可调式农田排水沟水位控制堰.pdf

本发明是可调式农田排水沟水位控制堰，挡水堰板设在排水沟中，其一端接水平方向转动轴，另一端是挡水堰板顶端；控制转盘与垂直方向转动轴相接，垂直方向转动轴下端有水平方向截锥形齿轮，该截锥形齿轮与垂直方向锥形齿轮相互咬合，垂直方向锥形齿轮与水平方向转动轴相接；控制转盘上的指针指向刻度盘；螺帽转盘与拉力钢筋通过螺丝咬合，拉力钢筋下端连接摩擦制动器。优点：根据土壤水分和农田地下水位适时调整控制堰的高度，控制农田排水沟中的水位，调控农田地下水位深度。在时间和空间上满足不同作物及作物不同的生长阶段对地下水位的要求，减少排水量，将氮、磷养分和雨水滞留在农田，提高雨水资源和氮、磷养分的利用率，节省开支，减少污染。

1、  可调式农田排水沟水位控制堰，其特征是在排水沟中设挡水堰板，水平方向转动轴与挡水堰板底端相接，挡水堰板的另一端是挡水堰板顶端；带有指针的人工控制转盘与垂直方向转动轴的上端相接，垂直方向转动轴下端接水平方向截锥形齿轮，水平方向截锥形齿轮与垂直方向截锥形齿轮相互咬合，垂直方向截锥形齿轮与水平方向转动轴相接，控制转盘上的指针指向刻度盘，螺帽转盘与拉力钢筋通过螺丝咬合，拉力钢筋与摩擦制动器相接。

2、  根据权利要求1所述的可调式农田排水沟水位控制堰，其特征是摩擦制动器包括内摩擦片和外摩擦片，其中内摩擦片固定在水平转动轴的一端，外摩擦片连接拉力钢筋。

3、  根据权利要求1所述的可调式农田排水沟水位控制堰，其特征是挡水堰板顶端距排水沟底之间的距离H＝h×sinφ；式中的h为挡水堰板的实际高度，φ为刻度盘上的刻度对应的圆心角度数。

可调式农田排水沟水位控制堰
技术领域
本发明提出的是一种安装在农田排水沟出口处的可调式农田排水沟水位控制堰，通过适时调整控制堰的高度，实现调控排水沟水位，从而满足农田地下水位在时间和空间上的变化需求。属于农业水土工程技术领域。
背景技术
在我国广大的南部湿润地区，地下水位离地表较浅，农田作物生长需要有合适的浅层地下水位和土壤含水量，生态湿地的保持也需要适宜的地下水位，防止可溶性氮、磷从农田表层土壤中渗入地下水系统，地下水位深度的影响同样非常敏感。这些例子都说明在时间和空间上控制农田地下水位的变化非常重要。我国大部分地区是通过比较密集的排水沟网络和调整排水沟水位来实现控制地下水位。在梅雨季节和冬季，当降雨量超过农田地表和农作物的蒸发蒸腾量时，地下水位上升，当农田地下水位高于排水沟水位时，农田土壤中过多的水分流到排水沟，通过排水沟流出农田，从而保持了农田中适宜的地下水位。在干旱的作物生长季节，降雨量低于地表和农作物的蒸发蒸腾量，表层土壤水分产生亏缺，此时水位较高的浅层地下水通过毛细管的作用补充表层土壤水分。而保持相对较高的排水沟水位，使排水沟中的水分向表层土壤中渗透，同样补充了土壤中水分。上述农田土壤中水分与排水沟中水分在不同时间和空间的相互流动过程，均由排水沟中的水位与农田地下水位之间存在落差引起，因此通过控制排水沟水位实现调控农田地下水位和土壤水分是可行的。传统的排水沟水位控制通过排水沟出口处的闸门或固定高度的控制堰实现，但闸门在控制排水沟水位时很难做到适时调整闸门高度，而通过计算机自动控制费用又过高。国外在排水沟出口处安装固定高度的控制堰有着广泛的应用，但固定的控制堰只能维持排水沟中一个固定的水位，无法根据实际的土壤水分和地下水位适时调整控制堰的高度和排水沟中水位，不能满足不同作物及作物不同生长阶段对地下水位和土壤含水量的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对固定高度的控制堰所存在的缺陷，提出一种安装在农田排水沟出口处的可调式农田排水沟水位控制堰，通过旋转安装在地表的控制转盘，由两个截锥形齿轮实现垂直旋转传动，带动挡水堰板围绕水平转动轴转动，使挡水堰板顶端高度上升或下降，而排水沟中的水只能从挡水堰板顶端流出，从而实现了对排水沟水位的调控。
本发明的技术解决方案：其特征是在排水沟中设挡水堰板，挡水堰板底端与水平方向转动轴一端连接，挡水堰板顶端即是控制堰顶端，水平方向转动轴另一端有一个垂直方向截锥形齿轮；垂直方向转动轴下端有一个水平方向截锥形齿轮，水平方向截锥形齿轮与垂直方向截锥形齿轮相互咬合，垂直方向转动轴上端连接带有指针的人工控制转盘；指针指向刻度盘上的读数即是挡水堰板顶端与排水沟底的垂直距离；垂直方向转动轴中心设拉力钢筋，拉力钢筋上端刻有螺纹，与螺帽转盘咬合，旋转螺帽转盘可以调节拉力钢筋的拉力；拉力钢筋下端连接外摩擦片，内摩擦片固定在水平转动轴上，外摩擦片与内摩擦片组成摩擦制动器；钢筋上的拉力影响到摩擦片对水平转动轴的摩擦力，从而实现对挡水堰板的旋转和制动。
本发明的优点：能够根据土壤水分和农田地下水位适时调整控制堰板顶端的高度，控制农田排水沟中的水位，实现调控农田地下水位。从而在时间和空间上满足不同作物及作物不同的生长阶段对地下水位的要求的前提下，尽可能减少农田排水量，将氮、磷养分和雨水滞留在农田，当作物生长需要这些养分和水时，就可以在不增加投入的前提下得到满足，提高了雨水资源和氮、磷养分的利用率，节省了农业开支，减少了农田排水中的氮、磷对下游水体的污染。本发明针对我国不同地区、不同作物和不同的排水目标，适时调整控制堰板顶端的高度，实现控制排水下的作物优质高产、减少面源污染和雨水资源的高效利用。该可调式控制堰结构紧凑，安装方便，无需动力，操作简单，造价低廉，可由设备齐全的中小型机械厂生产。该发明的推广应用，不仅能够产生很好的经济效益，还将产生显著的社会效益。
附图说明
附图1是本发明的主视结构示意图。
附图2是控制堰运行时的侧视图。
图中的1是挡水堰板顶端，排水沟中的水从挡水堰板顶端流出，2是水平方向转动轴，3是挡水堰板，4是垂直方向截锥形齿轮，5是水平方向截锥形齿轮，6是垂直方向转动轴，7是带有指针的人工控制转盘，8是螺帽转盘，9是拉力钢筋，10是刻度盘，11是摩擦制动器，12是挡水堰板上游水位，13是挡水堰板下游水位，14是排水沟底。
具体实施方式
对照附图，排水沟中的水从挡水堰板顶端1流出，挡水堰板3两侧与排水沟两侧可以滑动但不透水。当挡水堰板顶端1升高时，挡水堰板上游水位12随之升高；当挡水堰板顶端1降低时，挡水堰板上游水位12随之下降。若根据农田地下水位的变化，需要改变挡水堰板上游水位12，先逆时针旋转螺帽转盘8，减少拉力钢筋9上的拉力，松开摩擦制动器11，水平转动轴2处于可转动状态；通过转动带有指针的控制转盘7，安装在垂直方向转动轴6下端的水平方向截锥形齿轮5带动安装在水平方向转动轴2上的垂直方向锥形齿轮4转动，从而带动挡水堰板3围绕水平方向转动轴2转动，此时控制转盘7的指针指向刻度盘10的刻度，也就是挡水堰板顶端1的高度；再顺时针旋转螺帽转盘8，拉力钢筋9拉紧外摩擦片，内外摩擦片压紧产生的摩擦力使挡水堰板3处于制动状态，从而实现了对排水沟水位的一次调控。
人工控制转盘7的指针指向刻度盘某一读数，表示挡水堰板顶端1距排水沟底14之间的距离。其确定方法是：当挡水堰板3垂直于水平方向时，挡水堰板顶端1距排水沟底14之间的距离就是挡水堰板3的实际高度；当挡水堰板3倾斜时，挡水堰板顶端1距排水沟底14之间的距离H＝h×sinφ，式中的h为挡水堰板3实际高度，φ为人工控制转盘7的指针指向刻度盘10上的某一刻度对应的圆心角度数。
在操作中摩擦制动器11的作用是：在操作过程中，通过旋转螺帽转盘8，先减少拉力钢筋9的拉力，保持摩擦制动器11适度的摩擦力，一方面，可以防止在调整挡水堰板顶端1高度时，挡水堰板3上游的水压力较大使挡水堰板3自行旋转倾斜，而人力无法控制；另一方面，使人力能够旋转转盘，调整挡水堰板顶端1的高度。在操作完成时，通过拉紧摩擦制动器11，保持挡水堰板顶端1的高度。