周柏研

（辽宁省本溪市桓仁县水务局，辽宁本溪117200）

智能平移式闸门在轮灌渠道中的应用

周柏研

（辽宁省本溪市桓仁县水务局，辽宁本溪117200）

智能式平移式闸门减少了水田轮灌作业方式时的大量劳动力，有较好的智能化设计和较高的稳定性和安全性，配合水田末端的水位传感器更人性化地科学分配水资源，起到了节约水资源的作用，不仅提高了灌溉效率更符合现代农业发展的方向。

轮灌；平移闸门；智能化；水位传感器

1 意义

在水田灌溉区系中，轮灌是同一级渠道在一次灌水延续时间内轮流输水的供水方式，实行轮灌时，缩短了各条渠系的输水时间，加大了输水流量，同时工作的渠道长度较短，从而减少了输水损失水量，有利于农业耕作和灌水工作配合，有利于提高灌水工作效率。但是采用轮灌方式灌溉的水田地，在支渠向斗渠配水过程中，分水闸的操作是比较费劲的，需要人在田埂走很远，打开一级闸门，关一级闸门，造成劳动力紧张。

为了发挥轮灌方式的优势同时降低劳动力紧张的情况，采用智能平移式闸门作为轮灌渠道的分水闸闸门，大大提高了操作效率。为控制灌溉水量，在渠道末端设置水位传感器，当水位达到设置值时，通过光缆将信号发送到智能水闸的动力系统的接收器中，使闸门自动关闭，既能节省劳动力又大大节约了用水，使水资源科学分配。

2 闸门组成

智能平移式闸门，可以解决复杂的人为操作。它是由混凝土底板、闸门、闸门槽、底板部的导向轨道、上部的动力系统、4根拉杆、拉杆槽及橡胶止水和橡胶套等组成。

1）混凝土底板：采用C20混凝土，厚度为20 cm，其作用为保证渠道水流稳定和固定闸门槽、导向轨道及立柱。

2）闸门：用于实验的闸门尺寸为高1.0 m、宽1.2 m、厚8 cm，材料采用轻型钢板内夹泡沫板材质（尽量减轻闸门自重减小电机功率）。底部安装2个滑轮尺寸为R25。闸门下部前后两侧安装40 mm宽平板止水带。

3）闸门槽：采用10号槽钢（100 mm×48 mm× 5.3 mm），高1.0 m（混凝土底板上）基础埋入混凝土底板中，下部与导向轨道焊接，上部与动力系统的外壳焊接形成稳定结构。

4）底部导向轨道：采用10号槽钢（100 mm×48 mm×5.3 mm），长2.4 m，镶嵌在混凝土底板中。

5）上部的动力系统：外壳采用10号槽钢，内部包括涨紧轮、动力梁、皮带固定装置、同步带、电机、止位器装置、吊架、遥控信号接收器等。

6）拉杆：由于闸门前受不固定的水压力（闸门前水位不同）作用，闸门在开启和关闭过程中不能平稳运行，为平衡水压力，设置4根钢筋拉杆（准12），长度按实际地形情况确定（实验产品采用560 mm长拉杆），前端固定在闸门上，后侧插进拉杆槽中，后侧套入圆柱形橡胶套。

7）拉杆槽：采用2根钢管或槽钢立柱和上、下部采用10号槽钢在槽钢立面用水焊割一条1.5 cm缝，使拉杆穿入，在闸门开启和关闭过程中拉杆在拉杆槽中横向平稳移动。

8）圆柱形橡胶套：内孔为准15，保证拉杆穿入后橡胶套可转动，橡胶套根据闸门前水压力大小通过形变抵消闸门前水压力，使闸门不受水平压力。

3 水田末端水位传感器的设置

为保证水田科学利用水资源不造成水资源浪费还要解决人力看水的问题，在渠道末端放置塑料桶，桶上沿与地面一平，水桶深0.5 m，在渠道供水时，将水位传感器放置桶内，当水田末端水进入塑料桶中达到20 cm，水位传感器通过光缆传递信号，动力系统内的接收信号装置控制电机使闸门自动关闭。

水位传感器的工作原理：容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出“开”、“关”的指令，保证容器达到设定水位。

4 动力系统的电机选择

电动机的功率选得是否合适，对其正常工作和经济性都有影响，电动机的功率主要根据电动机运行时的发热条件决定的。对于载荷比较稳定、长期连续运行的自动门或旋转门来说，只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需要的工作功率即可，这时电动机就安全工作不会发热，一般情况下不必校验电动机的发热和启动力矩。

动力系统中电机功率是根据水力计算数据进行选择，根据不同的闸门大小选择不同型号电机。以试验产品为例：通过计算启闭力为9.2 kN，闭门力为8.4 kN，闸门尺寸为1 m×1.2 m，重量为16.8 kg。

4.1 闸门的水力计算

1）平面闸门的总水压力

2）启门力计算

3）闭门力计算

式中：nT——摩擦阻力的安全系数，取1.2；Tzd——支承摩擦阻力，t；Tzs——止水摩擦阻力，t；n′G——计算启门力的门重修正系数，取1.1；G——闸门活动部分的自重，t；Ws——作用在闸门上的水柱压力，t；nG——计算闭门力的门重修正系数，取0.9。其中：对于滑动支承摩擦阻力计算公式为Tzd＝f2P；对于滚动支承摩擦阻力计算公式为Tzd＝P/R（f1r+ f）；对于止水摩擦阻力计算公式为Tzs＝f3Pzs。

式中：f2——滑动支承的摩擦系数，钢板和橡胶取0.65；P——作用在闸门上总水压力，t；R——滚轮半径，cm；f1——轴与轴套的滑动摩擦系数（铜合金轴套对钢轴为0.3，胶木轴套对钢轴为0.2）；r——轴的半径，cm；f——滚轮的滚动摩擦系数，为0.1 cm；f3——止水与止水座的滑动摩擦系数，橡胶对钢板为0.65，橡胶对水泥砂浆面为0.7；Pzs——作用在止水上的水压力，t，为侧止水的顶止水的总长度乘以止水橡胶作用的宽度，再乘以平均水平均水头得出。

4.2 计算功率

式中：F——工作机（自动门）产生的阻力；v——工作机（自动门）的速度；ηW——效率,取0.95。

代入数值计算，得PW=52.6 W。

电动机工作时需要的功率：

其中：P0——工作机（门）所需功率，及工作机（门）的计算功率；ηa——从电动机到工作机（门）间各运动副的总效率。

代入数值计算，P0=69.2 W，故选用70 W电机即可。

5 结语

智能式平移式闸门减少了水田轮灌作业方式时的大量劳动力，配合水田末端的水位传感器更人性化地科学分配水资源，起到了节约水资源的作用，不仅提高了灌溉效率，更符合现代农业发展的方向。

［1］张金铎，金欢阳名.传感器及其应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2002.

［2］张金铎，金欢阳名.传感器及其应用实例［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［3］单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用［M］.北京：国际工业出版社，2002.

［4］传感器技术与应用［M］.北京：机械工业出版社，1994.

［5］张迎新.单片微行计算机原理、应用及接口技术［M］.北京：国防工业出版社，2000.

［6］郭元裕.农田水力学［M］.北京：中国水利水电出版社，2002.

TV663；S275

B

2016-01-06