一种水利灌溉装置及方法

技术领域

本发明主要涉及作物喷淋灌溉相关技术领域，具体是一种水利灌溉装置及方法。

背景技术

为了保证作物正常生长，获取高产稳产，必须供给作物以充足的水分。在自然条件下，往往因降水量不足或分布的不均匀，不能满足作物对水分要求。因此，必须人为地进行灌溉，以补天然降雨之不足。

但是现有的喷头，只能实现一个距离的喷淋，不能对喷灌距离进行自动调节。所以需要一种能够自转，并且同时能够调整喷射距离以及范围的喷头，而且能够对水管根部周围进行很好地灌溉。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种水利灌溉装置及方法，其能够在灌溉过程中进行自转，同时可以自动调整喷射距离，以达到大范围、全面的灌溉效果。

本发明的技术方案如下:

根据本发明的一个方面，提供一种水利灌溉装置，包括底座、水管，所述水管可转动的安装于底座上，水管一端设有入水口、另一端出水口设有灌溉喷头，

在所述水管上设有一个可以通过转动控制水管出口压力的阀门；

所述水管外部安装有一个可以翻转的翻斗，所述翻斗通过传动机构连接至阀门，所述翻斗被设置为可收集由水管流出的部分水流，且当收集的水流量达到设定流量时进行翻转并复位，通过翻斗的间歇翻转以及传动机构控制阀门的间歇转动，改变水管出口压力进而改变灌溉喷头的喷射距离。

进一步，所述水管中部设有一转向水管，所述转向水管具有两对向的转向喷头，通过转向喷头的反作用力推动所述水管转动。

进一步，所述转向喷头喷出的水流收集于一集水盒内，通过集水盒上设置的漏水口流入所述翻斗内。

进一步，所述传动机构包括顶杆、棘轮以及齿轮组；

所述顶杆一端连接所述翻斗，在翻斗翻转时，由顶杆另一端设置的第一棘爪推动棘轮转动，所述棘轮转动时通过齿轮组驱动所述阀门转动；

在所述棘轮一侧还设有用于防止棘轮回转的第二棘爪。

进一步，所述齿轮组包括与棘轮同轴连接的大齿轮、与大齿轮啮合配合的小齿轮、与小齿轮同轴设置的半齿轮，所述阀门上设有部分齿牙用于与半齿轮啮合，且当所述阀门与半齿轮脱离啮合关系时，在水压作用下阀门倒转复位。

进一步，所述水管上设有一阀门外壳，所述阀门安装于所述阀门外壳内且部分伸出阀门外壳；

所述棘轮、第二棘爪、齿轮组均安装于所述阀门外壳上。

进一步，所述阀门偏心处设有一第二关节，所述第二关节连接一连杆，所述连杆通过第一关节连接灌溉喷头，用于在阀门转动时，调节灌溉喷头的出水口大小。

进一步，所述底座上设有摩擦块，所述水管上设有膨胀管，所述膨胀管位于摩擦块内部，用于在水压增大时膨胀，以增大与摩擦块之间的摩擦力。

进一步，所述水管上设置有固定块，所述固定块上设有转杆，所述翻斗安装于所述转杆上，翻斗底部设置配重块用于翻斗复位，翻斗下方设有集水箱，集水箱上连接排水管。

根据本发明的另一方面，提供一种水利灌溉方法，采用上述的灌溉装置，所述方法包括如下步骤：

S1、打开与水管连接的送水管开关，使水流进入水管内；

S2、通过转向喷头反作用力，带动水管缓慢旋转，同时由集水盒收集转向喷头喷出的水流，并通过漏水口逐步漏到下方的翻斗内；

S3、在翻斗内水量达到设定值时，翻斗进行翻转，带动顶杆向上顶起，同时翻斗内的水倾倒入下方的集水箱，并通过排水管流出；

S4、第一棘爪随顶杆上顶带动棘轮旋转一格，与棘轮同轴的大齿轮旋转一齿，与大齿轮啮合的小齿轮旋转一齿，与小齿轮同轴的半齿轮旋转一齿，与半齿轮啮合的阀门顺时针旋转一齿；

S5、阀门顺时针旋转一齿时其通道与阀门外壳发生错位，使水流在阀门处通过的内径变小，水压增大，从而使灌溉喷头喷出的水流变远，同时，阀门带动第二关节顶着连杆移动，连杆通过第一关节将灌溉喷头的出水口变小；

S6、随着水压增大，膨胀管发生膨胀，与摩擦块之间的摩擦力增加，降低水管旋转速度；

S7、在水压达到最大，喷射距离达到最远时，随着半齿轮旋转，阀门与半齿轮脱离啮合关系，在水压作用下，阀门逆时针旋转，恢复初始状态，然后随着半齿轮的旋转再次啮合。

本发明的有益效果：

1、本发明的灌溉装置，通过设置的翻斗能够实现间歇性的翻转，且可通过翻斗的间歇翻转带动阀门的间歇转动，阀门在间歇转动时能够通过调节水管内压力，而改变水流的射出距离，因此，本装置能够在仅借助水力的作用下逐步改变灌溉范围，中远近距离均可兼顾，再配合转动的水管能够达到大面积的灌溉效果，以提高对作物的灌溉效率和灌溉质量。

2、本发明的水管自转直接借助转向喷头的反作用力实现，且转向喷头的水流通过收集后用于翻斗的翻转动力，最终再通过下方的集水箱、排水管排出，能够实现对水管根部周围进行良好灌溉的效果。

3、本发明的传动机构结构设计紧凑，布局合理，能够保证各零部件之间的灵活、稳定运动。

4、本发明的阀门在转动时，可同时控制灌溉喷头的开口度，以进一步增大喷射范围。

5、本发明中，在水管内水压增大时，会使膨胀管膨胀以增大摩擦力，使水管的转速变慢，进一步保证灌溉效果。

附图说明

附图1为本发明的整体结构示意图。

附图2为阀门转动一定角度后结构示意图。

附图3为图1中A-A方向视图。

附图4为灌溉喷头结构示意图；

附图5为灌溉喷头调节后结构示意图；

附图6为阀门与阀门壳体位置关系示意图。

附图中所示标号：

1灌溉喷头；2喷头上嘴；3喷头下嘴；4喷头转轴；4-1第二喷头转轴；5第一关节；6连杆；7第二关节；8阀门外壳；9阀门；10集水盒；11转向水管；11-1转向喷头；12固定块；13摩擦块；14膨胀管；15限位块；16轴承；17底座；18入水口；19排水管；20集水箱；21配重；22转杆；23翻斗；24顶杆；25漏水口；26第一棘爪；27棘轮；28大齿轮；29小齿轮；30半齿轮；31第二棘爪；32棘爪固定杆；33水管。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

如图1-6所示，为本发明实施例所提供的一种水利灌溉装置相关结构示意图。本装置主要包括底座17、水管33。底座17预埋在田地里，水管33底部的入水口18与后方的送水管连接，水管33通过轴承16以及限位块15与底座17连接，使水管33只可以转动，不可以轴向移动，其中限位块15可防止水管33的轴向移动。水管33的另一端是出水口，并安装有灌溉喷头1，水管内的水流通过灌溉喷头1喷出实现对作物的灌溉。

在水管33上安装有一个可随之转动的阀门外壳8，阀门外壳8内设置一个阀门9，阀门9可在阀门外壳8内自由转动，但不可轴向移动，阀门9、阀门外壳8内部均有水流通道。

水管33上固定安装有固定块12，固定块12能够随水管33转动，翻斗23安装在固定块12一端的转杆22上。翻斗23底部有配重，在内部没有水时开口向上，内部水量达到一定值时会自动翻转将水倒出。翻斗23通过一个传动机构连接至阀门9，用于带动阀门9进行转动。由于翻斗23仅当水量达到一定程度时才发生一次翻转，因此翻斗23的翻转是间歇性的，故，通过翻斗23驱动的阀门9其转动同样是间歇性的。如图2所示，而当阀门9转动时，其水流通道与阀门外壳8的水流通道发生错位，会使水流通过的内径变小，水压就会增大，所以灌溉喷头1喷出的水流会变得更远，而间歇性的阀门9运动，也可使灌溉喷头1在该范围内持续一定的灌溉时间，随着水管33的自转，达到一周的全面灌溉效果。

作为优选，本实施例中，水管33的自转通过水流驱动，具体的，在水管33中部设有一转向水管11，如图3所示，转向水管11具有两对向的转向喷头11-1，通过转向喷头11-1的反作用力可以推动水管33转动。同时，将转向水管11设置在集水盒10内，集水盒10将转向喷头11-1喷出的水流收集，然后通过下方的漏水口流入翻斗23内，使翻斗23内的水量逐渐增加，同时翻斗23倾倒后的水可通过集水箱20以及排水管19流出至水管33附近，恰好可以灌溉到灌溉喷头1难以触及的区域，保证灌溉效果。

作为优选，本实施例中，传动机构主要用于将翻斗23的间歇翻转转化为阀门9的间歇转动。其结构设计如下:

包括顶杆24、棘轮27以及齿轮组,顶杆24一端连接翻斗23，可在翻斗23翻转时上顶，顶杆24另一端设置第一棘爪26，可推动棘轮27转动，棘轮27一侧还设有用于防止棘轮27回转的第二棘爪31，安装第二棘爪31的棘爪固定杆32固定连接在阀门壳体8上，阀门9在伸出阀门外壳8的部分由1/5圈齿牙，与半齿轮30啮合，棘轮27与大齿轮28同轴，转轴固定在阀门外壳8上，半齿轮30与小齿轮29同轴，小齿轮29与大齿轮28啮合。因此，棘轮27转动一格时，可以带动阀门9也转动一格，而随着阀门9的间歇转动，会逐步扩大灌溉距离，且当达到一定程度时，阀门9会自动与半齿轮30脱离啮合关系，在水压作用下自动复位，如此循环作业。

为了进一步增大灌溉距离，本实施例中，还设置有与阀门9联动的机构用于控制灌溉喷头1的开口。具体的，在阀门9偏心处设有一第二关节7，第二关节7连接一连杆6，连杆6通过第一关节5连接灌溉喷头1，用于在阀门9转动时，调节灌溉喷头1的出水口大小(如图4、5所示)，当灌溉喷头1的出水口变小时，可进一步增大灌溉距离。

作为优选，为了保证灌溉效果，本实施例中，在底座17上设有摩擦块13，摩擦块13固定在底座17上不可转动，水管33上设有膨胀管14，膨胀管14随水管33转动，在压力增大时，可发生水平膨胀，以增大与摩擦块13之间的摩擦力降低水管33转动速度，保证灌溉效果。

本发明实施例所提供的灌溉装置，其工作原理及使用时的灌溉方法如下。

一、农田需要灌溉时，打开后方供水管开关，水流随着供水管进入到入水口18内，然后进入到水管33内。

在水管33中部的转向水管11有两对向的转向喷头11-1，随着水流的进入，管内水压增大，水流由转向喷头11-1喷出，在反作用力的带动下，推动水管33缓慢旋转。转向喷头11-1喷出的水流，被集水盒10收集起来，然后由漏水口25逐步漏到翻斗23内。

二、翻斗23，在没有水的时候，由于底部配有重物21，所以开口处朝上，随着水流的进入，翻斗23的中心逐渐上移，所以在翻斗23内装满水后，翻斗23发生180度的翻转，就会带动顶杆24向上顶起。

三、在顶杆24顶端有第一棘爪26，随着顶杆24的上顶，第一棘爪26带动棘轮27旋转一格，然后棘轮27被第二棘爪31顶住，防止发生回转。

四、棘轮27旋转一格后，与棘轮27同轴的大齿轮28与旋转一齿，所以与大齿轮啮合的小齿轮29也会旋转一齿，就会带动半齿轮30旋转一齿，半齿轮30就会带动阀门9旋转一齿。也就是阀门9顺时针旋转一齿。随着阀门9的转动，带动第二关节7顶着连杆6向右上方移动，连杆6通过第一关节5将灌溉喷头1的出水口变得闭合一点。

五、阀门9顺时针旋转后，就会导致阀门9与阀门外壳8的水流通道发生错位，意味着水流在阀门9处通过的内径变小，水压就会增大，所以从灌溉喷头1喷出的水流就会变得更远。同时由于喷嘴也变得闭合了一些，就会使喷出的水范围也变广一些。

六、随着水压的增大，膨胀管14发生膨胀，所以与摩擦块13摩擦力增大，会使水管33旋转更为缓慢。

依次类推，水压越大，喷射距离越远、范围越广、旋转也更为缓慢，所以能够充分照顾中远距离作物。

七、由翻斗23翻出的水，倾倒进集水箱20内，然后由排水管19排出，对灌溉喷头1下方近距离的、喷头灌溉不到的作物能够进行很好地灌溉。

经过几次的调节后，在水压达到最大，喷射距离达到最远后，半齿轮30也旋转到了没有齿的另一半，阀门9不再与半齿轮30啮合，没有了阻力，所以就会在水压的作用下，逆时针旋转，恢复初始状态，然后随着半齿轮30的旋转再次啮合。

可见，本实施例提供的灌溉装置及方法，其通过收集水流，翻斗传递动力，使阀门逐渐变小，导致水压增大，喷射距离也变远，而且喷水口随着变扁，喷射范围就会变广，能够很好地浇灌中远距离作物，而且翻斗收集的水也可以很好浇灌近距离作物，整体覆盖范围广，中远近距离均可兼顾。