浅述灌溉设备中的工业设计

工作总结 |

时间:

2021-09-04 10:47:32

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我国温室大棚灌溉系统现在还处于初级发展阶段,主要部件品种少,系统的成套性还较差,质量不稳定,随着温室大棚种植面积的增加,现在问题突出的显现出来。

温室节水灌溉是一个系统工程,涉及的专业和领域比较多,单独研制或生产某一个部件,都不能完全发挥系统的综合效益。因此结合我国的国情,开发成套、适用、可靠、先进的温室灌溉系统是我国今后节水灌溉设备发展的主要方向。

在温室农业生产中,合理灌溉技术的核心是控制灌水的均匀度,以适量的水进行适时灌溉,既能满足作物对水的需要,又不至于造成温室土壤含水量过多和空气湿度过大,引起作物发生各种霉病。为达此目的,必须深入研究作物生长过程的需水信息和环境因素,利用计算机控制灌水时间和灌水量,达到适时、适量、按需灌水,按照作物生长过程对水、肥、药、环境等的需要,开发适合不同温室大棚作物需要的设备,以满足设施农业发展的需求。

在温室成套灌溉设备的开发与技术方面,需要解决的关键技术问题还很多,在工业设计方面,设计出适合不同作物需要的滴管带、微喷头,不同形式的过滤器,灌溉专用控制阀、施肥泵、压力调节器、各种管路连接件、自动控制系统及相应软件等。这些技术和设备在我国还处于研究和待开发阶段,不能满足温室灌溉的需要。目前,市场应用的温室灌溉关键设备,基本上都是引进国外的产品,而且增长速度较快。引进设备价格昂贵,有些产品也不适合我们的国情。因此,加速适合我国温室成套设备的开发和研制,替代进口产品,是现阶段紧迫的任务。

通过对大棚灌溉实际使用中现存主要问题的分析,主要从以下几个方面进行改进:

1)向着多品种,成套性发展———成套性差、品种少。滴灌管和滴灌带属于输水管和灌水器合二为一的节水灌溉设备,其最大的优点是运输和安装使用都很方便,滴灌带大部分都采用薄壁塑料管,在管壁上打孔作为滴头,由于打孔的技术落后,很难使孔位均匀,所以灌水的均匀度较差。滴灌管由于滴头生产工艺复杂,技术精度要求较高,国内还没有生产滴灌管的专用设备,现在市场上使用的滴灌管主要是引进以色列技术和设备生产的,产品的价格较高,品种较少,远远满足不了生产的需要。国内设备生产的滴灌管主要是管口式滴头,存在的主要问题是产品质量不稳定、滴头堵塞、灌水均匀度差和塑料易老化等。因此,我们在设计时先向着孔位均匀方面改进,用三维造型机试制的滴灌管运行效果良好,但由于成本原因难以批量投入生产。

2)微喷头的设计———微喷头是温室大棚灌溉、调节室内湿度、满足作物生产所需环境的重要部件。我国自己设计的产品只有折射式微喷头一种,国外已有上百种适合不同作物环境需要的系列微喷头,选择使用非常方便,我国生产的微喷头产品与国外相比相差甚远,主要是材质、工艺问题还没有解决,使用寿命还不足300h,远低于我国行业标准规定的 1500h的要求。耐久性、制造均匀度、喷洒性能等主要指标均达不到行业标准的规定,品种和规格太少,不能满足当前温室大棚灌溉的需要,现在用的大部分为引进产品,造价高,在使用过程中要调整管道球阀的开启度,并做标记,对系统进行调压,以防压力过大,冲爆滴灌带。很难大量推广。

3)过滤器的功能创新设计——过滤器是清除水中可能造成滴头和微喷口堵塞的物质,保证系统正常运行。现在大棚灌溉中因过滤器而引起灌溉系统工作不正常的现象很普遍。主要原因是过滤器的生产落后。筛网式过滤器一旦堵塞,很难冲洗彻底,时间长了就会造成系统过水不畅,用户往往因此撤除滤网,从而造成滴头或喷嘴堵塞,使系统不能工作,就某种程度来说,也影响了设备的推广应用,因此在创新设计方面结合现有净水器发展趋势及功能,缓解冲洗不畅,改善过水水流状况。

4)施肥器的设计改进——施肥器的功能是把液体肥和水混合送到作物周围,使作物很快吸收,达到增产和节约肥料的效果。我国温室大棚灌溉大部分都没有使用施肥器,即使使用,也只用一种压差式施肥罐,施肥量很不均匀。虽然,近几年有些厂也生产了文丘里式、射流式施肥器,但均没有形成生产能力,造成市场上没有选择施肥器的余地,因而影响了施肥器的正常应用,进而降低了温室大棚的实际生产效能。

5)自动控制灌溉系统,除个别引进国外成套设备以外,国内还没有成型的产品,生产中使用的基本上还是用手来操作阀门的设备。为了使灌溉均匀,国外一般在温室灌溉系统中都装有压力调节器,国内这方面还属空白。另外,各种电、液控制阀,灌溉系统的连接附件、水源部分的阀、管道泵、压力罐等均属代用产品。整个系统的配套性较差,有些系统也只能是对付着使用。

在发展温室大棚种植中再用传统的畦灌方法,不但是对水资源的浪费,对提高作物的产量和品质也是无益的,所以今后温室大棚的灌溉方式,主要是大力发展节水型灌溉,逐步向适时、适量、按需灌溉方向发展,这是今后节水灌溉设备开发和研制的重要方面。

为了实现现代化节水灌溉,微喷灌自控系统的设计无疑解决了这个问题,根据作物的生产期只要控制好时间、水量和反馈就能够制定好灌水计划,实现真正的无人作业。将土壤温湿度,空气温湿度等环境数据进行现场自动采集,输入计算机,形成原始数据库,建立最优控制方案。根据监控中心发出的命令,通过变频器改变电机转速,调节管道压力,控制水泵及各个电磁阀等灌溉设备的正常运行,满足良好的人机界面要求,协调各部分工作,整个系统的工作主要由控制机和变频器两部分完成,其中变频器主要用于控制水泵电机的旋转,工控机主要用来采集土壤气象等指标,按照设定的程序,控制各地块中电磁阀的开启,并通过变频器控制电机的运行状态,协调整个系统的工作。

因为本人水平有限,设计中存在一定的问题。譬如系统抗干扰能力差,且没有实现自动复位。由于使用的是单片机作为核心的控制元件,配合其它器件,使本温度控制系统具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点,加上经过优化的程序,使其有很高的智能化水平,能够应用于实际。但是新型的微喷头和过滤器在实际使用中成本略高,为了保证精度,还不能实现批量生产。

我国是农业大国,满足人口的吃饭问题是国家的第一要务。为实现可持续发展,设计出适合国情的轻小型低压喷灌机组,达到人、机、物的协调统一才能将设备应用于实际生产,强化工业设计意识,提升工业设计水准,让工业设计在我国能够真正深入的发展。

[责任编辑:杨玉洁]

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