电动阀门在现代农田灌溉技术中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇电动阀门在现代农田灌溉技术中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要: 本文设计一种电动阀门,具有耐压高、寿命长、维护简单等特点,并与信息传输技术、计算机自动控制技术相结合,组成自动控制阀门,解决农田灌溉中用水计量、用水控制和定额管理等问题。

关键词:自动控制;农田灌溉;电动阀门

0引言

在发展农业灌溉中遇到了许多问题:一是灌溉工程配套差,重建设轻管理,使花重金建设的灌溉设备不能发挥应有的作用。二是投入严重不足,由于种植农田效益较低,农民根本没有多余的资金投入到节水灌溉设备中。致实际节水灌溉面积保有量较少。三是节水灌溉技术基础研究落后,信息技术、计算机自动控制等高新技术应用较少,其配套设备选择余地少,且维护复杂限制了应用。四是用水计量手段不配套,尚未建立起灌溉用水总量控制和定额管理的体制等。

1主要工作原理及特点

(1)机械构件组成如图1所示。

图1 机械构件组成图

主要由蜗轮蜗杆的碟阀和直流电动机组成。原碟阀的涡轮用齿轮A代替,C为碟阀阀体,齿轮B连接直流电机D并与齿轮A咬合,直流电机转动时带动碟阀工作。

(2)工作原理。当电动机通电工作时,带动齿轮B转动,通过齿轮间的咬合,使齿轮A转动并带动阀门开启,当电动机通电方向相反时,电动机反转并带动阀门关闭。通过控制电动机通电的方向来控制阀门的开启和关闭。

(3)电路的自停机构如图2所示。

E、F是两个不同位置的触点,小写a、b、c是3条引出线,其工作原理是:当a、b两条线经触点E接通时,阀门做关闭运转,当机械臂使触点E断开时,电动机停止转动,此时正好使阀门关闭。当b、c两条线经过触点F接通时,电动机做反方向运转,使阀门做开启运转,当机械臂使触点F断开时,b、c两条线断路,电动机停止转动,此时的阀门正好完全打开。

(4)触点E、F的作用及特点。由E、F两触点的相对位置,决定了阀门开启或关闭的状况。对于碟阀其挡板开启和关闭的相对位置是转动900,因此E和F的位置相对中心点角度是900。E点是关闭点,F点是完全开启点,它们共同点是触点断开电动机停止运行,这就是本装置的特点所在。它的优点是在24V或12V电压下,触点断开瞬间,触头没有打火现象,触点离开的距离仅在1mm左右。触点的寿命至少5万次以上。由于触点E、F制作简单,使用时只要保持环境比较干燥即可。

2电动阀门在农田灌溉中的适应性

(1)取材方便,成本较低。阀体采用蜗轮蜗杆的碟阀,把其手轮去掉用齿轮代替,电动机采用直流12V功率为16W的慢速电机。无论是碟阀还是直流电动机市场都大量供应,而且价格合理。

(2)耐压高,寿命长。碟阀本身耐水压较高,一般都在1000kPa以上,另外,碟阀阀体是由铸铁组成,耐腐蚀。内部的密封橡胶垫,在常温水流作用下,其分解风化的速度较慢。另外,使用直流慢速电动机工作的时间和频率较少,一般是开启和关闭阀门时仅在几分钟之内完成,其他时间电动机处于断电休息状态。综合各方面的技术指标,由碟阀和直流慢速电机组成的电动阀门寿命较长。

(3)关闭严密,对水质没有特殊要求,维护方便。由于碟阀本身是通过旋转挡板来确定阀门是开启还是关闭的,只要关闭点E的位置设置准确,阀门的关闭总是非常严密的,不受水流是否有杂质的影响。水流中的杂质不但影响闸阀的密封性,而且,影响最大的是电磁阀,电磁阀工作时无触点,而且体积小、耐潮湿、价格低廉、规格多等优点在自动控制中很受欢迎。但电磁阀工作时,要求经过电磁阀的水质不能有杂质,否则造成电磁阀关闭不严,为此在电磁阀进水口前加一过滤网,过滤杂质。在农田灌溉中由于水量大、水源复杂、杂质多等很容易堵塞电磁阀的过滤网,给用户的使用和维护带来很大的麻烦。对于电动碟阀没有过滤网,只要没有损坏,不需要经常性的维护。

(4)减缓水锤的作用。由于采用慢速直流电机,阀门是逐渐开启的、水流是逐渐加大的,减缓了水头水锤对管道及出水设备的冲击作用,保证地下管道的安全,提高灌溉系统的使用寿命。

(5)微耗电,节约能源。采用12V16W直流慢速电机,其正常工作电流100mA,而且仅在开启或关闭过程中流通。当阀门完全开启之后,即触点断开时,直流电动机停止转动。在灌溉过程中直流电动机没有消耗电能。由于是微耗电,12V直流电源可以由220V交流电获得,也可以由蓄电池供给,为各种条件下农田节水灌溉的控制,提供了形式多样价格低廉的动力保障。

(6)控制电路简单,接口电路方便。在计算机与控制阀门之间其信号的传输有无线传输和有线传输两种,但对于处于接收信号的控制阀门,都是把一个微弱的信号转换、放大成能够控制电压为12V继电器的大的信号。接收电路采用数字编码识别电路,对不同的阀门给予不同的数字编码,可以接收有线信号,也可以接收无线信号。相位锁存是把接收电路送来信号的相位锁住、转换、放大并控制继电器。每一个阀门需要上述独立的一套接收控制电路,为各用户用水的计量、管理带来方便。

(7)阀门的口径、规格不受限制。由自动阀门的工作原理可知,用于控制流量的阀体C,其口径的大小仅与电动机的功率有关,口径大需要的功率较大,其他结构原理是一样的。由于农田地形及需求灌溉的多样性,对于不同大小的地块,不同的用户,多少不同的输水量,可以提供口径大小不等、规格多样的自动阀门,且各种口径的阀门其输水量是可以确定的。为定时定量管理用水提供技术保障。

(8)电动机的电压、功率形式多样,可供选择余地较大。直流慢速电动机其工作电压有6、12、18、24V等各种规格,功率大小规格齐全,对于不同的环境,可选用合适的工作电压及功率。另外,市场也提供了转速不同的电机。

(9)改装及使用中应注意的问题。①碟阀变速箱中应注满油,防潮防生锈。②主动齿轮、从动齿轮其表面附满油,防止生锈。③直流电动机及触点E、F应做防潮处理,特别是触点应尽量隔绝与周围空气的交换,应做密封处理。④使用时,整个阀门置于距地面1.5～1.8m深的井下,防止冬季由于管道内积水而冻坏阀门。

3应用前景

由接收电路可知,本装置采用数字编码方式接收信号,每一个阀门对应一组数字编码,不同的数字编码可以组成庞大的数字编码组,足够一个自然村子的使用。另外,由碟阀和直流慢速电机组成的自动控制阀门,其组成简单质量可靠,又采用数字化的接收,为实现计算机智能化控制奠定了基础。

4结束语

综上所述；近几年,国家加大了对农业灌溉设施的投入力度, 在农田灌溉中,由于用水量大,水源情况复杂,对自动控制技术提出了较高的要求。在控制水路方面,目前应用较多的是电磁阀,实践证明电磁阀仅适用于水量较少、水质比较干净的温室大棚。在面积大用水量较多的农田灌溉中,由于电磁阀本身的结构原因,使其不适应水质水源较复杂的农田灌溉。

参考文献:

[ 1]孙余凯. 自动控制技术与技能实训教程[ M] . 北京: 电子工业出版社, 2006.

[ 2]伍伟杰, 叶邦彦. 基于 CAN 总线的节水灌溉自控系统设计与研究[ J ] . 节水灌溉, 2006, (1) : 14- 16.

[ 3]韩延成 高学平 于维丽 明渠输水运行的步进式自动控制方法及应用[ J ] . 中国农村水利水电, 2007, ( 2) 48- 50.

[4] 孙健. 洪金灌区自动化控制系统的开发与运用[ J] . 节水灌溉,2008, ( 5) : 34- 37.

[ 5] 王树东, 李景志, 李海涛. 闸门与水位自动监控系统的设计与实现 基于 PLC、 组态软件和无线宽带通信[ J] . 中国农村水利水电, 2007, ( 10) : 68- 70.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。