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摘要河北省低平原地区属半干旱地区，地下水资源极度匮乏，发展节水农业已刻不容缓。多功能水肥一体定额灌溉机是集节水灌溉、施肥、喷药等功能于一体的设备，其操作简便，省时省工。
关键词灌溉机；水肥一体化；节水；定额灌溉
中图分类号S274文献标识码A文章编号0517-6611（2014）21-07237-02
Development and Application of Multifunctional Devices of Irrigation and Fertilizer Quota
LI Aiguo， LI Heping et al（Dryland Farming Institute， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Hengshui， Hebei 053000）
AbstractThe low plain area of Hebei Province is a semiarid region， the groundwater resource is extremely scarce， the development of watersaving agriculture is of great urgency. Development of multifunctional devices of quota irrigation is a set of watersaving irrigation， fertilizer， spray and other functions in one device， which is convenient， timesaving and laborsaving.
Key wordsIrrigation machines； Integrated management of water and fertilizer； Water conservation； Quota irrigation
河北省低平原地区属半干旱地区，常年降雨量不足，且四季降雨量分布不均，尤其春季降雨量稀少，水资源极度匮乏。河北省低平原地区是重要的粮食产区，其中冬小麦对水量的需求较大，浇灌水源主要依赖对地下水的开采[1]，导致地下水资源极度匮乏[2]。以衡水为例，衡水市年水资源量仅多功能水肥一体定额灌溉机是集作物多种作业于一体的专用节水灌溉设备，主要优点是根据土壤墒情和作物需水情况进行适量浇灌，避免多余水分的浪费，可大大提高节水灌溉效率。设备中还设计了水肥一体化、施药等多种功能，其操作简便、省工省时，节约土地、防止土壤板结和减少土壤盐渍化。
1.1水肥（药）一体化动力车
1.1.1基本结构。水肥（药）一体化动力装置也是整个喷灌设备的核心部分，主要由电机、高压泵、溶解桶和变频控制器等组成（图1）。
注：1——电机（可调频）；2—高压泵出水口；3—高压泵进水口；4—多级加压泵；5—带有肥料进水口；6—肥料出水口；7—肥料（或农药）溶解桶；8—变频控制器，与电机1和电机16相连；9—第一导液管；10—进水管；11—过滤网；12—第二导液管；13—阀门；14—导液管；15—阀门；16—电机；18—阀门；19—阀门；20—外联接口；21—阀门。
图1水肥（药）一体化动力装置1.1.2基本工作原理。肥料溶解桶7的肥料（药）进水口5通过第一导液管9与高压泵出水口2连接，在高压泵进水口3上连接有带有过滤网11的进水管10，进水管10与肥料出水口6通过第二导液管12连接。通过变频控制器8控制电机1，使得多级加压泵4的压力可以调节，在浇灌前，先通过第一导液管9将高压泵出水口2中的水输送到肥料溶解桶7内，肥料在肥料溶解桶7内溶解成肥料溶液，然后通过第二导液管12将肥料溶液输送到到多级加压泵4中，与浇灌水一起到达农田中，通过调节浇灌水的压力，来实现不同地形和地块的浇灌，而且肥料更加均匀，在浇灌前用高压浇灌水进行肥料稀释，减小了劳动强度，提高了浇灌效率。灌溉液体压力可以根据需要情况进行调节，且压力恒定，灌溉过程中，节水明显。工作时将进水管10与外联水源接通，高压泵出水口2与PE输水管装置接通。（1）当作业只需要灌溉时，将阀门13、15、18关闭，通过变频控制器8将电机16停止运行，开启电机1，并通过调频（转速）调节所需出水压力。（2）当需要肥料（药）的量较少（或浓度较低）时，可在溶解桶7中进行，通过阀门13开启可注入水（不需要时关闭）。待肥料（药）溶解后，开启电机16与阀门18、19可将肥料（药）液注入到进水管10中，并通过过滤网11后，与水源混合到达高压泵进水口3。（3）如果施肥（药）面积较大、肥料（药）的量较多时，也可不用溶解桶7，可通过外链接口20连接外部肥料（药）溶解池，开启阀门21、18、19，关闭肥料出水口的阀门、关闭阀门13、15。（4）如果需要的肥料（药）浓度较低时，也可不用电机16，通过电机1的工作产生的压差自行将肥料（药）液吸入进水管10中，此种情况需开启第二导液管12的阀门13，关闭电机16、阀门18、19、15。
1.2PE输水管
1.2.1基本结构。管长一般为250～450 m，管直径为50～110 mm五种规格，一次成型无接头，可缠绕在直径为2 m的绞盘上。管内充水，工作时压力可达7 kg/cm2力左右[5]。PE管可缠绕在绞盘上，绞盘上带有水涡轮驱动，通过水肥（药）一体化动力装置产生的压力水进入水涡轮驱动涡轮旋转。水涡轮的旋转经多功能变速箱装置带动绞盘转动，拖动PE管实现喷头车均匀回收，同时压力水进入PE管传送到喷头，实现喷头正常喷洒。该部分结构主要有机架、绞盘、底盘、动力牵引、PE输水管、变速箱、水涡轮驱动装置、自动调速装置、导向装置等几部分组成[6]。 注：1—机械支架；2—水涡轮；3—减速机；4—离合器；5—转盘；6—车轮；7—后支架；8-PE管（连接喷头车）；9-前支架；10—主阀门；11—卷盘；12—缠绕安全装置；13—拉杆；14—起降架。
图2PE输水管装置1.2.2工作原理。缠绕PE管的绞盘装有水涡轮式动力驱动系统，水涡轮转速从水涡轮轴引出一个两速段的皮带驱动装置传入到减速器中，再经链条传动产生强大的扭矩力驱动绞盘转动，从而实现PE管的自动回收。同时将水送到喷头车，喷头车随着PE管的移动不间歇的进行喷洒作业。
在水涡轮进水弯头处设有调整舌板，调整舌板的开启度便可控制进入涡轮的水流量，使水涡轮的转速也随之改变，改变PE管移动速度，从而达到控制所需喷水程度不同的目的。调节舌板的转轴通过球形接头与层叠补偿机构连接，使喷灌机在工作时，随绞盘有效直径和PE管摩擦阻力的变化，PE管叠层补偿杆自动改变调整舌板的开启度，从而保证PE管的回收速度，缠绕时几乎可以保持定速，从而实现自动调整速度达到喷洒均匀的目的[7]。
1.3喷头车喷头最多可安装13个，单侧展臂20～25 m，喷幅宽可达40～50 m。根据种植地块情况可以调节展臂的宽窄和喷头的数量（图3）。喷头车的动力和速度用PE输水管的拉动进行[8]。
2灌溉机的优点及使用性能
2.1优点
2.1.1定额灌溉。 灌溉机最明显的优势是根据土壤墒情和作物需要水分情况进行定额灌溉。比传统的大水漫灌、小白龙、微喷灌要明显节水[9]。喷头车的移动速度可以进行调节，速度越慢，浇灌水量越大。当喷洒农药和叶面肥时，一般将喷头车的速度调到较大的适当位置[10]。
2.1.2节约成本、效果好。省工、省时、喷洒均匀、人员不易中毒，特别是对迁飞性的害虫（如：盲蝽蟓）效果明显。
2.1.3其他优点。灌溉机的作业还具有防止土壤板结及盐渍化、净化植株叶表尘土、提高光合作用效率、节约土地、省时省工等优点。
2.2使用性能
2.2.1水肥一体化[11]。动力车中有肥料溶解桶，可将肥料
图3桁架喷灌车示意图直接倒入溶解桶中，一般第一次倒入量不应超过100 kg，然后将水灌入溶解桶中。在灌溉时，可随时添加肥料，溶解桶中的肥料水溶液始终应保持饱和状态。根据浇灌速度和所需施肥量，参照水表流量，调节控肥进出阀门即可。
2.2.2施药方法。根据施药面积在肥料桶中加入适量农药，再加入水，配成浓度较高的农药溶液。把喷头车速度调到合适位置。打开动力车的调频开关，调节喷头的压力。根据施药浓度和喷头车速度调节进水量和农药溶液的流量。
3结语
节水型多功能水肥一体灌溉机适用于多种墒情的土地灌溉，操作易掌握。使用水肥（药）时，应根据所需要的肥（药）量进行配置，计算施药桶的输出流量即可操作。该设备适合当前土地流转情况下形成的中小型农场或农业经济合作组织。一般地块长在150 m以上最佳，单次作业宽幅在40～50 m。浇灌地不用预留畦埂和水沟。如果用该设备喷洒除草剂，应特别注意设备的清洗工作，防止残留药液下次使用时产生药害。
参考文献
[1] 胡景辉，孙丽敏，贺秀珍，等.河北省低平原中低产类型区种植结构调
整过程及趋势分析[J].内蒙古农业科技，2013（5）：39-42.
[2] 王有增，张金锁，陈凤瑞.河北省低平原雨养农田因雨种植技术研究[J].耕作与栽培，1992（3）：1-5.
[3] 杨慧，任民.衡水市地下水超采综合治理试点工作广播电视动员大会[R].2014.
[4] 齐胜利.实现衡水市水资源可持续利用的对策[J].河北水利，2005（6）：10-12.
[5] 严海军，许一飞.悬挂式卷管灌溉机水力设计参数的几点探讨[J].节水灌溉，2001（3）：9-10.
[6] 葛茂生，吴普特，朱德兰，等.基于ANSYS的轻小型移动式喷灌机组桁架杆件优化研究[J].节水灌溉，2013（11）：63-65.
[7] 李林.移动绞盘式喷灌机的推广和应用[J].技术与市场，2012（6）：105-107.
[8] 王荣，奚泉，杜金平，等.大型喷灌机桁架的设计研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，1997，9（2）：43-50.
[9] 孙惠民，程满金，郑大玮.北方半干旱集雨补灌旱作区节水农业发展模式[J].应用生态学报，2005，16（6）：1072-1076.
[10] 孙宏勇，陈素英，张喜英，等.一种可移动式农田小定额灌溉装置[J].农机化研究，2009（4）：95-96.
[11] 杜义英，秦焱.河北省大田作物水肥一体化技术的思考[J].农业科技通讯，2013（1）：78-79.
关键词灌溉机；水肥一体化；节水；定额灌溉
中图分类号S274文献标识码A文章编号0517-6611（2014）21-07237-02
Development and Application of Multifunctional Devices of Irrigation and Fertilizer Quota
LI Aiguo， LI Heping et al（Dryland Farming Institute， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Hengshui， Hebei 053000）
AbstractThe low plain area of Hebei Province is a semiarid region， the groundwater resource is extremely scarce， the development of watersaving agriculture is of great urgency. Development of multifunctional devices of quota irrigation is a set of watersaving irrigation， fertilizer， spray and other functions in one device， which is convenient， timesaving and laborsaving.
Key wordsIrrigation machines； Integrated management of water and fertilizer； Water conservation； Quota irrigation
河北省低平原地区属半干旱地区，常年降雨量不足，且四季降雨量分布不均，尤其春季降雨量稀少，水资源极度匮乏。河北省低平原地区是重要的粮食产区，其中冬小麦对水量的需求较大，浇灌水源主要依赖对地下水的开采[1]，导致地下水资源极度匮乏[2]。以衡水为例，衡水市年水资源量仅多功能水肥一体定额灌溉机是集作物多种作业于一体的专用节水灌溉设备，主要优点是根据土壤墒情和作物需水情况进行适量浇灌，避免多余水分的浪费，可大大提高节水灌溉效率。设备中还设计了水肥一体化、施药等多种功能，其操作简便、省工省时，节约土地、防止土壤板结和减少土壤盐渍化。
1.1水肥（药）一体化动力车
1.1.1基本结构。水肥（药）一体化动力装置也是整个喷灌设备的核心部分，主要由电机、高压泵、溶解桶和变频控制器等组成（图1）。
注：1——电机（可调频）；2—高压泵出水口；3—高压泵进水口；4—多级加压泵；5—带有肥料进水口；6—肥料出水口；7—肥料（或农药）溶解桶；8—变频控制器，与电机1和电机16相连；9—第一导液管；10—进水管；11—过滤网；12—第二导液管；13—阀门；14—导液管；15—阀门；16—电机；18—阀门；19—阀门；20—外联接口；21—阀门。
图1水肥（药）一体化动力装置1.1.2基本工作原理。肥料溶解桶7的肥料（药）进水口5通过第一导液管9与高压泵出水口2连接，在高压泵进水口3上连接有带有过滤网11的进水管10，进水管10与肥料出水口6通过第二导液管12连接。通过变频控制器8控制电机1，使得多级加压泵4的压力可以调节，在浇灌前，先通过第一导液管9将高压泵出水口2中的水输送到肥料溶解桶7内，肥料在肥料溶解桶7内溶解成肥料溶液，然后通过第二导液管12将肥料溶液输送到到多级加压泵4中，与浇灌水一起到达农田中，通过调节浇灌水的压力，来实现不同地形和地块的浇灌，而且肥料更加均匀，在浇灌前用高压浇灌水进行肥料稀释，减小了劳动强度，提高了浇灌效率。灌溉液体压力可以根据需要情况进行调节，且压力恒定，灌溉过程中，节水明显。工作时将进水管10与外联水源接通，高压泵出水口2与PE输水管装置接通。（1）当作业只需要灌溉时，将阀门13、15、18关闭，通过变频控制器8将电机16停止运行，开启电机1，并通过调频（转速）调节所需出水压力。（2）当需要肥料（药）的量较少（或浓度较低）时，可在溶解桶7中进行，通过阀门13开启可注入水（不需要时关闭）。待肥料（药）溶解后，开启电机16与阀门18、19可将肥料（药）液注入到进水管10中，并通过过滤网11后，与水源混合到达高压泵进水口3。（3）如果施肥（药）面积较大、肥料（药）的量较多时，也可不用溶解桶7，可通过外链接口20连接外部肥料（药）溶解池，开启阀门21、18、19，关闭肥料出水口的阀门、关闭阀门13、15。（4）如果需要的肥料（药）浓度较低时，也可不用电机16，通过电机1的工作产生的压差自行将肥料（药）液吸入进水管10中，此种情况需开启第二导液管12的阀门13，关闭电机16、阀门18、19、15。
1.2PE输水管
1.2.1基本结构。管长一般为250～450 m，管直径为50～110 mm五种规格，一次成型无接头，可缠绕在直径为2 m的绞盘上。管内充水，工作时压力可达7 kg/cm2力左右[5]。PE管可缠绕在绞盘上，绞盘上带有水涡轮驱动，通过水肥（药）一体化动力装置产生的压力水进入水涡轮驱动涡轮旋转。水涡轮的旋转经多功能变速箱装置带动绞盘转动，拖动PE管实现喷头车均匀回收，同时压力水进入PE管传送到喷头，实现喷头正常喷洒。该部分结构主要有机架、绞盘、底盘、动力牵引、PE输水管、变速箱、水涡轮驱动装置、自动调速装置、导向装置等几部分组成[6]。 注：1—机械支架；2—水涡轮；3—减速机；4—离合器；5—转盘；6—车轮；7—后支架；8-PE管（连接喷头车）；9-前支架；10—主阀门；11—卷盘；12—缠绕安全装置；13—拉杆；14—起降架。
图2PE输水管装置1.2.2工作原理。缠绕PE管的绞盘装有水涡轮式动力驱动系统，水涡轮转速从水涡轮轴引出一个两速段的皮带驱动装置传入到减速器中，再经链条传动产生强大的扭矩力驱动绞盘转动，从而实现PE管的自动回收。同时将水送到喷头车，喷头车随着PE管的移动不间歇的进行喷洒作业。
在水涡轮进水弯头处设有调整舌板，调整舌板的开启度便可控制进入涡轮的水流量，使水涡轮的转速也随之改变，改变PE管移动速度，从而达到控制所需喷水程度不同的目的。调节舌板的转轴通过球形接头与层叠补偿机构连接，使喷灌机在工作时，随绞盘有效直径和PE管摩擦阻力的变化，PE管叠层补偿杆自动改变调整舌板的开启度，从而保证PE管的回收速度，缠绕时几乎可以保持定速，从而实现自动调整速度达到喷洒均匀的目的[7]。
1.3喷头车喷头最多可安装13个，单侧展臂20～25 m，喷幅宽可达40～50 m。根据种植地块情况可以调节展臂的宽窄和喷头的数量（图3）。喷头车的动力和速度用PE输水管的拉动进行[8]。
2灌溉机的优点及使用性能
2.1优点
2.1.1定额灌溉。 灌溉机最明显的优势是根据土壤墒情和作物需要水分情况进行定额灌溉。比传统的大水漫灌、小白龙、微喷灌要明显节水[9]。喷头车的移动速度可以进行调节，速度越慢，浇灌水量越大。当喷洒农药和叶面肥时，一般将喷头车的速度调到较大的适当位置[10]。
2.1.2节约成本、效果好。省工、省时、喷洒均匀、人员不易中毒，特别是对迁飞性的害虫（如：盲蝽蟓）效果明显。
2.1.3其他优点。灌溉机的作业还具有防止土壤板结及盐渍化、净化植株叶表尘土、提高光合作用效率、节约土地、省时省工等优点。
2.2使用性能
2.2.1水肥一体化[11]。动力车中有肥料溶解桶，可将肥料
图3桁架喷灌车示意图直接倒入溶解桶中，一般第一次倒入量不应超过100 kg，然后将水灌入溶解桶中。在灌溉时，可随时添加肥料，溶解桶中的肥料水溶液始终应保持饱和状态。根据浇灌速度和所需施肥量，参照水表流量，调节控肥进出阀门即可。
2.2.2施药方法。根据施药面积在肥料桶中加入适量农药，再加入水，配成浓度较高的农药溶液。把喷头车速度调到合适位置。打开动力车的调频开关，调节喷头的压力。根据施药浓度和喷头车速度调节进水量和农药溶液的流量。
3结语
节水型多功能水肥一体灌溉机适用于多种墒情的土地灌溉，操作易掌握。使用水肥（药）时，应根据所需要的肥（药）量进行配置，计算施药桶的输出流量即可操作。该设备适合当前土地流转情况下形成的中小型农场或农业经济合作组织。一般地块长在150 m以上最佳，单次作业宽幅在40～50 m。浇灌地不用预留畦埂和水沟。如果用该设备喷洒除草剂，应特别注意设备的清洗工作，防止残留药液下次使用时产生药害。
参考文献
[1] 胡景辉，孙丽敏，贺秀珍，等.河北省低平原中低产类型区种植结构调
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[2] 王有增，张金锁，陈凤瑞.河北省低平原雨养农田因雨种植技术研究[J].耕作与栽培，1992（3）：1-5.
[3] 杨慧，任民.衡水市地下水超采综合治理试点工作广播电视动员大会[R].2014.
[4] 齐胜利.实现衡水市水资源可持续利用的对策[J].河北水利，2005（6）：10-12.
[5] 严海军，许一飞.悬挂式卷管灌溉机水力设计参数的几点探讨[J].节水灌溉，2001（3）：9-10.
[6] 葛茂生，吴普特，朱德兰，等.基于ANSYS的轻小型移动式喷灌机组桁架杆件优化研究[J].节水灌溉，2013（11）：63-65.
[7] 李林.移动绞盘式喷灌机的推广和应用[J].技术与市场，2012（6）：105-107.
[8] 王荣，奚泉，杜金平，等.大型喷灌机桁架的设计研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，1997，9（2）：43-50.
[9] 孙惠民，程满金，郑大玮.北方半干旱集雨补灌旱作区节水农业发展模式[J].应用生态学报，2005，16（6）：1072-1076.
[10] 孙宏勇，陈素英，张喜英，等.一种可移动式农田小定额灌溉装置[J].农机化研究，2009（4）：95-96.
[11] 杜义英，秦焱.河北省大田作物水肥一体化技术的思考[J].农业科技通讯，2013（1）：78-79.