公顷作为农田网络暗渠喷灌系统的示范基地也可以选更大面积农田其主要特征5-1-1在耕层下埋设行距34米的PVC输水暗管在暗管上安装间距34米可自动旋转双喷头喷头喷洒直径为38米在这500公顷内共装有406个DY2型双喷头这406个喷头由一台水泵供水当水泵一启动则在500公顷上空同时喷洒当达到作物所需水份时则关闭电机如果土壤中设置数十个土壤水份监测器和PC机就可实现自动适时控制喷水灌溉5-1-2关于喷灌控制中心中心内除设有水泵-电机组外还设有过滤器避免混浊水堵塞喷头上喷孔药或肥水混合器注应选水溶性化肥可以让喷药或施肥随着喷灌一次完成并且很精确控制农药和化肥的用量这样一是节省了大量人力二是确保喷洒1458均匀用量精确和PC控制器控制整个喷灌系统的运行5-1-3大旱之年往往伴随虫灾特别是蝗虫发生在一块很大面积里如果不能同时喷洒农药往往收效甚微而我所提出的这种网络暗渠矩阵式喷灌系统由于是同时喷洒的故在这种时刻将会显示出它的巨大灭虫效能5-1-4如果示范基地是处在砂性土壤地下水枯竭则应在这500公顷耕作层下铺设一层防渗漏的塑料薄膜只有这样才能达到名符其实的节水灌溉目的500公顷就需铺设50万平方米的塑料薄膜我所设计的这种高效铺膜机的性能方案其铺膜效率可达到每小时铺1万平方米也就是说500公顷面积只需50小时就可铺设完毕5-1-5图5a是防止农业机械碰撞喷射支管装置示意图采用三种保险措施发光材料标致牌红外线报警装置和喷射管防撞装置155816585-2图6说明图中说明了铺地膜结构主要点5-2-1目前农用塑料薄膜最大问题是白色污染虽采用PE或EVA生物或光降解塑料膜但降解速度仍不是很快的并且破碎地膜搅拌到耕作层土壤中严重破坏了土壤结构大大降低了土壤的透气性影响到作物正常生长5-2-2防渗漏地膜铺设深度应大于农田耕作深度因而在农田耕耙播收全过程作业是不会破坏深层地膜的并且塑料薄膜选用最新降解的EVA生物降解故可以认为是不存在对农田“白色污染”的5-2-3农田防渗漏地膜的模式是幅宽3米两幅地膜间距0.2米留出这个间隙是考虑到一旦土壤水份过多时可从此处渗漏出去大雨引起的农田积水只能靠地表排水系统排泄这种模式就好象是把农作物种在一个500公顷面积的特大“花盆”中两幅地膜之间间1758隙就相当花盆底部漏水孔显然这是最有效的节水模式5-2-4关于农田耕深控制在北大荒黑龙江三江平原因拖拉机马力较大传统耕深均为25-30公分而关里因拖拉机马力小得多其传统耕深均在15-20公分由于我设计的这种高速铺膜机的铺膜深度是可精确调节的因而可根据当地农田传统耕深H传来确定铺膜深度H铺一般取H铺=H传+510cm5-2-5在耕作层下铺设地膜后除起到有效节水灌溉外还可大大减少水土流失从而大大减少了农药和化肥的施用量这是因无地膜条件下的灌溉水向地深层渗漏时同时也会将农药化肥一起带走农民只有增加农药和化肥施用量来补偿渗漏损失因而造成对地表水及地下水严重污染显然在耕作层下铺设地膜是一种很有效的环保措施18586归结图5图6所述6-1实现网络暗管渠喷灌系统的示范基地其关键机器是高速暗管挖沟机我过去曾用11年时间专门研究这种挖沟机的参见图1因此再来设计这种铺设暗管挖沟机是非常有把握的在该机上还要增加“激光导航”技术用来保证暗管沟渠的直线性和各管之间的平行度其它均可采用标准附件6-2实现在耕作层下铺设地膜的方案成败关键是能否研究出一种高速铺膜机按照设计计算和多年从事这方面工作经验是可以达到每小时铺膜一万平方米的归结上述我国缺水是面临极其严峻的局面请看下图1958图72058图82158因此开发新型节水灌溉机械是载重车公司是千载难逢的机遇图92258第二部分关于农田节水灌溉机械设计方案一GXPJ3000高速旋耕铺膜机介绍二GAWJ700高速暗管挖沟机介绍三MQWJ1300明渠挖沟机介绍2358一GXPJ3000高速旋耕铺膜机介绍GXPJ3000具有“旋耕”“铺膜”双重功能根据需要还可在铺膜机后部安装附件进行“镇压”保墒或“起垄”等功能从图中可以看出它是从旋耕挖土铺膜复盖土镇压或起垄等全部自动完成GXPJ3000采用东风重型牵引车作牵引车但须作许多改装配有WD615.68A型柴油机235Kw底盘改成44全液压驱动全液压折腰转向液压系统零件均采用BoschRexroth公司产品GXPJ3000铺膜效率在膜宽3米时预计每小时可铺800012000m2合0.8-1.2公顷/小时只需34人操作其中两人是移动激光靶的GXPJ3000采用“激光靶”导航以保证铺膜的直线性和相互间平行度该“激光靶”导航系统会产生±420mA信号用来对比例油缸进行转向导航控制24582558下面将介绍1ZQK130自走式44静液压驱动清淤开沟机介绍1985年获农牧渔业部科学技术进步二等奖2GXPJ3000高速旋耕铺膜机牵引车主要结构介绍3GXPJ3000高速旋耕铺膜机旋耕铺膜工作部件介绍4GXPJ3000高速旋耕铺膜机自动调节铺膜速度原理5GXPJ3000高速旋耕铺膜机自动导航三种方案6GXPJ3000高速旋耕铺膜机液晶屏显终端监控26581ZQK130自走式44静液压驱动清淤开沟机介绍2758下面播放一段录象28582GXPJ3000高速旋耕铺膜机牵引车主要结构介绍21GXPJ3000牵引车底盘结构图2958305822GXPJ3000牵引车动力布局图3158图二十一说明也可选用EQ4186G车身但需在后部接一节车箱并且驾驶室与后部车箱动力室相通由于轮胎直径增大车身还需作相应改装32583GXPJ3000高速旋耕铺膜机旋耕铺膜工作部件介绍31GXPJ3000旋耕刀筒结构图二十二335832GXPJ3000地膜筒结构34584GXPJ3000高速旋耕铺膜机自动调节铺膜速度原理35585GXPJ3000高速旋耕铺膜机自动导航三种方案365837586GXPJ3000高速旋耕铺膜机液晶屏显终端监控1选用15笔记本电脑作终端显示2将机上所传感器信号420mA或420mA经PC可编程序控制器传到终端显示3终端监控内容包括主机作业速度铺膜运行工况地膜是否正常铺膜和剩余量柴油机运行工况转速温度液压系统运行工况油压油温及自动控制状况是否正常3858二GAWJ700高速暗管挖沟机介绍3958三MQWJ1300明渠挖沟机介绍4058第三部分设计依据一ZQK130的旋转园盘切土刀与菲亚特公司挖沟机对比分析二GXPJ3000铺膜机适用地区与生产率估计分析三GXPJ3000铺膜机采用了高性能液压传动及比例控制技术四我从事静液压传动的经历4158一ZQK130旋转园盘切土刀与菲亚特公司挖沟机对比分析1旋转园盘切土刀原理42582菲亚特与ZQK切土阻力对比43583单园盘与双园盘切土刀的特点及功能44584美挖沟机照片图三十一45585ZQK-130清淤挖沟机鉴定的评语摘要ZQK-130自走式清淤开沟机成功之处主要表现在它的生产率高每挖一方土消耗的功率少只为菲亚特及原苏联的1/21/4其基本原因是园盘铣土刀的结构作了重大改进采用平行四连杆机构来升降开沟工作部件使园盘铣土刀旋转平面与沟坡夹角即离角0并且在仍何开沟深度下离角均保持不变这两项措施使挖土的切削阻力大大减小在84年9月16日受农牧渔业部的委托由农场总局主持的鉴定会上给予了充分的肯定鉴定结论认为与会代表一致认为该机的研制是成功的在继承传统旋转式开沟机的主要优点的基础上密切结合我国国情在许多方面出了较多重大的突破还在理论方面作了一些创新可以认为在刀盘结构参数整机布局及液压升降系统方面具有一定的国际先进水平不但为三江平原的开发治理提供了一个高效实用的重要机型而且这一成果还填补了我国自走式清淤机的一项空白4658二GXPJ3000铺膜机适用地区与生产率估计分析1适用我国黄淮海流域及西北地区2ZQK130在黑龙江黑土地带生产率是发动机功率120马力/用于挖沟约85Ps开挖新沟Q=100300m3/h清淤Q=200500m3/h3GXPJ3000铺膜机生产率的估算发动机总功率235Kw其中用于挖土刀盘上功率不小于190Kw=258Ps;比ZQK130大3倍作业对象是疏松土壤其土壤比阻比清淤低得多按比黑龙江小2倍预计生产效率Q3000m3/h铺膜面积F=3000÷0.25=12000m2/h注0.25耕作层厚4758四GXPJ3000铺膜机采用了高性能液压传动及比例控制技术4858四我从事静液压传动的经历17384年期间所研究的清淤开沟机其液压传动均是参照引进的美德谷物联合收割机原理进行的并选用美森斯川特公司和德沙瓦公司的泵和马达79年末曾去东德接受E516康拜因培训对这种液压传动有较深的了解右图是培训结业证书所研制的第三轮ZQK130清淤开沟机于85年获农牧渔业部科学进步二等奖4958284年末至今88年被北京理工大学研究生院聘任为高级工程师液压传动与控制指导教师505889年末承接EQ153车门前框拉弯成型机见下图设计任务从设计制造和调试仅用八个月按时完成90年向国庆节献礼任务51585258曾为50厂装备部与50厂设计科联合设计设计01线仿GF气冲造型线我担任液压与气动部分主管设计后又为50厂长桥线液压系统更新进行了设计由于GF造型线气冲阀制造难度非常大我提出用蝶阀作为开启主阀装备部拔款进行研制样机在GF线车间内按完全相同条件砂箱面积也相同进行对比试验其结果是气冲标准时间0.02秒当时测定的GF线为0.015秒样机为0.025秒与标准仅差0.005秒比GF大0.01后因无资金而夭