專利名稱：自升折射式機(jī)械沙障的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及沙漠化治理領(lǐng)域的防風(fēng)固沙機(jī)械裝置，具體涉及一種自升折射式機(jī)械沙障，屬于國(guó)際專利分類E02D3/00技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)目前有174萬(wàn)平方公里的沙化土地，占國(guó)土面積的18.1%，其中流動(dòng)沙丘(地)面積為41. 6萬(wàn)平方公里，同時(shí)還有近32萬(wàn)平方公里的具有明顯沙化趨勢(shì)的土地；另外，經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，必然會(huì)占用更多的土地，其中絕大部分是耕地；兩大因素促成我國(guó)耕地面積逐年大幅減少，耕地形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻。幾十年來(lái)，我們是按照"先易后難、先急后緩"的原則治理，一些條件相對(duì)較好、治理相對(duì)容易的沙化土地己經(jīng)得到治理或初步治理。隨著治沙工作的推進(jìn)，需要治理的沙化土地立地條件越來(lái)越差，難度越來(lái)越大，按照傳統(tǒng)方法治理所需投資越來(lái)越高。
以下首先對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的各種治沙方法作一個(gè)分析。
工程固沙包括利用農(nóng)作物秸稈、樹(shù)枝或其他材料在流沙上栽成網(wǎng)格沙障來(lái)固沙，這種方法應(yīng)用較多，取得了一定成績(jī)。但材料來(lái)源十分有限，沙漠自身不會(huì)生長(zhǎng)這些材料，只能通過(guò)遠(yuǎn)途運(yùn)輸，成本很高。目前使用的沙障大多為平鋪式沙障，控制范圍小，使用年限短，效果好的3—4年也就腐爛失效了，有的當(dāng)年就被埋掉了。每次治理綜合成本20000元/平方公里以上，要年治理上千上萬(wàn)平方公里花費(fèi)巨大，因此尚未有大規(guī)模應(yīng)用的實(shí)例。
化學(xué)固沙就是在流沙上噴灑化學(xué)膠結(jié)物質(zhì)，形成一種保護(hù)膜，以防止沙粒被風(fēng)吹動(dòng)。成本為70000元/平方公里，且有效期短、怕遭踐踏。
植物固沙就是在沙丘上直接種草、植樹(shù)，但該種做法十分受制于水分條件。我國(guó)
大部份沙化地區(qū)的年降水量在250mm以下，種草很難成活，更不用說(shuō)植樹(shù)了，所以其效果往往是事倍功半，甚至勞而無(wú)功。
面對(duì)上述現(xiàn)狀，許多專業(yè)人士也不免搖頭感嘆。無(wú)論在教授的講義、學(xué)生的論文、還是專家的專著中，關(guān)于這方面的設(shè)想，多為套話空話，理論分析，科學(xué)幻想，內(nèi)容匱乏，新意難見(jiàn)。
關(guān)于機(jī)械治沙方法，特別是目前較典型的幾種高立式機(jī)械沙障，我們可以分析一下。
第一類是在平板上制一些孔洞，用支架支起用來(lái)固沙，由于此種沙障是平板結(jié)構(gòu)，風(fēng)沙流很容易越過(guò)沙障飛向遠(yuǎn)方而使其固沙效率大打折扣；固沙墻是無(wú)透孔的，這一缺陷就更加突出了。第二類使用各種枝條做成小籬笆來(lái)固沙，此種沙障材料來(lái)源有限，屬于直透孔式，由于受風(fēng)沙流窄逢增速效應(yīng)的影響，沙障底部很容易被掏蝕而倒塌；也有用竹板或木板做成一米以上高大沙障的，由于體形高大，所以必須有強(qiáng)有力的支架，否則必然被風(fēng)刮倒而失效。這就牽扯到成本問(wèn)題，材料來(lái)源有限，我國(guó)竹木資源本身就很短缺，沒(méi)有向浩瀚沙漠里擺放的余量，成本也太高，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的可能性。第三類應(yīng)用較多的是網(wǎng)狀沙障， 一般是塑料制品，由于也是直透孔式，除具有一般直透孔式沙障的缺點(diǎn)外，單層網(wǎng)很難產(chǎn)生明顯的固沙效果，必須多層應(yīng)用，也易產(chǎn)生掏蝕和老化。在石油危機(jī)四伏的今天，這種很難想象會(huì)得到大規(guī)模的應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的，在于提供一種順應(yīng)自然、科學(xué)合理、降低成本的機(jī)械化防治沙 化的裝置——自升折射式機(jī)械沙障。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種自升折射式機(jī)械沙障，包括主沙障、支架和風(fēng)力板等部件，主沙障由前后兩排 沙障橫板交錯(cuò)排列組成，動(dòng)態(tài)連接于固定于地面上的支架上；風(fēng)力板同樣動(dòng)態(tài)連接在支 架和主沙障上。構(gòu)成主沙障的沙障橫板為雙層交錯(cuò)排列的無(wú)直接透孔的多橫槽板式結(jié) 構(gòu)，在每?jī)蓧K沙障橫板之間形成橫槽。
曲柄連桿和杠桿鎖定機(jī)構(gòu)構(gòu)成攀爬機(jī)構(gòu)，主沙障通過(guò)風(fēng)力板、由攀爬機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，沿 支架自動(dòng)攀升。
風(fēng)力板可在回位彈簧的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)回位。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)是一種順應(yīng)自然、更加科學(xué)合理的機(jī)械方法治沙裝置，為高立式 機(jī)械沙障固沙，固沙后進(jìn)行綠化，經(jīng)專家論證，這是目前相對(duì)最好的治沙辦法。師范大 學(xué)的史培軍教授對(duì)此曾做過(guò)論述評(píng)估。能夠適應(yīng)大規(guī)模、高效率治沙固沙的需要。具有 節(jié)約材料、強(qiáng)度高、加工技術(shù)簡(jiǎn)單、固沙效率高等優(yōu)特點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型自升折射式機(jī)械沙障的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為用沙障固沙的過(guò)程中，沙粒和風(fēng)沙流向的原理示意圖； 圖3為本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例——固定折射式機(jī)械沙障的示意圖。 圖中l(wèi).主沙障，2.支架，3.風(fēng)力板，4.沙障橫板，5.橫槽，6.曲柄連桿，7.彈簧， 8.杠桿鎖定機(jī)構(gòu)，9.風(fēng)沙流，IO.固定下來(lái)的沙粒。
具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖l，自升折射式機(jī)械沙障，包括主沙障l、支架2和風(fēng)力板3等部件，主沙 障l由前后兩排沙障橫板4交錯(cuò)排列組成，動(dòng)態(tài)連接于固定于地面上的支架2上；風(fēng)力 板3同樣動(dòng)態(tài)連接在支架2和主沙障1上。構(gòu)成主沙障1的沙障橫板4為雙層交錯(cuò)排列 的無(wú)直接透孔的多橫槽板式結(jié)構(gòu)，在每?jī)蓧K沙障橫板之間形成橫槽5。曲柄連桿6和杠 桿鎖定機(jī)構(gòu)8構(gòu)成攀爬機(jī)構(gòu)。主沙障1可通過(guò)風(fēng)力板3借助風(fēng)力在由曲柄連桿6和杠桿 鎖定機(jī)構(gòu)8所構(gòu)成的攀爬機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下沿支架2自動(dòng)攀升；風(fēng)力板3可在回位彈簧7的 帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)回位。本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)高立式透風(fēng)機(jī)械沙障，即自升折射式機(jī)械沙障，通 俗說(shuō)即是一條能夠有效控制風(fēng)沙流(指沿地面運(yùn)動(dòng)的攜沙氣流)流動(dòng)的矮籬笆。它采用 鋼材和工程塑料制造，在不影響其性能的情況下，也可以采用一些更加廉價(jià)的新材料， 使沙障具有很高的強(qiáng)度和很好的抗磨蝕性能。支架2是被垂直固定在地面上的鋼管，一 般采用15mm或20mm即可；之間采用動(dòng)態(tài)聯(lián)結(jié)，并能將風(fēng)力板3傳來(lái)的動(dòng)力通過(guò)由鎖 定杠桿8、曲柄連桿提升機(jī)構(gòu)6和回位彈簧7組成的攀爬機(jī)構(gòu)使主沙障1能夠隨所固之 沙的增多，而沿支架2自動(dòng)升高。風(fēng)力板3是一種可將氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成動(dòng)力的裝置。
參見(jiàn)圖2，主沙障1采用雙層多沙障橫板4交錯(cuò)排列所組成多橫槽5的結(jié)構(gòu)，可使 沙粒必須經(jīng)過(guò)2次以上的折射減速后從風(fēng)沙流9中分離出來(lái)落到地面。這樣的結(jié)構(gòu)，可 最大限度地將沙?？刂圃谏痴系那昂?。風(fēng)沙流9的特點(diǎn)，是在一定高度內(nèi)，離地面越高 流速越大，越是貼近地面流速越小而沙粒越是集中，也就是說(shuō)沙粒多集中在0~10厘米的范圍內(nèi)，其中0~5厘米高度內(nèi)又集中了全部沙量的85%—95%，這就是說(shuō)這0~10 厘米的高度就是我們固沙的著眼點(diǎn)和下手處?？紤]到沙障的下陷量和風(fēng)沙流9遇到沙障 的阻擋后有一定的爬升，我們就把固沙障的高度設(shè)計(jì)在20"30厘米的范圍內(nèi)，這樣我 們即避開(kāi)了高處強(qiáng)勁的氣流，又阻住了地面固定下來(lái)的沙粒10的流動(dòng)。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)分析如下-
1、 節(jié)約材料由于沙障和支架之間采用了動(dòng)態(tài)連接，30cm高的矮沙障總是站在不 斷增長(zhǎng)的沙丘的頂上而不脫離沙丘，從而起到高大沙障的作用，這就叫科學(xué)利用、以沙 治沙，從而可節(jié)約大量的材料；沙障矮了，受力就小，支架就相應(yīng)省料，綜合起來(lái)全沙 障平均3kg/m左右，它的材料成本應(yīng)在7—15元范圍內(nèi)。沙障小了、輕了，拆裝變得非 常方便， 一般手工操做就可以了，如采用機(jī)械化拆裝效率當(dāng)然就更高了，而且儲(chǔ)運(yùn)成本 相應(yīng)降低。由于它可隨所固之沙的增多而自動(dòng)升高，即支架的有效長(zhǎng)度有多高，其所固 沙丘就能有多高，且支架也可以多次提升或加長(zhǎng)。
2、 強(qiáng)度高由于骨架采用鋼材制造，其強(qiáng)度就有了可靠的保證，結(jié)合工程塑料， 進(jìn)而使其又具有很高的抗磨蝕性能，強(qiáng)度和抗磨性能的提高，使用壽命就長(zhǎng)，這同樣又 可以攤低治沙成本。
3、 加工技術(shù)簡(jiǎn)單 一般機(jī)加工工廠即可生產(chǎn)，在短時(shí)間內(nèi)即可形成大規(guī)模的生產(chǎn) 和應(yīng)用，變型容易，可根據(jù)各地區(qū)具體情況生產(chǎn)出多種多樣的產(chǎn)品。
4、 固沙效率高主沙障采用了雙層多沙障橫板交錯(cuò)排列所構(gòu)成多橫槽的結(jié)構(gòu)，多
橫槽的結(jié)構(gòu)可使所到之風(fēng)沙流必須經(jīng)過(guò)折射、碰撞之后才能通過(guò)，尤其是后層板可使氣 流產(chǎn)生對(duì)頭碰撞，風(fēng)沙流速度越高碰撞力越大，減速也越大，此特性可使低速風(fēng)沙流較
易通過(guò)而對(duì)高速風(fēng)沙流則具有較強(qiáng)的阻滯能力；多橫槽結(jié)構(gòu)較其他結(jié)構(gòu)的高立式機(jī)械沙 障完全消除了窄縫增速作用對(duì)沙粒的吸拉；對(duì)風(fēng)沙流來(lái)說(shuō)就像是在前進(jìn)的道路上被設(shè)置 了一道道嚴(yán)格的關(guān)卡，使所到沙粒很難再前進(jìn)一步，這點(diǎn)對(duì)沙障的固沙效能和防止掏蝕 的性能來(lái)說(shuō)是非常重要的。綜合來(lái)講，高效率的固沙性能使本沙障單排就具有其它高立 式沙障多排的效能。
本實(shí)用新型沙障基本有兩種使用方法-
第一種、在垂直于主導(dǎo)風(fēng)向或接近垂直主導(dǎo)風(fēng)向的方向上，可以根據(jù)情況一字排列 安裝多個(gè)沙障，各沙障之間采用無(wú)縫連接。在沙漠里，輸沙量的大小與位置的高低成反 比，即位置越低輸沙量越大，我們就在最低的位置安裝自升式機(jī)械沙障，以適應(yīng)其大固 沙量的要求，在較高或更高的位置上，輸沙量逐漸變小，我們?yōu)榱斯?jié)約資金，我們可以 根據(jù)位置的高低設(shè)置低高不同的、用混凝土等更加廉價(jià)材料制成如圖3所示的固定折射 式機(jī)械沙障如附圖。這樣，就可一步步地筑起一條條較為平直的沙嶺。沙嶺的高度可根 據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況而定，但一般不得低于22米，這是根據(jù)沙丘的移動(dòng)速度與高度的相
關(guān)性的經(jīng)驗(yàn)公式得出的。
其關(guān)系式為D= 14. 03—0. 64H 取D二0 貝ij H=22
式中D為沙丘移動(dòng)速度(m/a); H為沙丘高度(m);
要確定沙嶺的高度，還要和所計(jì)劃沙嶺間的距離相聯(lián)系，即沙嶺的體積要和沙嶺間所有沙丘的總體積基本相當(dāng)。
當(dāng)沙嶺高度達(dá)到22m后的某一理想高度后，沙丘基本不再移動(dòng)，這時(shí)可將《自升折 射式機(jī)械沙障》撤走(用來(lái)制造下一道沙嶺)，并將沙嶺的頂部用如前所述的固定折射 式機(jī)械沙障進(jìn)行封固，當(dāng)沙障被所固之沙埋沒(méi)之后，就成了隱蔽式沙障，這時(shí)沙嶺兩面 的堆積與吹蝕基本處于平衡狀態(tài)，從而使其保持一定的高度和形狀。
由本沙障所堆固的沙嶺較自然沙丘坡度平緩得多，假如我們建一條50m高的沙嶺，
其兩坡腳的距離應(yīng)在1. 2km米以上，即每lkm的沙障可控制1. 2km2以上的流動(dòng)沙地。
第二種、在一些接近主導(dǎo)風(fēng)順風(fēng)方向上要建一條沙壟，則可將多個(gè)單沙障或多個(gè)沙 障小組在垂直或接近垂直主導(dǎo)風(fēng)的方向上擺放而組成縱向陣列，就是用多個(gè)短沙障組組 建多個(gè)沙丘形成一條沙丘串， 一般稱為沙壟，沙壟高度合適后，同沙嶺一樣要將其頂部 用固定折射式機(jī)械沙障封住，使其保持一定的形狀。
如果某些地區(qū)單位時(shí)間(一個(gè)沙障保養(yǎng)周期)內(nèi)的輸沙量較小，即某地單位時(shí)間內(nèi) 輸沙量的高度小于固沙障的有效高度，且保養(yǎng)又較為方便的話，為節(jié)約成本，可直接采 用如前所述的固定折射式機(jī)械沙障固沙，這種沙障被流沙埋沒(méi)之后，就只有用機(jī)械或人 力來(lái)提升了。制作固定沙障的主要原材料就取之于沙漠，沙子當(dāng)然就不用說(shuō)了，且水泥 也可以用沙子來(lái)燒制；為了增加強(qiáng)度和減輕重量，可在混凝土中加入一些巖棉，而巖棉 也可以用沙子來(lái)燒制，這就叫就地取材，科學(xué)利用，科學(xué)發(fā)展。
這兩種方法可同時(shí)在幾百上千平方公里內(nèi)甚至更大的范圍內(nèi)大陣列地應(yīng)用，而且規(guī) 模越大效果越好。本設(shè)計(jì)不論從技術(shù)上還是從材料來(lái)源上都為大規(guī)模高效率治沙提供了 技術(shù)及物質(zhì)保障。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以把沙嶺間的距離拉得更大些，把沙嶺作為擋風(fēng)的屏障， 為以后在嶺間搞一些經(jīng)營(yíng)活動(dòng)作準(zhǔn)備；這有些象圍海造田，圍黃色沙海、造生命綠洲。
沙漠地區(qū)降水稀少，我們可用沙障制造出一道道沙嶺、沙壟，使最初那些雜亂無(wú)章、 到處流動(dòng)的沙丘變得齊整和固定，這主要好處在于 一是可使沙嶺、沙壟免受狂風(fēng)的翻 動(dòng)而吹走其中珍貴的水分；而沙丘高處的降水還會(huì)向低洼處集中，坡腳處水分最為集中。 沙漠本身就是一個(gè)天然的植物種子庫(kù)， 一旦得到了水分的滋潤(rùn)，種子就會(huì)發(fā)芽、生根而
茂盛地生長(zhǎng)起來(lái)，沙漠就得到了初期的自然的綠化。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這些綠化帶會(huì)向 四外延伸擴(kuò)展，植被形成規(guī)模以后，在其覆蓋下，輻射量、反射率、風(fēng)速和水分蒸發(fā)量 顯著減少，空氣相對(duì)濕度提髙。反過(guò)來(lái)又會(huì)更好地促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。二是沙嶺的高處比 較干旱，較難生長(zhǎng)植物，恰可作為天然防火隔離帶，對(duì)預(yù)防荒火非常有好處！
我國(guó)沙漠里有許多流量很大的季節(jié)性河流，由于受流沙的影響，白白地浪費(fèi)了太多
的水源。可以在枯水季節(jié)、在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)立沙障，用風(fēng)力將河底及河旁的沙土堆到河 岸筑成一座座高高的堤壩，讓肆虐的洪水去滋潤(rùn)干渴的沙漠，我們年年讓洪水流到同一 地區(qū)，這一地區(qū)的地下水位必然提高。
我們不妨設(shè)想一下，如果能把我國(guó)174萬(wàn)平方公里沙地中的10萬(wàn)平方公里改變成 耕地、20萬(wàn)平方公里改變成草原或森林，那將是一種多么壯觀的景象、將會(huì)產(chǎn)生難以估 量的經(jīng)濟(jì)效益、發(fā)展大的產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)造無(wú)數(shù)的就業(yè)機(jī)會(huì)、產(chǎn)生難以估量的環(huán)境效益。
權(quán)利要求1. 一種自升折射式機(jī)械沙障，其特征在于它包括主沙障(1)、支架(2)和風(fēng)力板(3)，主沙障(1)由前后兩排沙障橫板(4)交錯(cuò)排列組成，動(dòng)態(tài)連接于固定于地面上的支架(2)上，風(fēng)力板(3)同樣動(dòng)態(tài)連接在支架(2)和主沙障(1)上；所述的構(gòu)成主沙障(1)的沙障橫板(4)為雙層交錯(cuò)排列的無(wú)直接透孔的多橫槽板式結(jié)構(gòu)，在每?jī)蓧K沙障橫板之間形成橫槽(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升折射式機(jī)械沙障，其特征在于 曲柄連桿(6)和杠桿鎖定機(jī)構(gòu)(8)構(gòu)成攀爬機(jī)構(gòu)，主沙障(1)通 過(guò)風(fēng)力板(3)、由攀爬機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，沿支架(2)自動(dòng)攀升。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自升折射式機(jī)械沙障，其特征在于-風(fēng)力板(3)可在回位彈簧(7)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)回位。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種自升折射式機(jī)械沙障，包括主沙障、支架和風(fēng)力板，主沙障由前后兩排橫板交錯(cuò)排列組成，動(dòng)態(tài)連接于固定于地面的支架上，風(fēng)力板動(dòng)態(tài)連接在支架和主沙障上構(gòu)成主沙障橫板，為雙層交錯(cuò)排列的無(wú)直接透孔的多橫槽板式結(jié)構(gòu)，在每?jī)蓧K橫板之間形成橫槽，風(fēng)力板在回位彈簧的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)回位。主沙障通過(guò)風(fēng)力板、由攀爬機(jī)構(gòu)帶動(dòng)沿支架自動(dòng)攀升。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約材料，方便操作，高強(qiáng)度，加工技術(shù)簡(jiǎn)單，固沙效率高。
文檔編號(hào)E02D3/00GK201284478SQ20082011137
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者劉福東 申請(qǐng)人:劉福東