一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，由闸体、闸门、闸门开启装置和闸门复位装置组成。闸体包括闸墩和横梁，闸墩上安装有透水管。闸门包括底堰、活动闸门、铰链、横杠、支撑杆和可调铰链，底堰与活动闸门通过铰链连接，支撑杆通过可调铰链与活动闸门连接。闸门开启装置包括水箱、配重块、摆杆和支座，摆杆通过转轴固定于闸墩上。闸门复位装置包括滚筒、滚筒支架、减速箱、手轮和拉索，减速箱与滚筒支架通过输出轴连接，滚筒和活动闸门通过拉索连接。本发明适用于农田排水沟渠的日常水位控制，在农田遭受洪涝灾害时闸门能自动开启进行排涝。本发明构造简单，维护方便，易于实施。
【专利说明】一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，属于农业水土工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]农田排水沟渠是指天然形成的或由人工挖掘而成的辅助农田排水的水道，通常由深度和宽度不同的若干条排水沟渠共同组成排水沟渠网络，并与上游的灌溉沟渠一起共同调节农田中的水分。农田排水沟渠通常具有以下特点:沟渠形状规则，深度较浅，水位变化幅度较大，与临近的农田土壤之间有着密切的物质交换。作为农田水利的重要基础设施，农田排水沟渠为农业高产稳产起到了保驾护航的作用，同时对于维持农业生态系统平衡和流域生态系统健康发展有着重要的作用。
[0003]农田排水沟渠主要具有三方面的功能:一是降溃排涝功能，在雨水较多的时期，田间过多的积水可以通过农田沟渠排走，使得农田不会被水淹没；二是蓄水功能，在干旱少雨的季节，沟渠中存留的水分可以用来补充农田水分亏缺，将农田地下水位稳定在合适的范围；三是减少农田中的营养物质流失和降低污染的功能，在降雨初期，农田土壤中的营养物质在雨水的冲刷和溶解作用下以颗粒态或溶解态离开土壤表面，逐渐汇集到农田排水沟渠系统中，营养物质可通过底泥截留吸附、植物吸收和微生物降解净化等多种机制被截留和固定在排水沟渠系统中，并在土壤水分中缓慢的扩散而回到农田中去，可提高营养物质在农田中的作用效率，同时也减少了高浓度氮、磷物质过多的排出农田造成下游水体的污染。
[0004]为了能充分发挥农田排水沟渠的各项功能，通常需在沟渠中设置水堰或闸门。目前我国多数农田排水沟渠中使用的是固定式水堰或人工控制闸门。固定式水堰多采用混凝土、石块等砌成，高度不可调整，无法根据农田的实际状态来调整排水沟渠中的水位，且在洪涝期固定式水堰阻水现象明显。人工控制闸门可通过闸门开启度调整沟渠水位，但需要人工控制，对暴雨期的突发性水位变化响应不及时，容易造成农作物被淹时间过长而导致减产损失。为此国外的农田排水闸门中大量的使用计算机进行控制，可实时的监控农田及排水沟渠的状态，但建设和运行成本较高。因此，开发一种结构简单、能方便地调节沟渠水位高度，且在农田水位过高时能自动开启进行排涝的安全闸门具有很好的实用价值。
【发明内容】
[0005]针对农田排水沟渠中传统的固定式水堰和人工控制闸门在使用过程中的缺点，本发明提出了一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，通过调节闸门倾斜角度来调节水渠的水位，并在沟渠水位高度达到设定临界高度时自动开启闸门，以达到快速排涝的目的。
[0006]本发明的技术解决方案:
一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，包括闸体、闸门、闸门开启装置和闸门复位装置。
[0007]作为优选方案，上述闸体包括闸墩和横梁，所述闸墩采用砖石和混凝土浇筑而成，底部固定于渠床上，用于支撑闸门结构和抵抗水流冲击；所述闸墩的上部水平安装有四根透水管，四根透水管呈垂直排布且贯穿闸墩，所述横梁固定于两侧闸墩的顶部，截面为“工”字型，采用钢板焊接而成。
[0008]作为优选方案，上述闸门包括底堰、活动闸门、铰链、横杠、支撑杆和可调铰链，所述底堰下部固定于渠床中，两侧固定于闸墩上，所述活动闸门通过铰链与底堰连接，能绕着底堰顶部转动；所述活动闸门顶部对称安装有两个可调铰链，所述支撑杆一端固定于可调铰链上，另一端与横杠连接。
[0009]作为优选方案，上述可调铰链由固定筒、铰链转轴、铰链座和紧固螺栓组成，所述固定筒能绕铰链转轴转动，可调铰链通过铰链座固定于活动闸门上。
[0010]作为优选方案，上述支撑杆为钢管，一端插入可调铰链的固定筒内，并通过紧固螺栓固定，所述支撑杆可绕铰链转轴转动。
[0011]作为优选方案，上述闸门开启装置包括水箱、配重块、摆杆和支座，所述摆杆一端与水箱连接，另一端与配重块连接，所述摆杆中部安装有转轴，所述转轴固定于闸墩上，所述摆杆能绕转轴转动；所述支座固定于闸墩上，位于摆杆的下方，用于限制摆杆运动及定位；所述水箱上部开口，可承接由透水管流出的水，水箱底部装有漏水管，可避免由于降雨等原因使得水箱内积水，造成闸门误操作。
[0012]作为优选方案，上述摆杆为“T”型，其“T”型头部与配重块连接，尾部与水箱连接，所述支座位于摆杆的“T”形头部下方。
[0013]作为优选方案，上述闸门复位装置包括滚筒、滚筒支架、减速箱、手轮和拉索，所述减速箱固定于横梁上，所述减速箱具有一根输入轴和两根对称的输出轴，在减速箱的输入轴上固定有手轮，所述减速箱的两个输出轴分别与两侧的滚筒连接，所述滚筒固定于滚筒支架上，并能绕中心轴转动；所述拉索一端固定于活动闸门的上边缘上，另一端绕在滚筒上，通过转动手轮能使滚筒转动，从而带动拉索将活动闸门提起或放下。
[0014]作为优选方案，上述减速箱为涡轮蜗杆式结构，使得操作人员能轻便的操纵活动闸门的起降，同时涡轮蜗杆式减速箱具有自锁功能，保证了操作过程的安全。
[0015]本发明所达到的有益效果:
1、本发明的底堰和活动闸门组合式结构，既能挡住沟渠中的底泥不被冲走，维持渠内底泥层的厚度，又能通过调整活动闸门的倾角可改变闸门的挡水高度，方便地控制农田水渠中的蓄水高度，以适应不同时期农作物对农田的地表及和地下水位的要求。
[0016]2、当排水沟渠水位达到设定的临界水位时，闸门能自动开启，减少了闸门对水流的阻力，促进了农田中积水的快速排出，从而有效的防止了因农田被淹和排水不及时而造成的农作物减产损失。
[0017]3、闸门开启的临界触发水位高度可调，能适应不同种类农田对降雨初期的富营养化水分保持时间的要求，同时也减少了高浓度污染物向下游的排放量。
[0018]4、本发明采用全机械触发结构，装置简单，运行可靠，对暴雨期农田水位的突发性上涨能自动响应。【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图1是本发明的主视图(闸门处于未开启状态)。
[0020]附图2是图1的A-A截面图。
[0021]附图3是本发明的主视图(闸门处于开启状态)。
[0022]附图4是图3的B-B截面图。
[0023]附图5是本发明的可调铰链结构图。
[0024]附图6是本发明的闸门开启装置结构图。
[0025]附图7是本发明的水箱结构图。
[0026]图中的I是水渠边坡、2是透水管、3是闸墩、4是横梁、5是滚筒支架、6是滚筒、7是输出轴、8是手轮、9是减速箱、10是可调绞链、11是支撑杆、12是绞链、13是底堪、14是活动闸门、15是支座、16是渠床、17是水箱、18是转轴、19是配重块、20是摆杆、21是拉索、22是横杠、23是闸内水面、24是水流方向、25是底泥、26是闸外水面、27是漏水管、28是固定筒、29是铰链转轴、30是铰链座、31是紧固螺栓。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0028]如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，包括闸体、闸门、闸门开启装置和闸门复位装置。
[0029]如图1、图2、图3和图4所示，闸体包括闸墩3和横梁4，上述闸墩3采用砖石和混凝土浇筑而成，底部固定于渠床16上，用于支撑闸门结构和抵抗水流冲击。闸墩3的上部水平安装有四根透水管2，透水管2为内径为8cm的PVC管，四根透水管2呈垂直排布且贯穿闸墩3，相邻两根透水管2的轴线间距为20cm，最上方的透水管2的轴线高度低于水渠边坡高度4(T50cm。透水管2连通闸内侧和外侧沟渠。横梁4固定于两侧闸墩3的顶部，截面为“工”字型，截面尺寸为宽X高=20CmX30Cm，采用厚度为2cm的钢板焊接而成，用于安装闸门复位装置，同时也将两侧闸墩3连成一体，起到稳定闸门结构的作用。
[0030]闸门包括底堰13、活动闸门14、横杠22、两个铰链12、两根支撑杆11和两个可调铰链10。底堰13和活动闸门14的厚度均为15cm，采用厚度为Icm的不锈钢板焊接成中空结构，中间填充混凝土。底堰13的下部固定于渠床16中，两侧固定于闸墩3上，底堰13顶部到渠床16的距离为2(T30cm。底堰13不但为上方的活动闸门14提供了支撑，还能阻止了上游的底泥流出闸门，维持排水沟渠内底泥层的厚度，并减少因底泥流失而造成的污染。活动闸门14通过两个铰链12与底堰13连接，活动闸门14能绕着底堰13顶部转动。活动闸门14顶部对称安装有两个可调铰链10。支撑杆11 一端固定于可调铰链10上，其固定位置可调，另一端与横杠22连接，横杆22的长度大于活动闸门14的宽度。
[0031]如图5所示，上述可调铰链10由固定筒28、铰链转轴29、铰链座30和紧固螺栓31组成，固定筒28能绕铰链转轴29转动，固定筒28的内径为5cm。可调铰链10通过铰链座30固定于活动闸门14上。
[0032]上述支撑杆11为外径为4cm的钢管，一端插入可调铰链10的固定筒28内，并通过紧固螺栓31固定，支撑杆11可绕铰链转轴29转动。两根支撑杆11的上端与横杠22连接，横杠22采用外径为4cm的钢管制造，其长度大于活动闸门的宽度2(T30cm。
[0033]如图6所示，上述闸门开启装置包括水箱17、配重块19、摆杆20、转轴18和支座15。
[0034]如图7所示，上述水箱17材质为工程塑料，上部开口，底部设有漏水管27，漏水管内径为2cm。
[0035]上述摆杆20为“T”形结构，一端与水箱17连接，另一端与配重块19连接，摆杆20中部安装有转轴18，转轴18固定于闸墩3上，摆杆20能绕转轴18转动。
[0036]上述支座15位于摆杆20的“T”形头部下方，并固定于闸墩3上，用于支撑摆杆20及限制摆杆20的转动角度。
[0037]上述闸门复位装置包括滚筒6、滚筒支架5、减速箱9、手轮8和拉索21。
[0038]上述减速箱9固定于横梁4的中部，为涡轮蜗杆式结构，减速比为60:1。减速箱9具有一根输入轴和两根对称的输出轴7，减速箱9上方的输入轴端部安装有手轮8，减速箱9两侧的输出轴7分别与滚筒6连接。滚筒6为钢制空心圆柱体，其尺寸为外径X长=30CmX50Cm，滚筒6安装在滚筒支架上并能绕中心轴转动。
[0039]上述拉索21 —端固定于活动闸门14的上边缘，另一端绕在滚筒6上，通过转动手轮8能使滚筒6转动，从而带动拉索21将活动闸门14提起或放下。
[0040]上述减速箱9为涡轮蜗杆式结构，具有较高的输出输入扭矩比，使得操作人员能轻便的操纵活动闸门14的起降，同时涡轮蜗杆式减速箱9具有自锁功能，保证了操作过程的安全。
[0041]本发明的工作原理:在日常运行中，排水沟渠中的水位较低，闸内水面23低于最低透水管2的高度，闸内的水不会通过透水管2流到闸外，在此期间水箱17处于无水状态，摆杆20在配重块19重力的作用下压紧支座15，横杠22被摆杆20勾住，使得活动闸门14处于倾斜状态，其倾斜角度可以通过调整支撑杆11在可调铰链10上的固定位置来改变，从而改变活动闸门14的挡水高度。因受到底堰13和活动闸门14的阻挡，此时闸门内侧水面23的高度高于闸门外侧水面高度26，但低于活动闸门14的顶部高度。闸内多余的水可以通过活动闸门14两侧的空隙或漫过活动闸门14的顶部流到闸外，从而使渠内的水位保持稳定。在暴雨期间，农田水位快速上涨，当渠内水位达到或高于最低透水管2的高度时，闸内的水可以通过透水孔2流到闸外侧的水箱17中。由于透水孔2的管径大于水箱17底部漏水管27的管径，使得水箱17很快被充满，摆杆20在水箱17重力的作用下发生转动，使得横杠22从摆杆20的头部脱出，活动闸门14在自身重力和水流推力的作用下向闸门外侧倾倒，从而减少了闸门对排水沟渠的过流阻力，闸内的水能快速的通过闸门排出，有效地防止了因农田水位过高和淹水时间过长而造成的损失。排涝结束后，渠内水位下降到最低透水管2高度下方，渠内的水不能通过透水管进入到水箱17中，水箱17中的水通过底部的漏水管27排出，在配重块19重力的作用下摆杆20恢复到水平位置。通过转动手轮8可提起已倾倒的活动闸门14，并使横杠22再次被摆杆20勾住，从而使闸门复位。
[0042]具体运行方式:首先根据农田的实际情况设定闸门开启的水位高度，用橡皮塞分别堵住低于此高度的所有透水管2。然后通过调整可调铰链10在支撑杆11上的固定位置来改变活动闸门14的倾斜角度，从而调整闸门的日常挡水高度。在排涝结束后，通过转动手轮8来提起已倾倒的活动闸门14，并使横杠22再次被摆杆20勾住。闸门复位后需放松拉索21并预留出活动闸门倾倒时的所需的移动长度，以防止活动闸门14倾倒时被拉索拉住。
[0043]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:包括闸体、闸门、闸门开启装置和闸门复位装置。
2.根据权利要求1所述的一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:所述闸体包括闸墩和横梁，所述闸墩采用砖石和混凝土浇筑而成，底部固定于渠床上，用于支撑闸门结构和抵抗水流冲击；所述闸墩的上部水平安装有四根透水管，四根透水管呈垂直排布且贯穿闸墩，所述横梁固定于两侧闸墩的顶部，截面为“工”字型，采用钢板焊接而成。
3.根据权利要求1所述的一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:所述闸门包括底堰、活动闸门、铰链、横杠、支撑杆和可调铰链，所述底堰下部固定于渠床中，两侧固定于闸墩上，所述活动闸门通过铰链与底堰连接，能绕着底堰顶部转动；所述活动闸门顶部对称安装有两个可调铰链，所述支撑杆一端固定于可调铰链上，另一端与横杠连接。
4.根据权利要求3所述的一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:所述可调铰链由固定筒、铰链转轴、铰链座和紧固螺栓组成，所述固定筒能绕铰链转轴转动，可调铰链通过铰链座固定于活动闸门上。
5.根据权利要求3所述的一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:所述支撑杆为钢管，一端插入可调铰链的固定筒内，并通过紧固螺栓固定，所述支撑杆可绕铰链转轴转动。
6.根据权利要求1所述的一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:所述闸门开启装置包括水箱、配重块、摆杆和支座，所述摆杆一端与水箱连接，另一端与配重块连接，所述摆杆中部安装有转轴，所述转轴固定于闸墩上，所述摆杆能绕转轴转动；所述支座固定于闸墩上，位于摆杆的下方，用于限制摆杆运动及定位；所述水箱上部开口，可承接由透水管流出的水，水箱底部装有漏水管，可避免由于降雨等原因使得水箱内积水，造成闸门误操作。
7.根据权利要求6所述的一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:所述摆杆为“T”型，其“T”型头部与配重块连接，尾部与水箱连接，所述支座位于摆杆的“T”形头部下方。
8.根据权利要求1所述的一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:所述闸门复位装置包括滚筒、滚筒支架、减速箱、手轮和拉索，所述减速箱固定于横梁上，所述减速箱具有一根输入轴和两根对称的输出轴，在减速箱的输入轴上固定有手轮，所述减速箱的两个输出轴分别与两侧的滚筒连接，所述滚筒固定于滚筒支架上，并能绕中心轴转动；所述拉索一端固定于活动闸门的上边缘上，另一端绕在滚筒上，通过转动手轮能使滚筒转动，从而带动拉索将活动闸门提起或放下。
9.根据权利要求1所述的一种适用于农田排水沟渠的可调式自排涝安全闸门，其特征在于:所述减速箱为涡轮蜗杆式结构，使得操作人员能轻便的操纵活动闸门的起降，同时涡轮蜗杆式减速箱具有自锁功能，保证了操作过程的安全。
【文档编号】E02B13/02GK103938599SQ201410187370
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】饶磊, 王沛芳, 朱炼兵, 陶伟伟, 汪双君 申请人:河海大学常州校区